¿Cuánto contaminan los paneles solares fotovoltaicos?

Los paneles solares fotovoltaicos como fuente de contaminación

Cualquier producto que generemos los humanos, tiene un impacto en el medio ambiente que nos circunda, y esto por supuesto incluye a los paneles solares fotovoltaicos. Cuando se tiene claro el concepto de qué es la contaminación es fácil entender los impactos directos o indirectos que las actividades humanas tienen en los ecosistemas y en el medio ambiente en general. Desde la extracción de la materia prima, pasando por el transporte, transformación, consumo de agua y energía, durante el funcionamiento diario en su ciclo de vida, hasta su deposición final al completar su vida útil, los paneles solares fotovoltaicos están generando contaminación, o algún tipo de alteración del equilibrio del medio ambiente donde se encuentran.

Ponderando las fuentes de energía limpias

En realidad no existen fuentes de energía cien por ciento limpias, sino que existen fuentes de energías que se consideran más limpias que otras. Así, una fuente de generación de energía se cataloga como una energía más limpia que otra, cuando la cantidad de energía que esta genera, y que es efectivamente aprovechada por la sociedad, tiene mayor valor agregado y un menor grado de contaminación en el medio ambiente.

Por tanto, cuando se evalúa si una fuente de energía es limpia o no, lo que se hace es ponderar cuánta energía generada por esa fuente es efectivamente aprovechada por la sociedad, contrastado con la cantidad total de desechos secundarios que esa fuente genera para producir esa energía.

Para los legos, la tecnología solar fotovoltaica se considera una fuente de energía limpia perfecta porque no emite ningún tipo de gases durante su funcionamiento, y sobre todo porque no emite CO₂. Pero, en realidad casi todo el proceso de contaminación directa de los paneles solares fotovoltaicos se lleva a cabo durante las etapas previas de su fabricación y al final de su vida útil al momento de su deposición final. Es decir, la mayor parte de la contaminación de los paneles solares fotovoltaicos está pre-hecha o prepagada, o se hace efectiva al final de su vida útil.

Convertir a la energía solar fotovoltaica en una fuente de energía limpia

Para poder considerar a la tecnología solar fotovoltaica como una energía mucho más limpia que las tecnologías que usamos actualmente para producir energía, llámese combustibles fósiles, nuclear, etc., hay que lograr que la cantidad de energía “aprovechada” que producen durante toda su vida útil sea de mucho mayor valor agregado, que la cantidad de energía que se utilizó durante todo el proceso de fabricación hasta su puesta en funcionamiento. Además, la cantidad de desechos que se generan durante la fabricación deben ser de menor cuantía y de menor grado de contaminación.

El punto álgido está en el concepto de energía aprovechada por la sociedad, que es difícil de cuantificar cuando la energía proviene de paneles solares fotovoltaicos. Al no ser una fuente de generación de energía continua, sino que tiene largos períodos de intermitencia a lo largo de un día, la disponibilidad de la energía para poder ser aprovechada efectivamente por la sociedad se hace compleja, porque es necesario crear artilugios que hagan posible la sincronización de la demanda con dicha disponibilidad.

Típicamente, el cálculo de la cantidad de energía que produce un panel solar fotovoltaico se hace a grosso modo tomando como promedio una irradiación anual de unos 1700 Kwh/m² y una eficiencia media para los paneles solares fotovoltaicos de alrededor de un 12% ¹. Esto asume que toda la energía que se genera es efectivamente aprovechada por la sociedad, lo cual es totalmente irracional. Una gran porción de esa energía nunca llega a ser aprovechada por la sociedad porque se pierde en las múltiples transformaciones intermedias que se hacen para acondicionar esa energía a una forma de energía útil sincronizada con la demanda. En pocas palabras, lo que se debería calcular no es la cantidad de energía que producen los paneles solares fotovoltaicos, sino la cantidad de energía que es realmente utilizada en un período de tiempo dado.

A todas estas, debemos tomar en cuenta además que con las tecnologías actuales dominantes en la fabricación el balance energético de los paneles solares fotovoltaicos no es del todo positivo. Esto impone serias limitaciones reales a los paneles solares fotovoltaicos para calificar como verdaderas tecnologías limpias.

¿Cuánto contaminan los paneles solares fotovoltaicos?

Para cuantificar la contaminación verdadera que causan los paneles solares fotovoltaicos es necesario determinar el grado de perturbación de los equilibrios de los diferentes ecosistemas que afecta durante cada una de las etapas de su creación, puesta en funcionamiento, utilización y descarte al final de su vida útil. Para ello, se debe hacer un análisis del ciclo de vida (LCA) donde se toman en cuenta todos los aspectos relacionados con las materias primas, consumo de energía y fuente de esa energía. Además se debe analizar el impacto que generarán los nuevos mercados que surgen en torno a esta tecnología, y sus efectos netos sobre la economía del planeta.

El impacto de la materia prima

El mercado de la energía solar fotovoltaica está dominado en más del 90% por las celdas solares fotovoltaicas de silicio monocristalino. Por tanto, los procesos relacionados con la obtención del silicio monocristalino en grado industrial para la industria fotovoltaica son los que generan la mayor parte de la contaminación en lo que a la materia prima se refiere. La obtención de silicio monocristalino es un proceso físico-químico altamente contaminante y de alto consumo de energía. Por ejemplo, por cada Kg de silicio grado industrial que se obtiene, cuyo gasto energético es mucho menos intensivo que para el silicio grado solar (SoG-Si), se generan unos 14 Kg de desechos altamente contaminantes, se consumen unos 27 Kg de carbón, y se emiten unos 84 Kg de CO₂².

A través de un cálculo completo del LCA³ para determinar la carga ambiental específica en la producción de 1 Kg de SoG-Si por vía metalúrgica se estima que se requiere el consumo de 4.609 kg de sílice; un consumo de energía equivalente de 26609 kg de carbón estándar; generando un potencial de calentamiento global (GWP) de 149552 kg de CO₂; un potencial de acidificación (AP) de 0,6316 kg de SO₂; material particulado estimado en 0,352 kg de polvo; un potencial de agotamiento del ozono de 0,1267 kg de CFC11 (freón); residuos sólidos de 0,001612 m3 en vertederos; y unos 574169 kg de tóxicos no cancerígenos. El LCA establece que el impacto que la producción de 1 kg of SoG-Si por la ruta metalúrgica tiene es de 32.03 gCO₂eq/kWh.

Pero, luego de que ya se ha obtenido un 1 Kg de (SoG-Si) y se ha generado toda la contaminación estimada por el LCA, se debe realizar el corte de las obleas con un espesor promedio de 0,2 mm. Resulta, que durante el proceso de corte se desperdicia más del 50% de ese valioso silicio monocristalino, haciendo que el impacto de esa contaminación se duplique.

EL cálculo del LCA es complejo y depende en alto grado de la disponibilidad y fidelidad de la información de los distintos procesos involucrados en el desarrollo de un producto. Esto conlleva, a pesar de la estandarización, a valores muy diferentes para un mismo producto, y en el caso de los paneles solares, este cálculo se vuelve más complejo aún porque tiene una enorme dependencia del lugar donde se instala el sistema. Así, se reportan en la literatura valores de LCA que van desde los 25 hasta los 100 gCO₂eq/kWh.⁴

Otras materias primas

El panel solar fotovoltaico está compuesto de muchos otros materiales además de las celdas fotovoltaicas, donde el marco de aluminio y el vidrio frontal libre de hierro representan más del 90% de la masa del dispositivo. Pero, debemos tomar en cuenta que en la fabricación del panel se utilizan decenas de materiales y elementos químicos como son plata, oro, aluminio, cobre, plomo, zinc, etc., y diversos tipos de polímeros. Y cada uno de ellos contribuye de manera significativa al impacto que generan los paneles solares fotovoltaicos en el medio ambiente.

Contaminación de los paneles solares fotovoltaicos desde la perspectiva humana

Determinar la contaminación que causan los paneles solares fotovoltaicos desde la perspectiva humana, suele ser en principio mucho más simple y directo, porque básicamente se reduce en la mayoría de los casos a medir el grado de impacto que dichas tecnologías tienen según las normativas legales vigentes a nivel local, nacional o internacional. Es fundamental entender que todas estas legislaciones surgen del consenso entre entes que tienen intereses propios, como son las organizaciones políticas, organizaciones civiles y los agentes económicos claves que se lucran de la actividad que genera la contaminación. Así, estas legislaciones son en el mejor de los casos, medidas que se adoptan para mantener un balance equilibrado entre el grado de contaminación que se genera, y la garantía de bajos costos que hace que la actividad siga siendo rentable y viable desde el punto de vista económico.

¿Quién contamina más, los paneles solares fotovoltaicos o los combustibles fósiles?

Parece una pregunta fácil de responder, sobre todo para aquellos que apoyamos a las energías alternativas y estamos enfocados en el desarrollo de la energía solar fotovoltaica, y que siempre estamos prestos a responder de manera afirmativa que los combustibles fósiles contaminan mucho más que los paneles solares fotovoltaicos. Pero, la realidad es que esta pregunta, siendo objetivos, no tiene una respuesta definitiva en los estadios de desarrollo actual de la energía fotovoltaica; no solo por el poco desarrollo de sus mercados, sino porque además debemos tomar en cuenta que desconocemos casi todas las eventualidades que pueden llegar a ocurrir sí se llega a masificar el uso de la energía solar fotovoltaica como principal fuente de energía eléctrica para el planeta.

Determinar el grado de contaminación o impacto en el medio ambiente que genera una tecnología cada vez que produce un bien es una actividad en extremo compleja. Esto es así, porque no existen casi nunca una simple relación lineal entre las actividades que se llevan a cabo para producir el bien, los efectos inmediatos y futuros que genera el uso de ese bien, y las consecuencias al final del ciclo de vida de ese producto. Por supuesto, siempre podemos hacer suposiciones educadas sobre qué es lo que puede llegar a ocurrir, y basados en los razonamientos sobre esas suposiciones, asumir que podemos llegar a saber cuánto y cómo llegará a contaminar dicho producto. De hecho, basado en esas suposiciones es como hemos llegado al punto de considerar transformar toda nuestra forma básica de producir energía a nivel mundial; migrando de los combustibles fósiles que han definido a nuestra civilización en todos los aspectos de la vida humana, al aceptar que los razonamientos sobre la reciente tecnología solar fotovoltaica son correctos, y lo suficientemente sólidos como para iniciar un cambio radical de la estructura de generación de nuestra energía, y por ende de toda la estructura económica existente. A mi entender es una apuesta arriesgada, que se da básicamente entre grandes intereses económicos que buscan lucrar de las oportunidades que generan los nuevos mercados, pero cuyas consecuencias deberán ser saldadas por las generaciones futuras.

Independientemente del punto de vista desde el cual se analice la contaminación, siempre se reduce a establecer los impactos reales o legales que generan las materias primas utilizadas; la cantidad e intensidad de la energía utilizada; la cantidad de desechos generados; y no menos importante, las alteraciones permanentes del equilibrio, inmediatas o futuras, que puede generar en un medio ambiente dado.

Referencias