onsdag 8. juni 2011

Terawatt med energi fra solceller - er det mulig?

Jeg har tidligere skrevet om hvordan solcellemarkedet tar av, det har vokst med ca 40% per år de siste ti årene, og fra 2009 til 2010 var det nesten en fordobling i produksjonen av solceller. Dette er bl.a. Alf Bjørseth glad for. Det er ingen som tror at denne utviklingen vil snu eller stoppe opp med det første, så vi kommer ganske snart til å se at solceller kommer til å stå for en svært stor del av energiproduksjonen i mange land.

Jeg var nylig på en stor materialteknologikonferanse i Nice i Frankrike, der den største av parallellsesjonene hadde fokus på materialteknologi for solceller. Mange av de som holdt foredrag var selvsagt veldig positive på grunn av den eksplosive økningen i solcelleproduksjonen, men det henger likevel en stor sky på himmelen. En av de mest interessante presentasjonene jeg var på på konferansen hadde tittelen "Resource limitations to TW-scale photovoltaics", holdt av professor C. S. Tao fra Universitetet i Texas. Han snakket om at en av de virkelig store problemene med å dekke vårt store energibehov med strøm fra solceller ikke er tilgangen på sol, men tilgangen på enkelte materialer.



Professor Tao tok i dette foredraget utgangspunkt i noen enkle fremskrivinger av verdens energibehov og tilgang på grunnstoffene sølv (Ag), indium (I) og tellurium (Te). Resultatet var at solceller, dersom de lages på samme måte som i dag, maksimalt kan dekke ca 3-4 % av verdens energibehov i år 2100:
  • Silisium-baserte solceller kan dekke maksimalt 2.5% av verdens energibehov på grunn av at kontaktene på fremsiden av silisiumsolcellene lages av sølv. Hvis vi bruker alt sølv i verden til å legge på forsiden av silisiumsolceller, har vi rett og slett fortsatt ikke nok!
  • Tynnfilmsolceller kan dekke rundt 1% av verdens energibehov, begrenset av verdens reserver av indium og tellurium. Tynnfilmsolceller bruker veldig lite materiale, bare et par gram per kvadratmeter, men likevel vil dette være en begrensende faktor. Indium og tellurium er noen av de mest sjeldne grunnstoffene på jorda (se denne grafiske figuren).
Dette syntes jeg selv er svært bekymringsfullt, fordi jeg tror at vi trenger å dekke mer enn 50% av energiforbruket vårt i framtida med strøm fra solceller. Det som er bra, er at vi har forskere som jobber på for å lage solceller som ikke trenger sjeldne grunnstoffer, som for eksempel såkalte CZTS-solceller som er en helt ny tynnfilmteknologi. Silisiumsolceller kan sannsynligvis produseres med andre metaller enn sølv som frontkontakter, eller kanskje med gjennomsiktige ledere basert på sink-oksid eller grafen. Uten å gå for mye i detaljer om mitt eget arbeid, holder jeg også på med forskning som vi håper skal kunne lede til en helt ny teknologi for tynnfilmsolceller som er basert på billige og lett tilgjengelige metaller (les mer på min engelske blogg om "Scrap metal solar cells").

4 kommentarer:

  1. Det er en veldig interessant problemstilling du tar opp. I hvert fall tas den sjelden opp, så vidt meg bekjent. Finnes det noen tilsvarende problemstillinger for andre områder, f.eks. komponenter i batterier til elektriske biler?

    SvarSlett
  2. Jeg kjører jo selv elbil, så jeg havner i blant i diskusjon med andre om nettopp dette. Jeg kan imidlertid ikke så mye om batteriet i bilen min, men det er et litium-ionebatteri. Litium kan være en begrensning for elektrifisering av verdens bilpark, men jeg tror ikke det er noe problem. Det finnes visstnok ca 28 milliarder kilo litium utvinnbart på jorda, og i et bilbatteri går det typisk med noen kilo litium. Jeg fant en rapport som gir en rask gjennomgang, og som konkluderer med; "In the case of materials for lithium‐ion batteries, it appears that even an aggressive program of vehicles with electric drive can be supported for decades with known supplies.". Se http://www.transportation.anl.gov/pdfs/B/583.PDF

    SvarSlett
  3. Du er inne på en viktig problemstilling som sjelden tas opp.
    I basal entergiproduksjon bør man ikke bruke high-tech løsninger, for de inneholder alltid sjeldne metaller eller bruk av ressurser i leddene bak.
    Så vidt jeg vet, så er det litium til ca. 600 millioner el-biler. Det er ca. 10 års produksjon. Da er det ikke noe igjen til andre batterier.. Jeg kan ta feil.

    Bærekraftig energiproduksjon kan ikke basere seg på noe som man kan grave ut av bakken. Alle slike kilder tar slutt. Det er bare solenergi som er bærekraftig, og da særlig konsentrert solvarme som brukes til å lage elektrisitet og derfra hydrogen for transport og forbrenning. Dette kan skaleres til å erstatte ALL fossil energibruk i dag og mere til. Teknologien er der og har vært testet i årevis.
    Politisk vilje??

    SvarSlett
  4. BlueHost is definitely the best hosting company for any hosting plans you might require.

    SvarSlett