Purificar silicio es un trabajo que consume mucha energía. Se empieza con cuarcita (esencialmente arena muy pura) y se calienta en un horno de arco eléctrico a aproximadamente 2000°C. Lo que sale es silicio de grado metalúrgico, todavía plagado de impurezas. Así que lo refinas aún más, lo conviertes en gas, lo destilas y luego lo depositas nuevamente como silicio policristalino en un proceso que puede durar días, consumiendo enormes cantidades de electricidad todo el tiempo. Sólo entonces se cultivan los lingotes, se cortan las obleas y se comienza la delicada tarea de convertirlas en células solares.
Todo lo cual significa que la tecnología en la que confiamos para descarbonizar el planeta tiene, de manera algo incómoda, un problema de carbono propio. Y a medida que los países se apresuran a instalar energía solar a una escala medida en teravatios (el mundo superó 1 teravatio de capacidad acumulada a fines de 2023 y podría llegar a 80 a mediados de siglo), esa huella de fabricación comienza a importar bastante.
Ahora, un equipo de investigadores de cuatro universidades del Reino Unido ha realizado la contabilidad más completa hasta el momento de lo que realmente cuesta, desde el punto de vista ambiental, construir la próxima generación de paneles solares. Su estudio, publicado en Nature Communications, encuentra que el cambio actual de la industria solar hacia una arquitectura de celda más nueva llamada TOPCon podría, si se combina con opciones de fabricación más inteligentes, evitar hasta 8,2 mil millones de toneladas de emisiones equivalentes de CO₂ para 2035. Eso es aproximadamente el 14 por ciento de las emisiones anuales globales actuales. No de la electricidad que generan los paneles, sino de su fabricación en primer lugar.
“La fabricación fotovoltaica a escala de varios teravatios exige una mayor atención a su huella medioambiental total”, afirma Nicholas Grant de la Universidad de Warwick, uno de los autores del estudio.
El meollo de la cuestión es una transición tecnológica que ya está en marcha. Hasta hace poco, el caballo de batalla estándar de la industria solar era un diseño conocido como PERC (célula trasera de emisor pasivado). Funciona bastante bien. Pero los fabricantes ahora están cambiando rápidamente a TOPCon (contacto pasivado con óxido de túnel), que extrae más electricidad de la misma cantidad de luz solar a través de una disposición más inteligente de capas en la parte posterior de la celda. Mientras que PERC utiliza óxido de aluminio para la pasivación trasera, TOPCon agrega un óxido de túnel ultrafino debajo de una capa de polisilicio dopada con fósforo, un ajuste que mejora la forma en que los electrones se mueven a través del dispositivo.
La pregunta que nadie había respondido adecuadamente era si este cambio también es mejor para el planeta. Bethany Willis y Oliver Rigby de la Universidad de Northumbria, junto con colegas de Warwick, Birmingham y Oxford, se propusieron comparar ambas tecnologías a lo largo de todo su ciclo de vida de fabricación, desde la extracción de cuarzo hasta el módulo terminado listo para su envío. Evaluaron 16 categorías distintas de impacto ambiental utilizando modelos de evaluación del ciclo de vida y obtuvieron datos de producción reales de un fabricante internacional de TOPCon en lugar de depender completamente de estimaciones de la literatura.
Los resultados fueron bastante contundentes. TOPCon salió adelante en 15 de esas 16 categorías. Sus emisiones relacionadas con el cambio climático fueron un 6,5 por ciento más bajas por unidad de capacidad eléctrica, una cifra que suena modesta y que aumenta dramáticamente cuando se habla de teravatios de implementación. Sin embargo, hubo una excepción: TOPCon utiliza más plata para sus contactos eléctricos, lo que aumentó el consumo de recursos minerales en aproximadamente un 15 por ciento. La plata ya es uno de los puntos críticos de la industria y el equipo lo señala como la compensación que debe observarse. Los contactos de cobre son una posible solución; Reducir el uso de plata a 5 miligramos por vatio (un objetivo que los investigadores han discutido) reduciría el impacto del uso de metal en más de un 40 por ciento.
Pero el hallazgo realmente sorprendente no fue qué diseño celular gana. Se trataba de dónde construyes las cosas.
La electricidad consumida durante la purificación del silicio (esos hornos, esos días de deposición) domina la huella ambiental y contribuye hasta el 62 por ciento del impacto total del módulo en algunas categorías. Por eso, la intensidad de carbono de la red local es muy importante. La fabricación de un panel TOPCon en India, donde la red todavía depende en gran medida del carbón, produce 0,95 kilogramos de CO₂ equivalente por vatio pico. El mismo panel fabricado en Europa pesa 0,40 kg. Si se traslada la producción de China a Europa, se podría reducir a la mitad el impacto climático, según el modelo del equipo.
“Estamos en un momento crítico en el que la energía solar está aumentando rápidamente hasta convertirse en una parte importante de la generación eléctrica mundial”, afirma Sebastián Bonilla de la Universidad de Oxford. El estudio, afirma, ayuda a identificar las opciones de materiales, tecnologías y lugares de fabricación que minimizarán el daño.
El equipo proyectó estas cifras hasta 2035, incorporando las mejoras esperadas en la eficiencia de los paneles, las reducciones en el consumo de polisilicio y plata, y la descarbonización gradual de las redes nacionales. Según su escenario más optimista (donde se combina el cambio a TOPCon, mejoras en la fabricación y una red eléctrica más limpia), las emisiones acumuladas de fabricación caen en 8.200 millones de toneladas de CO₂ equivalente en comparación con el peor de los casos. Y eso es sólo el lado de la oferta. Se prevé que los paneles solares instalados entre 2023 y 2035 eviten más de 25 mil millones de toneladas de emisiones de carbono a lo largo de su vida útil al desplazar la electricidad procedente de combustibles fósiles. Incluso teniendo en cuenta la fabricación, la energía solar fotovoltaica emitirá sólo 0,017 kg de CO₂ equivalente por kilovatio-hora en 2035. La red de China, en comparación, seguirá siendo de 0,608.
Eso sí, nada de esto significa que la huella de fabricación de la energía solar sea trivial. El estudio estima que la construcción de todos los paneles que el mundo planea implementar podría generar hasta 13.800 millones de toneladas de CO₂ equivalente para 2035 si nada cambia. La cuestión es que la mayor parte de eso es evitable; depende de las decisiones que se tomen ahora mismo sobre dónde se construyen las fábricas y qué las impulsa.
Hay incertidumbres, como los investigadores señalan cuidadosamente. Su modelo para la combinación eléctrica de la India se basa en datos que tienen más de cinco años de antigüedad. La red de China se está descarbonizando rápidamente, pero predecir exactamente a qué velocidad es complicado. Y el estudio solo cubre lo que sucederá hasta 2035; más allá de eso, las tecnologías más nuevas, como los tándems de perovskita y las células de heterounión de silicio, comenzarán a reclamar mayores cuotas de mercado, y sus perfiles ambientales seguirán siendo menos comprendidos.
Aún así, el mensaje central llega con considerable fuerza. “Incluso cuando se consideran los impactos de la fabricación, la energía solar fotovoltaica sigue siendo una de las tecnologías de generación de electricidad más sostenibles y de menor impacto disponibles durante todo su ciclo de vida”, dice Neil Beattie de la Universidad de Northumbria, autor principal del estudio. Sostiene que deberíamos implementarlo a escala, ahora.
Lo que hace que este trabajo importe, tal vez, sea su oportunidad. La industria solar no está debatiendo si cambiar de PERC a TOPCon; ya lo está haciendo. La pregunta es si los otros cambios (redes de fábrica más limpias, reducción de plata, obleas más delgadas) ocurren lo suficientemente rápido como para capturar esos 8 mil millones de toneladas de ahorro. Los hornos funcionan en cualquier dirección.
Enlace del estudio: https://www.nature.com/articles/s41467-026-69165-x
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