TRADUÇÃO DE:
Cheap and Abundant Solar Energy is Coming
In the next 20 years, between 50 percent to 100 percent of the world’s energy production could come from solar.
Nos próximos 20 anos, entre 50% e 100% da produção mundial de energia pode vir da energia solar.
✍️ de Peter Diamandis
Hoje, a indústria global de petróleo e gás natural é de cerca de US $ 4 trilhões. É muito dinheiro e, nos EUA, 67% da eletricidade gerada em 2015 foi proveniente de combustíveis fósseis (carvão, gás natural e petróleo).
Isso está prestes a mudar.
Estamos à beira de uma revolução solar em que o custo das células solares irá despencar, a eficiência aumentará drasticamente e os incentivos para adoção generalizada se tornarão atraentes.
Hoje, vamos nos concentrar em um material recém-descoberto chamado perovskita e suas enormes implicações para a sociedade.
Solar Hoje: Contexto ☀️
Nas últimas décadas, a forma mais utilizada de energia solar veio de um material chamado silício.
A célula solar de silício foi descoberta em 1953.
Alguns anos depois, as primeiras células solares comerciais começaram a surgir.
Infelizmente, essas primeiras células comerciais estavam muito além dos meios dos consumidores normais e também eram relativamente ineficientes na produção de energia.
Ao longo das décadas, as células solares de silício tornaram-se cada vez mais acessíveis e eficientes, com a maioria dos painéis solares com uma eficiência média de 14% a 18% (de 6% em 1954) e de apenas US $ 3 por watt (de US $ 300 por watt, em 1956).
Embora a energia solar represente atualmente apenas 0,4% da eletricidade gerada nos EUA, espera-se que a produção de energia solar cresça significativamente na próxima década.
Internamente, o mercado está projetado para crescer de 25% a 50% este ano e as projeções globais estão em 30%.
O gráfico abaixo ilustra como o desenvolvimento e a capacidade fotovoltaica global aumentaram ao longo dos anos.
As implicações disso são surpreendentes, tanto em nível econômico quanto ambiental.
E para aqueles que querem fazer os cálculos, com uma taxa de crescimento anual de 30%, temos que:
Em cinco anos, passamos de 0,4% para 1,5%.
Em 10 anos, estamos em 5,5%.
Em 15 anos, estamos em 20%.
E em 21 anos estamos em 98%.
Mas o que é ainda mais interessante é um novo material que está pronto para mudar completamente a face da energia solar… e com isso, vamos mergulhar.
O que é perovskite? 💎
Na Abundance 360 deste ano, Jeff Carbeck, o chefe de Materiais Avançados da Deloitte Consulting, nos apresentou um novo material extraordinariamente excitante chamado perovskite.
Perovskite é um cristal sensível à luz que tem o potencial de ser mais eficiente, barato e versátil do que todas as outras soluções solares existentes até hoje.
Nos últimos cinco anos, a eficiência de conversão da perovskite aumentou drasticamente - de 4% para quase 20%, tornando-se a tecnologia de desenvolvimento mais rápido na história da energia fotovoltaica.
Os cientistas começaram a experimentar a perovskite em 2009, usando-a como um corante para absorver a luz e criar cargas, que poderiam então ser separadas e usadas para gerar energia com um semicondutor.
Em 2012, no entanto, os cientistas perceberam que a perovskite poderia realmente atuar como um semicondutor e começar a experimentar o uso em células solares.
Por causa de como a perovskite é criada, as células solares de perovskite têm algumas vantagens e desvantagens importantes sobre as células baseadas em silício.
Principais vantagens 🏆
Custo: Os ingredientes usados para criar a perovskite são amplamente disponíveis e de baixo custo para combinar, já que podem ser feitos a temperaturas relativamente baixas (em torno de 100ºC). As células de silício precisam ser aquecidas a altas temperaturas (até 900ºC) para remover defeitos, o que é um processo caro. Estimativas sugerem que os painéis solares de perovskite podem custar apenas 10 a 20 centavos de dólar por watt, comparado a 75 centavos de watt para painéis tradicionais à base de silício - de 3 a 8X - tornando os painéis solares mais acessíveis para o consumidor médio.
Versatilidade: Os cilindros de perovskite têm uma estrutura fina, flexível e leve devido a esse processamento, ao contrário dos wafers de silício, que tendem a ser grossos, pesados e rígidos. Devido a essa versatilidade, a perovskite poderia teoricamente ser colocada em telhas, janelas ou praticamente qualquer superfície imaginável. Essa versatilidade é o que poderia permitir que a energia solar alcançasse uma escala que eventualmente eliminasse totalmente a dependência de combustíveis fósseis.
Eficiência: conforme mencionado acima, a eficiência de conversão da perovskite aumentou a uma taxa impressionante nos últimos cinco anos - de 4% para quase 20%. E isso é apenas o começo - o limite teórico da eficiência de conversão da perovskite é de cerca de 66%, comparado ao limite teórico de silício de cerca de 32%.
Principais Desvantagens
Segurança: Um dos componentes da perovskite é o chumbo - um metal altamente tóxico. Como resultado, qualquer célula solar de perovskite teria que passar por testes extensivos para garantir que o chumbo não seria um fator de risco. Os pesquisadores observaram, no entanto, que a quantidade de chumbo presente é relativamente baixa e provavelmente teria um impacto ambiental negativo muito pequeno. Dois laboratórios também foram capazes de produzir células de perovskite sem chumbo que trocam o chumbo por estanho, o que poderia eliminar completamente a preocupação.
Durabilidade: Este é um grande ponto de discórdia - a perovskite se degrada em horas quando entra em contato com a umidade - ao contrário das células baseadas em silício, que vêm com garantias de 25 anos. Nova pesquisa é promissora, no entanto. Pesquisadores criaram uma nova fotovoltaica de perovskite que realmente remove a camada que tende a degradar, criando um material que se mostrou estável por mais de 1.000 horas de operação (após o qual os pesquisadores pararam de testar!).
Células Solares Tandem
Uma solução interessante é combinar a perovskite com outros materiais fotovoltaicos para criar sistemas mais eficientes.
Cientistas em Hong Kong recentemente relataram ter combinado com sucesso perovskita e silício para criar uma célula solar em tandem com a maior taxa de eficiência relatada no mundo - 25,5%!
"Como há diferentes comprimentos de onda para a energia solar, uma combinação de diferentes materiais para a produção de células solares funcionaria melhor para a absorção de energia", segundo um comunicado da Universidade Politécnica de Hong Kong.
“Por exemplo, perovskite de tri-haleto de chumbo metilamônio e células solares de silício podem formar um par complementar. Com a célula solar de perovskite funcionando como uma camada superior, ela pode coletar os fótons de comprimento de onda curto, enquanto a camada inferior revestida com silício é projetada para absorver os fótons de comprimento de onda longo. ”
Implicações para Solar
O mundo, há tempos, tem grandes esperanças na energia solar, e parece que o potencial pode finalmente estar próximo de ser realizado.
Mais uma vez, há 5.000 vezes mais energia solar atingindo a superfície da Terra do que a espécie humana usa em um ano.
As barreiras ao desenvolvimento comercial, no entanto, ainda são significativas.
Muitos empreendedores e investidores estão cautelosos com a energia solar depois de terem sido 'queimados' no início de 2010, quando uma série de empresas de energia solar captou um capital considerável antes de fechar suas operações.
Dito isso, houve um ressurgimento de startups promissoras desenvolvendo soluções solares comercialmente viáveis - e acreditamos que veremos células solares de perovskite já no próximo ano.
Novos desenvolvimentos estão ocorrendo todos os dias, apontando para um futuro com energia abundante, água limpa abundante e possibilidade abundante.
Este é um momento incrivelmente emocionante para a ciência dos materiais e um momento incrivelmente emocionante para estar vivo.
🔀 Originally written for Singularity Hub
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