Det er bred enighet om at fornybar energi er det som må til for å skaffe mer energi. Likevel viser blant annet Fosen-saken, hvor vindmøller kom i konflikt med reindrift og urfolks rettigheter, at mange hensyn må tas i det grønne skiftet.
Kan solceller komme i en liknende klemme? Blir overgangen til fornybar energi så viktig at vi mister andre deler av bærekraftmålene av syne? Det er en bekymring Ola Nilsen, professor i uorganisk materialkjemi ved Universitetet i Oslo (UiO), gjerne snakker mer om.
Mener dette er uetisk å forske på
Det finnes mange ulike typer solceller. Det forskes stadig på hvordan solcellene kan produseres billigere og hvordan de kan ha bedre effekt. Når forskningen går fra å studere fundamentale prinsipper til å gjøre klar for en mulig teknologi, bør det være solceller som faktisk kan tas i bruk, mener Nilsen.
Solcelle-typen han sikter til, er en klasse som har fått stor oppmerksomhet de siste årene, men de inneholder bly. Ifølge ham betyr det at disse solcellene uansett er forbudt å ta i bruk i EU, da de ikke passerer RoHS-kravene som er satt for produkter med bly. Derfor mener han at det er uetisk å forske på å ta slike materialer videre til anvendt teknologi.
Professor Espen Olsen ved Norges miljø- og biovitenskapelige universitet (NMBU) er uenig:
– Slik jeg ser det, må det være noe av det mest etiske å forske på. I dag har man ikke klart å finne noen alternativer til bly i perovskittsolceller. Årsaken er at mekanismene for hvordan de virker fysisk, ikke er godt nok forstått. Ved å etablere bedre forståelse for blyholdige perovskitters virkemåte, kan vi øke sannsynligheten for å finne et alternativt materiale til bly som virker like godt – eller helst bedre. Det er min hovedmotivasjon som solcellefysiker for å drive med dette, forklarer Olsen.
Nilsen er ikke uenig i at det kan være fordeler med å forstå de underliggende prinsippene for hvorfor bly fungerer så godt. Men:
– Mye av dagens forskning handler om å forlenge levetiden til solceller med bly, snarere enn å forstå mekanismene. Det er også problematisk at forskere skriver artikler som argumenterer for bruk av bly, slik som «Leaving In the Lead», sier Nilsen.
Han mener at forskere i større grad enn i dag bør diskutere de etiske problemstillingene i denne typen forskning.
Blyholdige solceller er enkle og billige å lage
Til tross for blyforbudet i EU ble det utviklet solceller i 2012 der bly er en del av selve solcellen. Flere miljøer ønsker å få slike på markedet.
Ifølge Olsen er har de blyholdige solcellene flere gode egenskaper:
– Fordelen med blyholdige perovskitter er at tynne filmer av perovskitter generelt ses på som det neste kvantespranget innen solcelleteknologi i form av tandemsolceller med en silisiumsolcelle i bunnen og en tynn film av perovskitt oppå. Perovskitter kan designes slik at båndgapet matcher båndgapet til silisium i en tandemstruktur. Det er ikke blyet i seg selv som er poenget, men materialklassen perovskitter. Disse kan fremstilles svært enkelt og billig, noe som ytterligere kan få ned prisen på elektrisk energi fra solceller. Til nå har ingen klart å erstatte bly i en perovskittsolcelle med høy effektivitet. Dette forskes det på den annen side mye på, sier han.
Tåler ikke sollys eller luft
– Materialtypen som disse solcellene tilhører, ble utviklet før 2000, forteller Nilsen.
Materialet i solcellene er såkalte perovskitter med bly, og mye annet. De er enkle å lage, men de er luftfølsomme og ustabile, så han som først utviklet dem, sluttet selv å forske på denne typen materialer.
Perovskitter er en gruppe mineraler som er bygget opp på en bestemt måte. Formelen for denne strukturen skrives ABO3, hvor A og B er to ulike metaller, og O er oksygen.
Likevel: Disse materialene hadde riktig båndgap for solceller, som handler om hvilke energinivåer elektronene kan ha. Derfor var det noen forskere som fortsatte forskningen for hvordan disse kunne brukes som solceller, til tross for de åpenbare ulempene:
– Jeg unngikk disse materialene, sier Nilsen, – for de tåler ikke sollys over tid, og de er luftfølsomme. I tillegg inneholdt de bly, som er giftig. Noe av forskningen på dette materialet som solcelle-kandidat har derfor handlet om å forlenge levetiden, kapsle det inn i lufttette beholdere, og å finne alternativer til bly, uten at det har vært mulig å erstatte det helt. Til det har blyet for perfekt båndgap.
Peker på tiltak
Olsen på NMBU mener på sin side at det er fullt mulig å bøte på ulempene med tiltak. I tillegg mener han at det er andre teknologier som har større blyutslipp og hvor tiltakene heller burde vært rettet. Han peker på at ulike økonomiske områder, som EU, også har andre interesser, som å beskytte egen industri:
– I solcellemiljøet ses blyet på som en ubehagelighet som kan avbøtes med tiltak. Innkapsling og mekanisk stabilitet er nøkkelord her. Mengden bly i en tynnfilm perovskittsolcelle er også forsvinnende liten. Bly brukes mange steder, for eksempel i batterier. Et bil- eller fritidsbatteri veier mange kilo. I høst fisket de opp 16 tonn, eller noe slikt, med gamle blyakkumulatorer fra bunnen av Frognerkilen, uten at det er noen grunn til å innføre det i ny teknologi, men det setter tingene i perspektiv. I USA har First Solar, som lager CdTe-solceller, et nøye gjennomtenkt system for kontroll med, innsamling og resirkulering av disse. Dette skjer ikke i EU, noe som nok ikke heller kommer, siden det ikke er økonomisk lønnsomt. USA beskytter sin egen industri, så også EU. Silisium er så bra og billig at det ikke er noen grunn til å innføre et slikt system for CdTe i EU. Hvis blyholdige solceller skal markedsføres i EU, må det være et kontroll- og håndteringsregime rundt det.
Nilsen mener disse argumentene ikke holder:
– At det er lite bly i solceller, er et dårlig argument ettersom også små mengder er skadelig. Vi kan ikke stikke hodet i sanden når det kommer til dette stoffet, sier han. – Én million dødsfall i året kan spores tilbake til bly. En tredel av alle barn i verden har mer bly i blodet enn det som er regnet som ufarlig. Det kan hindre kognitiv utvikling.
– Når det gjelder CdTe-solceller er det heller ikke bra, men de tåler i det minste sollys i tillegg til at de ikke går i oppløsning dersom de blir utsatt for vann. Dette er to ting som bly-perovskittene sliter med, fortsetter Nilsen.
Krever svært mye energi
Bly er giftig for alle kroppens organer. Det har ingen funksjon i kroppen, og det er spesielt skadelig for hjernen, ifølge Nilsen.
– Det er en grunn til av vi faser ut blyhagl i Norge, sier Nilsen, og det jobbes hardt for å fase ut bly på andre områder, slik som hvitt pigment i maling. Og når det gjelder solceller finnes det alternative materialer som er like gode eller bedre.
De solcellene som er kommersielt tilgjengelige i dag, er stort sett laget av krystallinsk silisium. Dette inneholder noe bly der solcellene er loddet, men ikke i selve solcellen. For å få silisium krystallinsk, er det nødvendig med svært høye temperaturer. Det gjør at dagens vanligste solceller er energikrevende å lage, og energi koster. Det er noe av bakgrunnen for at forskere leter etter alternative materialer.
– Det finnes alternativer til silisium-solceller som ikke inneholder bly, påpeker Nilsen.
Han forstår ikke hvorfor prosjekter som søker å forlenge levetiden til blyholdige perovskitter, har fått støtte.
– EU har forbudt bly i elektronikk. Det er fordi det er farlig. Det er ingen god grunn til at vi skal bruke forskningsmidler til dette. Det finnes bly-frie alternativer, sier han.
Bly og kadmium er svært giftig
På Nilsens egen lab har han tatt forholdsregler mot stoffer som er farlige:
– I vår lab bruker vi ikke bly, kvikksølv og kadmium. Det gjør avfallshåndtering enklere, det kan kontaminere andre prøver, og vi får uansett ikke kommersialisert materialer som inneholder dette i fremtiden. Da er det heller ikke noe poeng i å prøve å lage materialer med disse stoffene, sier Nilsen.
Likevel mener han at det ikke bør være noe generelt forbud mot å bruke disse stoffene i forskning:
– Det er ikke all forskning som er like relevant å ta i bruk. Hvis det er lavt nivå av «technology relevance level», kan forskerne bruke alle grunnstoffer, men hvis målet er kommersialisering, bør de også ha en realitetssjekk. Har dette materialet livets rett? Kan det tas i bruk?
Han mener at grunnen til at forskere fortsetter å bruke disse materialene, er at det er vanskelig å få publisert artikler om stoffer som har best effekt – det vil si best utnyttelse av sollyset. Derfor er det vanskelig å forlate dette materialet, selv når det ikke vil være mulig å kommersialisere det.
– Det britiske selskapet Oxford PV har blitt etablert for å lage solceller som inneholder bly. De har fått private investorer til å satse på denne teknologien, sier Nilsen.
Equinor er blant eierne av Oxford PV. Dette viser at det er mange miljøer som ønsker en kommersialisering av denne typen teknologi.
Artikkelen ble først publisert på Titan.uio.no
