Chinesisches Team der Huazhong-Universität für Wissenschaft und Technologie: Bleileckage bei Perowskit übertrifft Best Practices um 94 % weniger als bei Silizium mit bleihaltigem Lot

de.wedoany.com-Bericht: Ein von der Huazhong University of Science and Technology (Huazhong-Universität für Wissenschaft und Technologie) geleitetes Forschungsteam hat die Bleiflüsse der chinesischen Perowskit-Photovoltaik von 2026 bis 2060 modelliert. Die Ergebnisse zeigen, dass unter Best-Practice-Bedingungen die kumulierte Bleileckage bei gleicher installierter Kapazität um bis zu 94 % niedriger sein kann als bei Siliziummodulen mit bleihaltigem Lot.

Die Studie kombiniert dynamische Stoffstromanalyse mit Süßwasser-Ökotoxizitätsmodellierung und vergleicht vier Perowskit-Szenarien – Business-as-usual, saubere Produktion, technologischer Fortschritt und Best Practices – mit zwei Silizium-Szenarien mit bleihaltigem bzw. bleifreiem Lot, wobei angenommen wird, dass der Perowskit-Marktanteil bis 2060 20 %, 40 % bzw. 60 % erreicht. Das Forschungsteam verwendete ein KI-Vorhersagemodell, um die kumulierte installierte Photovoltaik-Kapazität Chinas bis 2060 auf etwa 6.781 GW zu prognostizieren. Die Ergebnisse wurden sowohl auf die installierte Kapazität als auch auf die Stromerzeugung normiert; beide Bezugsgrößen ergaben dieselben relativen Rückgänge.

Dieser Vergleich spiegelt sowohl Unterschiede im Bleigehalt als auch unterschiedliche Annahmen über Leckagen in den Phasen Herstellung, Nutzung und Entsorgung wider. Die aggregierten Daten zeigen, dass Einzelübergangs-Perowskit-Module etwa 2 g bis 3,9 g Blei pro Kilowatt enthalten, Voll-Perowskit-Tandemmodule etwa 3,6 g bis 4 g, während Siliziummodule mit bleihaltigem Lot etwa 36 g bis 53 g pro Kilowatt enthalten.

Im Szenario mit 40 % Marktanteil beträgt die kumulierte Bleileckage im Perowskit-Best-Practice-Szenario von 2026 bis 2060 etwa 479 Tonnen, verglichen mit etwa 8.554 Tonnen bei Silizium mit bleihaltigem Lot. Im Business-as-usual-Szenario liegt die Perowskit-Leckage bei etwa 2.406 Tonnen und damit höher als die etwa 1.848 Tonnen, die für Silizium mit bleifreiem Lot modelliert wurden. Bis 2060 liegen die Leckagen der drei Perowskit-Szenarien saubere Produktion, technologischer Fortschritt und Best Practices allesamt unter dem bleifreien Silizium-Szenario.

Im Business-as-usual-Szenario ist die Herstellungsphase die Hauptquelle der simulierten Bleiverluste. In diesem Szenario beträgt der kumulierte Bleieinsatz über den gesamten Lebenszyklus von Perowskit etwa 29.200 Tonnen, von denen 58,9 % verloren gehen, hauptsächlich in der Herstellungsphase. Die Forscher nehmen eine jährliche Bruchrate von 2 % für Perowskit-Module und 0,1 % für Siliziummodule an. In den Szenarien Business-as-usual und saubere Produktion steigt die Lebensdauer von Perowskit-Modulen von etwa 10 Jahren auf 20 Jahre bis 2060; in den Szenarien technologischer Fortschritt und Best Practices steigt sie auf 30 Jahre.

Die Studie modellierte auch die Auswirkungen chinesischer Exporte. Von 2022 bis 2024 gingen 45 % der von China exportierten Photovoltaik-Produkte nach Europa. Im simulierten Handelsszenario lagern Industrieländer die Leckagen der Herstellungsphase faktisch aus, während tropische Entwicklungsländer mit Inlandsleckagen konfrontiert sind, die bis zu dreimal so hoch sein können wie die ihren Importen entsprechenden vorgelagerten Leckagen – bedingt durch schnellere Moduldegradation und begrenzte Recyclingkapazitäten. Die Forscher schätzen die nachgelagerte Leckage in Brasilien auf etwa 119 Tonnen und die vorgelagerte auf etwa 50 Tonnen; in Deutschland beträgt die nachgelagerte Leckage etwa 17 Tonnen und die vorgelagerte etwa 67 Tonnen.

Die Forscher sind der Ansicht, dass Blei kein unüberwindbares Hindernis für die Kommerzialisierung von Perowskit sein muss, sofern der Governance-Ansatz von Materialbeschränkungen hin zu einer transnationalen erweiterten Herstellerverantwortung verschoben wird. Derzeit gibt es in der Photovoltaik-Branche keinen solchen transnationalen Mechanismus.

In der EU sind Solarmodule nicht an die Bleigrenzwerte der Richtlinie zur Beschränkung gefährlicher Stoffe (RoHS) gebunden, unterliegen jedoch der Richtlinie über Elektro- und Elektronik-Altgeräte (WEEE). Diese verpflichtet Hersteller zur Finanzierung von Sammlung und Behandlung und legt für gesammelte Module eine Recyclingquote von 85 % sowie eine Wiederverwendungs- und Recyclingquote von 80 % fest.

Seit der Einführung von Perowskit sind Bedenken hinsichtlich Bleis nie verstummt, doch es sammeln sich praktische Belege. In einem weiteren Outdoor-Test, der in der Zeitschrift EES Solar der Royal Society of Chemistry veröffentlicht wurde, setzten durch Hagel beschädigte Glas-Glas-Perowskit-Silizium-Tandembauelemente innerhalb von neun Monaten etwa 0,07 % ihres Bleis frei. Die kommerzielle Einführung ist nach wie vor begrenzt: Oxford PV lieferte 2024 die ersten Perowskit-Silizium-Tandemmodule aus, während GCL und UtmoLight in China bereits Gigawatt-Produktionslinien gemeldet haben.

Die Ergebnisse wurden unter dem Titel „Overstated Lifecycle Lead Risks of Perovskite Solar Cells and the Hidden Transboundary Displacement" (Überbewertete Bleirisiken im Lebenszyklus von Perowskit-Solarzellen und die versteckte grenzüberschreitende Verlagerung) kürzlich in Environmental Science & Technology veröffentlicht.