فريق جامعة هواتشونغ للعلوم والتكنولوجيا الصيني: أفضل الممارسات تُظهر انخفاض تسرب الرصاص من البيروفسكايت بنسبة 94% مقارنة بالسيليكون البلوري الذي يستخدم لحامًا يحتوي على الرصاص

أخبار ar.wedoany.com، قام فريق بحثي بقيادة جامعة هواتشونغ للعلوم والتكنولوجيا (Huazhong University of Science and Technology) بنمذجة مسارات تدفق الرصاص في الخلايا الكهروضوئية البيروفسكايتية في الصين خلال الفترة من 2026 إلى 2060، وأظهرت النتائج أنه في ظل أفضل الممارسات، يمكن أن يكون إجمالي تسرب الرصاص التراكمي أقل بنسبة تصل إلى 94% مقارنة بوحدات السيليكون البلوري التي تستخدم لحامًا يحتوي على الرصاص، وذلك عند تساوي السعة المركبة.

يجمع البحث بين تحليل التدفق المادي الديناميكي ونمذجة السمية البيئية للمياه العذبة، ويحدد أربعة سيناريوهات للبيروفسكايت: التطور الاعتيادي، والإنتاج النظيف، والتقدم التكنولوجي، وأفضل الممارسات، مقابل سيناريوهين للسيليكون البلوري: استخدام لحام يحتوي على الرصاص وعدم استخدامه، مع افتراض وصول حصة البيروفسكايت في السوق إلى 20% أو 40% أو 60% بحلول عام 2060. واستخدم الفريق نموذج تنبؤ بالذكاء الاصطناعي لاستقراء إجمالي السعة الكهروضوئية المركبة التراكمية في الصين، والتي ستصل بحلول عام 2060 إلى نحو 6,781 غيغاواط. وتم تطبيع النتائج وفق معياري السعة المركبة وإنتاج الكهرباء، وأظهر المعياران نفس النسبة النسبية للانخفاض.

تعكس هذه المقارنة كلاً من الفروق في محتوى الرصاص والافتراضات المختلفة بشأن التسرب في مراحل التصنيع والاستخدام وإدارة نهاية العمر. وتُظهر البيانات المجمعة أن وحدات البيروفسكايت أحادية الوصلة تحتوي على نحو 2 إلى 3.9 غرام من الرصاص لكل كيلوواط، ووحدات البيروفسكايت الترادفية الكاملة على نحو 3.6 إلى 4 غرامات، في حين تحتوي وحدات السيليكون البلوري التي تستخدم لحامًا يحتوي على الرصاص على نحو 36 إلى 53 غرامًا لكل كيلوواط.

في سيناريو حصة السوق البالغة 40%، بلغ إجمالي تسرب الرصاص التراكمي في سيناريو أفضل الممارسات للبيروفسكايت خلال الفترة من 2026 إلى 2060 نحو 479 طنًا متريًا، مقابل نحو 8,554 طنًا متريًا للسيليكون البلوري الذي يستخدم لحامًا يحتوي على الرصاص. وفي سيناريو التطور الاعتيادي، بلغ تسرب البيروفسكايت نحو 2,406 أطنان متريية، وهو أعلى من نحو 1,848 طنًا متريًا الناتجة عن نمذجة السيليكون البلوري بدون لحام رصاص. وبحلول عام 2060، تكون كميات التسرب في سيناريوهات البيروفسكايت الثلاثة — الإنتاج النظيف والتقدم التكنولوجي وأفضل الممارسات — جميعها أقل من سيناريو السيليكون البلوري بدون رصاص.

في سيناريو التطور الاعتيادي، تُعدّ مرحلة التصنيع المصدر الرئيسي لفقد الرصاص في النمذجة. وفي هذا السيناريو، بلغ إجمالي مدخلات الرصاص التراكمية على مدى دورة الحياة الكاملة للبيروفسكايت نحو 29,200 طن متري، منها 58.9% مفقودة، وذلك بشكل رئيسي في مرحلة التصنيع. وافترض الباحثون معدل تلف سنوي لوحدات البيروفسكايت بنسبة 2%، مقابل 0.1% للسيليكون البلوري. وفي سيناريوي التطور الاعتيادي والإنتاج النظيف، يبدأ عمر وحدات البيروفسكايت من نحو 10 سنوات ويرتفع إلى 20 سنة بحلول عام 2060؛ بينما يرتفع في سيناريوي التقدم التكنولوجي وأفضل الممارسات إلى 30 سنة.

كما قام البحث بنمذجة تأثير الصادرات الصينية. خلال الفترة من 2022 إلى 2024، توجه 45% من المنتجات الكهروضوئية المصدرة من الصين إلى أوروبا. وفي سيناريو التجارة المُحاكى، تُرسل الاقتصادات المتقدمة فعليًا تسربات مرحلة التصنيع إلى الخارج، بينما تواجه الدول النامية في المناطق الاستوائية كميات تسرب محلية تصل إلى ثلاثة أضعاف التسرب المرتبط بالمنبع upstream المقابل لوارداتها، وذلك بسبب التدهور الأسرع للوحدات ومحدودية قدرات إعادة التدوير. ويقدّر الباحثون أن التسرب في المرحلة النهائية downstream في البرازيل يبلغ نحو 119 طنًا متريًا مقابل نحو 50 طنًا متريًا في المرحلة الأولية upstream؛ وفي ألمانيا يبلغ التسرب في المرحلة النهائية نحو 17 طنًا متريًا مقابل نحو 67 طنًا متريًا في المرحلة الأولية.

ويرى الباحثون أنه طالما تم توجيه النهج التنظيمي من تقييد المواد إلى المسؤولية الممتدة للمنتج عبر الحدود، فإن الرصاص لن يشكل بالضرورة عقبة لا يمكن تجاوزها أمام تسويق البيروفسكايت تجاريًا. ولا توجد حاليًا آلية عبر الحدود من هذا القبيل في صناعة الطاقة الكهروضوئية.

في الاتحاد الأوروبي، لا تخضع الألواح الشمسية لحدود محتوى الرصاص المنصوص عليها في توجيه تقييد المواد الخطرة (RoHS)، لكنها تخضع لتوجيه المعدات الكهربائية والإلكترونية المهملة (WEEE). ويلزم هذا التوجيه المنتجين بتمويل الجمع والمعالجة، ويحدد أهدافًا بنسبة 85% لمعدل إعادة التدوير و80% لإعادة الاستخدام وإعادة التدوير للألواح المجمعة.

منذ ظهور البيروفسكايت، ظلت المخاوف بشأن الرصاص قائمة، لكن الأدلة الفعلية تتراكم. وفي اختبار خارجي آخر نُشر في مجلة EES Solar الصادرة عن الجمعية الملكية للكيمياء، أطلقت أجهزة ترادفية من البيروفسكايت والسيليكون البلوري بتكوين زجاج-زجاج تضررت بفعل حبات البرد نحو 0.07% من الرصاص خلال تسعة أشهر. ولا يزال النشر التجاري محدودًا: فقد شحنت شركة أكسفورد الكهروضوئية (Oxford PV) أول دفعة من الوحدات الترادفية من البيروفسكايت والسيليكون البلوري في عام 2024، بينما أعلنت شركتا جي سي إل (GCL) وأوتمولايت (UtmoLight) عن خطوط إنتاج بمستوى الغيغاواط في الصين.

نُشرت النتائج ذات الصلة تحت عنوان "المخاطر المبالغ فيها لدورة حياة الرصاص في الخلايا الشمسية البيروفسكايتية والإزاحة العابرة للحدود الخفية" (Overstated Lifecycle Lead Risks of Perovskite Solar Cells and the Hidden Transboundary Displacement) مؤخرًا في مجلة العلوم والتكنولوجيا البيئية (Environmental Science & Technology).