Ressourcenkritikalität von Perowskit-Solarzellen: Ein bionischer und nachhaltiger Technologieeinsatz?

Julian Zöschinger, 1991 in München geboren, studierte an der Universität Augsburg Geographie. Sein Bachelorstudium konnte er im Jahre 2014 erfolgreich abschließen. Im Rahmen seiner interdisziplinären Ausbildung legte er seinen fachlichen Schwerpunkt auf das Ressourcenmanagement und den Themenbereich der Erneuerbaren Energien.

Textprobe:
Kapitel 3.2.4: Die Perowskit-Solarzelle im terrestrischen Gesamtsystem:
Setzt man die Perowskit-Solarzelle in den Kontext des gesamten terrestrischen Systems lassen sich weitere Vorteile erkennen. Dafür ist eine Betrachtung der Energie- und Stofftransformationen notwendig.
Der Energieaufwand, der für die einzelnen Teilabschnitte des Produktlebenszyklus wie Herstellung, Transport, Verkauf und Entsorgung benötigt wird, lässt sich als Graue Energie bezeichnen (Zeumer et al., 2009). Insbesondere Hochtechnologieprodukte benötigen teilweise enorme Mengen an Grauer Energie. Zwar lässt sich die Perowskit-Solarzelle nur bedingt als Hochtechnologie einstufen, jedoch ist der Energieeinsatz im Vergleich zu anderen Energiesystemen wesentlich günstiger. Die energetische Effizienz beruht auf einigen Besonderheiten dieses Energiesystems. Der erste Grund ist, dass bei der gesamten Energieerzeugung der Perowskit-Solarzelle ausschließlich physikalische Prozesse ablaufen. Denn chemische Abläufe sind in der Regel mit Energieverlusten verbunden. Hinzu kommt, dass weder die Produktion noch die Anwendung hohe Temperaturen benötigen. Durch die sofortige Produktion von elektrischer Energie existieren außerdem keine Verluste durch Energietransformationen. In der gesamten Energieprozesskette der Perowskit-Solarzelle finden keine ineffizienten Schritte statt. Summa summarum lässt sich dieses Energiesystem zwar nicht als maximal effizient, aber im Zusammenhang mit dem terrestrischen System als sehr angepasst oder optimal beschreiben (Reller, 2014b).
Zusammenfassend bietet die Perowskit-Solarzelle einige wesentliche Voraussetzungen eines nachhaltigen Technologieeinsatzes und gilt als ein Beisiel der Bionik. Ob und inwieweit diese Nachhaltigkeitskriterien erfüllt werden und ob möglicherweise andere Aspekte der Technologie kritisch zu bewerten sind, soll im Kapitel 4 geklärt werden.
4: Kritikalitätsanalyse:
In Zuge dieses vierten Kapitels erfolgt die Analyse und Bewertung der Perowskit-Solarzelle. Dabei werden zunächst die Vorgehensweise und das Bewertungsschema erläutert. Die einzelnen Indikatoren sind anschließend hinsichtlich der drei Dimensionen der Nachhaltigkeit in einen ökonomischen, ökologischen und sozial-gesellschaftlichen Komplex gegliedert.
4.1: Annahmen und Schemata der Analyse:
Wie bereits im Kapitel 2.2.2 beschrieben sollen im Folgenden nun die einzelnen Schritte der Kritikalitätsanalyse mit ihren Ergebnissen dargestellt und erläutert werden. Außerdem werden die Rahmenbedingungen definiert sowie das Bewertungsschema vorgestellt.
4.1.1: Auswahl der potentiell kritischen Materialien:
Um die Kritikalität einer Technologie ausführlich zu überprüfen, bedarf es eigentlich einer Analyse und Bewertung von allen genutzten Rohstoffen. Da der Umfang einer studentischen Abschlussarbeit in diesem Rahmen allerdings begrenzt ist, musste eine umsetzbare Vorgehensweise gefunden werden. Sie besteht darin, lediglich drei Rohstoffe der Perowskit-Solarzelle exemplarisch zu analysieren, die jedoch aufgrund gewisser Charakteristika eine hohe Relevanz und Funktionalität für diese Technologie darstellen. Bei der Definition der Kriterien und Auswahl der Rohstoffe wurde auf die Fachexpertise von Prof. Dr. Armin Reller mittels zweier Interviews (Reller, 2014a & Reller, 2014b) zurückgegriffen.
Der Rohstoff sollte durch die Experteneinschätzung als potentiell kritisch eingestuft werden, eine hohe Funktionalität in der Solarzelle aufweisen, in zukünftigen Entwicklungen der Technologie von große Bedeutung sein, nicht im Rahmen anderen Kritikalitätsanalysen ähnlicher Technologien bereits bewertet worden sein und in möglichst reiner Form verwendet werden, weil sich die Indikatoren der Analyse auf chemische Elemente beziehen.
Verwendete Materialien wie Silber (Ag), Platin (Pt), Titan (Ti) oder Gold (Au) sind entweder in anderen Studien bereits ausführlich bewertet worden oder sind nicht als Spezifikum der Perowskit-So