Vers une amélioration durable de la production mondiale de panneaux solaires ?

Une recherche pionnière menée par l’Université de Northumbria montre comment le secteur des énergies renouvelables peut augmenter la production de technologie solaire tout en réduisant encore son impact environnemental. Alors que l’énergie solaire se développe rapidement pour répondre aux objectifs climatiques urgents et à la demande croissante d’électricité, le défi majeur est de s’assurer que cette transition est non seulement évolutive mais aussi durable.

Publiée dans Nature Communications, l’étude démontre que les panneaux solaires – qui sont déjà un outil puissant pour réduire les émissions de dioxyde de carbone – deviendront encore plus respectueux de l’environnement à mesure que l’industrie adoptera la technologie de nouvelle génération.

L’étude révèle une tendance encourageante : les améliorations de l’efficacité des cellules solaires peuvent simultanément générer des bénéfices environnementaux qui vont au-delà de la simple réduction des émissions de gaz à effet de serre.

Cette recherche est une collaboration entre l’Université de Northumbria et les universités de Birmingham, Oxford et Warwick. Le travail consiste à utiliser l’analyse du cycle de vie pour quantifier l’impact environnemental du photovoltaïque, de l’extraction des matières premières à la production de panneaux solaires en silicium de pointe qui domineront le marché jusqu’en 2035. Cette échéance est d’une importance cruciale alors que nous prenons des mesures décisives pour atteindre la neutralité carbone et augmentons considérablement notre demande d’électricité dans le monde entier.

Rédigée en premier lieu par Bethany Willis, doctorante ReNU à l’Université de Northumbria, et dirigée par Neil Beattie, professeur d’innovation énergétique à l’Université de Northumbria, la recherche révèle que la composition du mix électrique utilisé pour fabriquer les panneaux solaires affecte fortement l’impact environnemental de la production. Une décarbonation réaliste des mix mondiaux permettrait d’économiser jusqu’à 8,2 gigatonnes d’émissions équivalentes de dioxyde de carbone. Pour mettre cela en contexte, cela représente environ 6,3 % du budget carbone restant pour rester dans les clous de l’Accord de Paris et limiter le réchauffement climatique à 1,5 °C.

« Le photovoltaïque solaire est une technologie critique qui peut être utilisée à l’échelle mondiale dès maintenant pour réduire considérablement les émissions de gaz à effet de serre et assurer la sécurité énergétique », explique le professeur Neil Beattie. « Ceci est d’autant plus important que notre demande d’électricité s’envole au cours de la prochaine décennie, portée par les applications dans les transports, le chauffage et l’infrastructure numérique pour l’IA. »

« Alors que nous augmentons la production de photovoltaïque à des niveaux multi-térawatts pour répondre à cette demande, il est important que nous le fassions de manière durable. Notre recherche démontre que des économies significatives d’impact environnemental – y compris les émissions de dioxyde de carbone – sont possibles grâce à la fabrication. »

« Plus précisément, nous constatons que cet impact est sensible à la composition du mix électrique là où les panneaux solaires sont fabriqués et nous devons travailler à le décarboner autant que possible. »

Le professeur John Murphy, co-auteur et titulaire de la chaire de matériaux électroniques à l’Université de Birmingham, affirme : « Les technologies photovoltaïques à base de silicium ont une pertinence immédiate pour le Royaume-Uni et jouent déjà un rôle majeur dans notre quête de la neutralité carbone. Cette étude novatrice est le fruit d’une nouvelle collaboration entre quatre groupes de recherche universitaires britanniques de premier plan qui entendent travailler sur tous les aspects de la durabilité dans la chaîne d’approvisionnement du photovoltaïque, des matières premières jusqu’à la fin de vie. »

Sebastian Bonilla, professeur associé en science des matériaux à l’Université d’Oxford et co-auteur, ajoute : « Nous sommes à un moment critique où l’énergie solaire se développe rapidement pour devenir une part significative de la production mondiale d’électricité. Ce travail identifie de manière unique les impacts environnementaux de la révolution solaire en cours, nous aidant à orienter les choix de matériaux, de technologies et de lieux de fabrication qui minimiseront les dommages tout en maximisant les bénéfices de l’électricité verte térawatt. »

Si les émissions de dioxyde de carbone restent l’impact environnemental le plus largement pris en compte, l’étude quantifie 16 catégories différentes d’impacts environnementaux.

Un impact important de ce travail est que les industriels et les décideurs politiques peuvent l’utiliser pour cibler les domaines où l’innovation est nécessaire. Par exemple, la technologie de nouvelle génération réduit l’impact climatique de 6,5 % mais augmente l’épuisement des minéraux critiques de 15,2 % en raison d’une consommation d’argent plus élevée dans les contacts électriques de la cellule solaire. Cela motive la recherche et le développement de matériaux alternatifs, comme le cuivre. Cela souligne également la nécessité d’éviter de simplement déplacer les charges environnementales d’une catégorie à l’autre, mais plutôt de considérer la durabilité comme un problème systémique.

L’étude prévoit que les panneaux solaires installés d’ici 2035 pourraient éviter au moins 25 gigatonnes d’émissions de CO₂ par rapport aux sources d’énergie conventionnelles en moins de la moitié de leur durée de vie opérationnelle.

Le co-auteur de l’étude, le Dr Nicholas Grant, professeur associé à l’Université de Warwick, souligne : « La fabrication de photovoltaïque à l’échelle du térawatt exige une attention accrue sur son empreinte environnementale complète. Notre article montre comment des améliorations ciblées tout au long de la chaîne d’approvisionnement peuvent permettre une fabrication durable à l’échelle du térawatt, évitant des gigatonnes d’émissions de CO₂ liées à la fabrication si elles sont installées d’ici 2035, tout en soutenant un déploiement mondial rapide. »

Comme le note également le professeur Beattie : « Même en tenant compte des impacts de la fabrication, le photovoltaïque solaire reste l’une des technologies de production d’électricité les plus durables et ayant le plus faible impact sur l’ensemble de son cycle de vie, et nous devons nous concentrer sur son déploiement à grande échelle, dès maintenant. »

Article : Maximising environmental savings from silicon photovoltaics manufacturing to 2035 – Journal : Nature Communications – Méthode : Data/statistical analysis

Source : Northumbria U.