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Die Toxizität von Cadmiumtellurid in der Umwelt: Warum ist sie so besorgniserregend?
Cadmiumtellurid (CdTe) ist eine stabile kristalline Verbindung aus Cadmium und Tellur. Es wird hauptsächlich als Halbleitermaterial in Cadmiumtellurid-Photovoltaikzellen (PV) verwendet und kommt in optischen Infrarotfenstern zum Einsatz. CdTe wird häufig mit Cadmiumsulfid beschichtet, um eine Solarzelle mit p-n-Übergang zu bilden. Aufgrund seiner weit verbreiteten Verwendung in der Solartechnologie gibt es Bedenken hinsichtlich seiner Toxizität und Umweltauswirkungen. In diesem Artikel werden die physikochemischen Eigenschaften, Anwendungen und Toxizitätsbewertung von Cadmiumtellurid eingehend untersucht.
Anwendung und Bedarf von CdTe
Cadmiumtellurid wird häufig in Dünnschicht-Solarzellen verwendet und machte im Jahr 2011 schätzungsweise 8 % aller installierten Solarzellen aus. CdTe-Dünnschicht-Solarzellen gehören zu den kostengünstigsten Typen, allerdings hängen Vergleiche der Installationskosten von der Größe der Anlage und zahlreichen anderen Faktoren ab und können von Jahr zu Jahr erheblich schwanken.
Im Jahr 2011 wurden weltweit etwa 2 GWp CdTe-Solarzellen produziert, wobei der Markt von First Solar dominiert wurde.
Darüber hinaus kann CdTe mit Quecksilber legiert werden, um HgCdTe herzustellen, ein vielseitiges Material zur Infrarot-Erkennung, während CdTe, legiert mit kleinen Mengen Zink, CdZnTe ergibt, einen hervorragenden Festkörper-Röntgen- und Gammastrahlendetektor. CdTe wird auch als optisches Material für optische Fenster und Linsen verwendet und weist nachweislich über einen weiten Temperaturbereich eine gute Leistung auf.
Physikalische und chemische Eigenschaften von Cadmiumtellurid
Zu den physikalischen Eigenschaften von Cadmiumtellurid gehören sein niedriger Wärmeausdehnungskoeffizient (5,9×10−6/K) und sein hoher Schmelzpunkt (bis zu 1041°C). CdTe ist wasserunlöslich und weist aufgrund seines hohen Schmelzpunkts und seiner Unlöslichkeit eine gute Stabilität auf. Es kann als optisches Material, insbesondere im Infrarotbereich, verwendet werden.
CdTe hat unter atmosphärischen Bedingungen einen Dampfdruck von null, was es in praktischen Anwendungen stabiler macht.
Toxizitätsbewertung
Während Cadmium selbst eine giftige Substanz ist, unterscheiden sich die toxischen Eigenschaften von CdTe völlig von denen seiner Bestandteile. Bei CdTe besteht ein geringes Risiko für akute Toxizität bei Inhalation, oraler und aquatischer Aufnahme. Die Toxizitätsbewertung wurde für Hautkontakt oder Verschlucken reduziert. Cadmiumtellurid ist laut der Europäischen Chemikalienagentur (ECHA) nicht mehr als gefährlicher Stoff eingestuft.
Wie in einem Dokument der National Institutes of Health aus dem Jahr 2003 darauf hingewiesen wurde, verfügt CdTe über das Potenzial für eine weitverbreitete Nutzung bei der Erzeugung von Photovoltaikenergie, und es sind dringend gründliche toxikologische Studien über die langfristige Einwirkung erforderlich.
Trotzdem wird CdTe von der Europäischen Chemikalienagentur noch immer als für Wasserorganismen dauerhaft giftige Substanz geführt. Dies gibt Anlass zu erheblichen Bedenken hinsichtlich der Auswirkungen von Cadmiumtellurid auf die Umwelt und die menschliche Gesundheit. Jeder bei CAB muss sich darüber im Klaren sein, dass die möglichen Folgen einer langfristigen Verwendung solcher Materialien nicht ignoriert werden können.
Markt- und Zukunftsaussichten
Derzeit machen die Kosten der Rohstoffe Cadmium und Tellur zur Herstellung von CdTe-Solarzellen nur einen kleinen Teil der Produktionskosten aus. Allerdings ist Tellur ein relativ seltenes Element, das in der Erdkruste nur in Konzentrationen von 1–5 ppm vorkommt. Prognosen zufolge wird die CdTe-Photovoltaikindustrie mit der Verbesserung der Materialnutzung und der Entwicklung von Recyclingsystemen bis 2038 voraussichtlich vollständig auf Tellurressourcen in recycelten Modulen angewiesen sein.
Durch das Recycling von CdTe-PV werden bis 2050 bedeutende Sekundärressourcen hinzukommen, was wiederum das weitere Wachstum erneuerbarer Energien unterstützen wird.
Insgesamt sind die Anwendungs- und Marktaussichten von Cadmiumtellurid sehr vielversprechend, seine langfristigen toxischen Auswirkungen müssen jedoch noch weiter untersucht werden. Wenn wir die breite Anwendung von Cadmiumtellurid untersuchen, sollten wir daher darüber nachdenken, wie wir das Verhältnis zwischen technologischer Entwicklung und Umweltschutz besser ins Gleichgewicht bringen können, während wir erneuerbare Energien vorantreiben.
