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La tossicità del tellururo di cadmio nell'ambiente: cosa la rende così preoccupante?
Il tellururo di cadmio (CdTe) è un composto cristallino stabile formato da cadmio e tellurio. Viene utilizzato principalmente come materiale semiconduttore nelle celle fotovoltaiche (FV) al tellururo di cadmio e trova applicazioni nelle finestre ottiche a infrarossi. Il CdTe viene spesso unito al solfuro di cadmio per formare una cella solare a giunzione p-n. A causa del suo diffuso impiego nella tecnologia solare, il CdTe ha suscitato preoccupazioni circa la sua tossicità e il suo impatto ambientale. Questo articolo esplorerà in modo approfondito le proprietà fisico-chimiche, le applicazioni e la valutazione della tossicità del tellururo di cadmio.
Applicazione e domanda di CdTe
Il tellururo di cadmio è ampiamente utilizzato nelle celle solari a film sottile e, secondo le stime, nel 2011 rappresentava circa l'8% di tutte le celle solari installate. Le celle solari a film sottile di CdTe sono tra le tipologie più economiche, anche se il confronto dei costi di installazione dipende dalle dimensioni dell'installazione e da molti altri fattori e può variare notevolmente di anno in anno.
Nel 2011, in tutto il mondo sono stati prodotti circa 2 GWp di celle solari CdTe, con un mercato dominato da First Solar.
Inoltre, il CdTe può essere legato al mercurio per produrre HgCdTe, un versatile materiale per la rilevazione a infrarossi, mentre il CdTe legato a piccole quantità di zinco forma il CdZnTe, un eccellente rilevatore allo stato solido di raggi X e raggi gamma. Il CdTe viene utilizzato anche come materiale ottico, per finestre ottiche e lenti, e ha dimostrato di offrire buone prestazioni in un ampio intervallo di temperature.
Proprietà fisiche e chimiche del tellururo di cadmio
Le proprietà fisiche del tellururo di cadmio includono il suo basso coefficiente di dilatazione termica (5,9×10−6/K) e l'elevato punto di fusione (fino a 1041°C). Il CdTe è insolubile in acqua e ha una buona stabilità grazie al suo elevato punto di fusione e alla sua insolubilità. Può essere utilizzato come materiale ottico, soprattutto nella regione dell'infrarosso.
Il CdTe ha una pressione di vapore pari a zero in condizioni atmosferiche, il che lo rende più stabile nelle applicazioni pratiche.
Valutazione della tossicità
Sebbene il cadmio sia di per sé una sostanza tossica, le proprietà tossiche del CdTe sono completamente diverse da quelle dei suoi elementi costitutivi. Il CdTe presenta un basso rischio di tossicità acuta per inalazione, per via orale e per via acquatica. Il suo grado di tossicità è stato ridotto in caso di contatto con la pelle o ingestione. Secondo l'Agenzia europea per le sostanze chimiche (ECHA), il tellururo di cadmio non è più classificato come sostanza pericolosa.
Come sottolineato in un documento del National Institutes of Health del 2003, il CdTe ha il potenziale per un impiego diffuso nella produzione di energia fotovoltaica e sono urgentemente necessari studi tossicologici approfonditi sulla sua esposizione a lungo termine.
Nonostante ciò, l'Agenzia europea per le sostanze chimiche continua a elencare il CdTe come una sostanza persistentemente tossica per la vita acquatica. Ciò solleva notevoli preoccupazioni circa gli effetti del tellururo di cadmio sull'ambiente e sulla salute umana. Ciò che tutti i membri del CAB devono comprendere è che le potenziali conseguenze dell'uso a lungo termine di tali materiali non possono essere ignorate.
Prospettive di mercato e future
Attualmente, il costo delle materie prime cadmio e tellurio per la produzione di celle solari CdTe rappresenta solo una piccola parte del costo di produzione. Tuttavia, il tellurio è un elemento relativamente raro, presente nella crosta terrestre in concentrazioni pari a sole 1-5 ppm. Secondo le previsioni, con il miglioramento dell'utilizzo dei materiali e lo sviluppo di sistemi di riciclaggio, entro il 2038 l'industria fotovoltaica al CdTe dovrebbe fare affidamento esclusivamente sulle risorse di tellurio nei moduli riciclati.
Entro il 2050, il riciclaggio dei pannelli fotovoltaici CdTe aggiungerà notevoli risorse secondarie, il che a sua volta sosterrà la continua crescita delle energie rinnovabili.
Nel complesso, l'applicazione e le prospettive di mercato del tellururo di cadmio sono ad alto potenziale, ma i suoi effetti tossici a lungo termine necessitano ancora di ulteriori studi. Pertanto, quando esploriamo l'ampia applicazione del tellururo di cadmio, dovremmo riflettere su come possiamo bilanciare meglio il rapporto tra sviluppo tecnologico e tutela ambientale, perseguendo nel contempo l'energia rinnovabile.
