5 Minutės
Biodegraduojantys UV filtrai: naujas požiūris į žalesnę saulės technologiją
Saulės fotovoltinės įrengtos yra kertinės pasauliniams dekarbonizacijos tikslams, tačiau jų medžiagų pėdsakas nėra visiškai nekenksmingas. Išskyrus energiją ir medžiagas, naudojamas gaminant modulius, daugeliui saulės elementų reikalingi apsauginiai UV filtrai, kad jautrios dangos — pavyzdžiui, pasyvacinės dangos ir silicis — būtų apsaugotos nuo žalos žemesniu nei ~400 nanometrų spinduliavimu. Komerciniai moduliai dažniausiai naudoja iš naftos kilusias plėveles, tokias kaip polivinilfluoridas (PVF) ir polietileno tereftalatas (PET). Šie polimerai yra efektyvūs ir dažnai perdirbami didelėse instaliacijose, tačiau jie nėra idealūs smulkiems, vienkartiniams ar sunkiai perdirbamiems įrenginiams, pavyzdžiui, biodegraduojantiems mikrojutikliams.
Tyrimo apžvalga: nanoceliuliozės plėvelės ir bio pagrindu pagamintos dangos
Turku universiteto ir Aalto universiteto (Suomija) tyrėjai kartu su Wageningeno universitetu (Nyderlandai) nagrinėjo bio pagrindu pagrįstą alternatyvą: UV apsaugines plėveles iš nanoceliuliozės. Nanoceliuliozė — tai natūralus polimeras, gaunamas iš augalinių ar bakterinių šaltinių, ir yra gausiausias organinis polimeras Žemėje. Komanda pagamino plonas nanoceliuliozės plėveles ir tada užtepė įvairias bio kilmės dangas — ligniną, geležies jonų apdorojimus ir raudonųjų svogūnų ekstraktą — kad įvertintų UV uždengimo efektyvumą ir šviesos pralaidumą bangose, svarbiose fotovoltinei energijos konversijai.
Žurnale ACS Applied Optical Materials publikuotas straipsnis praneša, kad raudonųjų svogūnų ekstraktas suteikė stipriausią išbandytą UV slopinimą — blokuodamas maždaug 99,9 % tirtos UV spinduliuotės — ir net pranoko komercinių PET filtrų UV sulaikymo gebą. Tuo pačiu raudonuoju svogūnu apdorotos plėvelės leido reikšmingą šviesos pralaidumą artimojo infraraudonojo ir regimojo spektro srityse, kurios skatina energijos generavimą: maždaug 80 % pralaidumo tarp maždaug 650 ir 1 100 nanometrų, spektro regione, kritiškame daugeliui silicio ir naujos kartos elementų.
Ilgalaikis veikimas ir palyginamieji rezultatai
Svarbus tyrimo aspektas buvo patvarumo bandymai. Tyrėjai atliko pagreitintus apšvietimo testus apie 1 000 valandų (tai atitinka maždaug vienerių metų saulės poveikį). Kai kurios dangos — ypač geležies jonų apdorojimai — rodė daug žadančią pradinę UV apsaugą, tačiau reikšmingai degradavosi bandymo metu. Priešingai, raudonuoju svogūnu pagrįstos plėvelės išlaikė tiek aukštą UV slopinimą, tiek palankų šviesos pralaidumą per visą bandymo laikotarpį, pabrėždamos poreikį ilgesnio trukmės bandymams vertinant UV filtrus realiam naudojimui.
Rustem Nizamov, pagrindinis tyrimo autorius Turku universitete, pažymėjo, kad nanoceliuliozės plėvelės, nudažytos raudonųjų svogūnų ekstraktu, yra patraukli kandidatė ten, kur reikalinga bio pagrindu sukurta apsauginė danga. Jis pridūrė, kad rezultatai aktualūs ne tik silicio fotovoltikai, bet ir perovskito bei organinėms saulės ląstelėms, kurios paprastai yra jautresnės UV pažeidimams ir gali pasinaudoti biodegraduojamomis kapsuliavimo galimybėmis.
Mokslinis kontekstas ir pasekmės saulės jutikliams
Mikroskalės saulės energija maitinami įrenginiai — aplinkos jutikliai, trumpalaikiai paskirstyti elektronikos vienetai ir kai kurie nuotoliniu būdu diegiami prietaisai — daugiausia naudos gauna iš visiškai biodegraduojamų apsauginių dangų. Naftos kilmės polimerai tinka didelėms, centralizuotai valdomoms sistemoms, kurias galima perdirbti, tačiau paskirstytoms programoms dažnai trūksta tokios infrastruktūros. UV filtras, kuris yra ir bio kilmės, ir biodegraduojantis, sumažina aplinkos poveikį produkto eksploatacijos pabaigoje ir gali supaprastinti diegimą jautriose ekosistemose.
Be atliekų mažinimo, bio pagrindu pagaminti filtrai gali atverti dizaino galimybes besiformuojančioms fotovoltinėms technologijoms. Perovskito ir organinė fotovoltika yra perspektyvios dėl lengvumo ir lankstumo, tačiau susiduria su stabilumo iššūkiais. Suderinamas, bio kilmės filtras, blokuojantis kenksmingą UV, bet praleidžiantis energiją gaminančias bangas, gali pailginti eksploatacinį laiką nesumažindamas tvarumo.
Susijusios technologijos ir tolimesnio tyrimo kryptys
Pagrindinės tolesnės veiklos sritys apima natūralių dažų gavimo ir apdirbimo mastelio didinimą, standartizuotų pagreitinto senėjimo protokolų nustatymą ir tokių plėvelių integravimą į pilnas kapsuliavimo sistemas. Tyrėjams reikės išbandyti oro sąlygų poveikį, atsparumą drėgmei, terminį ciklavimą ir suderinamumą su klijais bei elektrodų medžiagomis. Taip pat kyla tiekimo grandinės ir kainų klausimai: plačiam diegimui reikalingi patikimi, mažo poveikio nanoceliuliozės ir dažų žaliavų šaltiniai.
Ekspertų įžvalga
Dr. Elena Martinez, medžiagų inžinerijos specialistė tvariojoje elektronikoje (fiktyvus asmuo), komentavo: “Šis tyrimas parodo, kad paprasti, netoksiniai augaliniai junginiai gali prilygti arba pranokti sintetines plėveles UV apsaugoje, kai jie derinami su pažangiais substratais, tokiais kaip nanoceliuliozė. Dabar iššūkis yra laboratorinį patvarumą perkelti į lauko sąlygas ir užtikrinti nuoseklų veikimą per sezonus ir klimatus. Jei tai pavyks, paskirstytų jutiklių ir trumpalaikės elektronikos ekologinės naudos bus reikšmingos.”
Išvados
Turku–Aalto–Wageningeno tyrimas pateikia įtikinamą argumentą dėl bio pagrindu pagamintų UV filtrų nišinėms fotovoltinėms taikomosioms sritims. Nanoceliuliozės plėvelės, apdorotos raudonųjų svogūnų ekstraktu, derino aukštą UV slopinimą su stipriu šviesos pralaidumu svarbiose energiją generuojančiose juostose ir išlaikė našumą pagreitinamo senėjimo metu. Nors reikia mastelio didinimo, ilgalaikio lauko patvirtinimo ir integracijos į įrenginių sluoksnius, šis darbas rodo paprastą, iš gamtos kilusį kelią mažinti saulės energija maitinamų mikrosistemų ir naujos kartos fotovoltikos ekologinį pėdsaką.
Šaltinis: popularmechanics
Komentarai