5 Minuten
Biodegraduojantys UV filtrai: naujas požiūris į žalesnę saulės technologiją
Saulės fotovoltinės įrenginiai yra kertiniai pasaulinei dekarbonizacijai, tačiau jų medžiagų pėdsakas nėra visiškai be pasekmių. Be energijos ir žaliavų, naudojamų panelių gamybai, daugeliui saulės elementų reikalingi apsauginiai UV filtrai, kurie saugotų jautrius sluoksnius — pavyzdžiui, pasyvacinio sluoksnio dangas ar silicį — nuo žalingos spinduliuotės žemiau maždaug 400 nanometrų. Komerciniuose moduliuose tam dažniausiai naudojamos iš naftos gaminamos plėvelės, tokios kaip polivinilfluoridas (PVF) ir polietileno tereftalatas (PET). Šie polimerai yra efektyvūs ir plačiai perdirbami didelėse instaliacijose, tačiau jie nėra ideali parinktis mažiems, vienkartiniams ar sunkiai perdirbamiems įrenginiams, pvz., biodegraduojantiems mikrojutikliams.
Tyrimo apžvalga: nanoceliuliozės plėvelės ir biopagrįstos dangos
Turku ir Aalto universitetų (Suomija) mokslininkai kartu su Wageningen universiteto (Nyderlandai) tyrė biopagrįstą alternatyvą: nuo UV spinduliuotės saugančias plėveles iš nanoceliuliozės. Nanoceliuliozė išgaunama iš augalinių arba bakterinių šaltinių ir yra gausiausias organinis polimeras Žemėje. Tyrėjų komanda pagamino plonas nanoceliuliozės plėveles ir ant jų užtepė skirtingas biologiškas dangas — ligniną, geležies jonų apdorojimą ir raudonojo svogūno ekstraktą — siekdami įvertinti UV užsklandos efektyvumą ir šviesos pralaidumą bangų ilgiams, svarbiems fotovoltinei energijos konversijai.
Straipsnyje, publikuotame ACS Applied Optical Materials, pranešama, kad raudonojo svogūno ekstraktas parodė stipriausią UV pralaidumo sumažinimą iš išbandytų variantų — blokuodamas maždaug 99,9 % testuotos UV juostos spinduliuotės — ir netgi pranoko komercinių PET filtrų UV sulaikymo savybes. Tuo pat metu raudonuoju svogūnu apdorotos plėvelės leido reikšmingą šviesos pralaidumą artimojo infraraudonojo ir matomojo spektro srityse, kurios generuoja elektros energiją: maždaug 80 % pralaidumas tarp maždaug 650 ir 1 100 nanometrų — spektro srities, kritinės daugeliui silicio ir naujos kartos elementų.
Ilgalaikis našumas ir palyginimai
Svarbi tyrimo dalis buvo patvarumo bandymai. Tyrėjai atliko pagreitintus apšvietimo poveikio testus maždaug 1 000 valandų (tai atitinka maždaug vienerius metus saulės poveikio). Kai kurios dangos — ypač geležies jonų apdorojimai — parodė vilčių teikiančią pradinę UV apsaugą, tačiau ženkliai degraduodavo per bandymo laikotarpį. Priešingai, raudonojo svogūno pagrindu pagamintos plėvelės išlaikė tiek aukštą UV slopinimą, tiek palankų šviesos pralaidumą viso bandymo metu, kas pabrėžia ilgalaikių bandymų svarbą vertinant UV filtrus realioms sąlygoms.
Rustem Nizamov, pagrindinis tyrimo autorius iš Turku universiteto, pažymėjo, kad nanoceliuliozės plėvelės, dažytos raudonojo svogūno ekstraktu, yra patraukli parinktis, kai reikalingas biopagrįstas apsauginis sluoksnis. Jis pridūrė, kad rezultatai yra aktualūs ne tik silicio fotovoltikai, bet ir perovskitiniams bei organiniams saulės elementams, kurie dažnai yra itin jautrūs UV pažeidimams ir galėtų pasinaudoti biodegraduojančiomis kapsuliavimo galimybėmis.
Mokslinis kontekstas ir pasekmės saulės jutikliams
Mikromastelio saulės maitinami įrenginiai — aplinkos jutikliai, trumpalaikė paskirstyta elektronika ir kai kurie nuotoliniai prietaisai — gali daugiausiai laimėti iš visiškai biodegraduojamų apsauginių sluoksnių. Iš naftos gaunami polimerai tinka didelėms, centralizuotai valdomoms stotims, kurios gali būti perdirbamos, tačiau paskirstytiems pritaikymams dažnai trūksta tokių infrastruktūrų. UV filtras, kuris yra tiek biopagrįstas, tiek biodegraduojantis, sumažina poveikį aplinkai pabaigoje ir gali palengvinti diegimą jautriose ekosistemose.
Be atliekų mažinimo, biopagrįsti filtrai gali suteikti naujų dizaino galimybių kylančiai fotovoltikai. Perovskitinė ir organinė fotovoltika yra perspektyvios dėl mažo svorio ir lankstumo, bet kenčia nuo stabilumo problemų. Suderinamas, iš gamtos kilęs filtras, kuris blokuoja žalingą UV, bet praleidžia energiją generuojančius bangų ilgius, galėtų prailginti eksploataciją neaukojant tvarumo.
Susijusios technologijos ir tolimesnio tyrimo kryptys
Pagrindinės tolesnės veiklos sritys apima natūralių dažų gavimo ir apdirbimo mastelį, pagreitintų senėjimo protokolų standartizavimą ir tokių plėvelių integravimą į pilnus kapsuliavimo sluoksnius. Tyrėjams reikės išbandyti oro poveikį, drėgmės atsparumą, terminį ciklavimą bei suderinamumą su klijais ir elektrodų medžiagomis. Taip pat kyla tiekimo grandinės ir kaštų klausimų: plataus masto diegimui reikalingi patikimi, mažos įtakos nanoceliuliozės ir dažų žaliavų šaltiniai.
Eksperto įžvalga
Dr. Elena Martinez, medžiagų inžinerijos specialistė, dirbanti tvarios elektronikos srityje (fiktyvu), komentavo: „Šis tyrimas parodo, kad paprastos, netoksinės augalinės kilmės junginės gali prilygti arba net pranokti sintetines plėveles UV apsaugos srityje, kai jos derinamos su pažangiais pagrindais, tokiais kaip nanoceliuliozė. Dabar iššūkis yra laboratorinį patvarumą paversti lauko sąlygoms tinkama charakteristika ir užtikrinti nuoseklų veikimą per skirtingas sezonines ir klimato sąlygas. Jei tai pavyks, nauda aplinkai paskirstytiems jutikliams ir laikiniems elektroniniams sprendimams bus reikšminga.“
Išvados
Turku–Aalto–Wageningen tyrimas pateikia įtikinamą argumentą biopagrįstiems UV filtrams nišinėse fotovoltikos taikymo srityse. Nanoceliuliozės plėvelės, apdorotos raudonojo svogūno ekstraktu, derino aukštą UV slopinimą su stipriu šviesos pralaidumu svarbiose energiją generuojančiose juostose ir išlaikė našumą per pagreitintą senėjimą. Nors reikia mastelio didinimo, ilgalaikio lauko patvirtinimo ir integracijos į įrenginių sluoksnius, šis darbas rodo paprastą, iš gamtos kilusį kelią mažinti saulės maitinamų mikrosistemų ir naujos kartos fotovoltikos ekologinį pėdsaką. (raktiniai žodžiai: nanoceliuliozės plėvelės, biodegraduojantys UV filtrai, tvari fotovoltika, saulės jutikliai)
Quelle: popularmechanics
Kommentare