6 Minute
Filtre UV biodegradabile: o nouă abordare pentru tehnologia solară mai ecologică
Dispozitivele fotovoltaice solare sunt centrale în eforturile globale de decarbonizare, dar amprenta lor de materiale nu este complet benignă. Pe lângă energia și materialele folosite pentru producerea panourilor, multe celule solare necesită filtre UV de protecție pentru a proteja straturile sensibile — precum straturile de pasivare și siliciul — de radiațiile dăunătoare sub aproximativ 400 nanometri. Modulele comerciale utilizează de obicei folii derivate din petrol, precum polyvinyl fluoride (PVF) și polyethylene terephthalate (PET), pentru acest scop. Acei polimeri sunt eficienți și sunt reciclați pe scară largă în instalații mari, dar nu sunt ideali pentru dispozitive mici, de unică folosință sau dificil de reciclat, cum ar fi microsenzorii biodegradabili.
Prezentare a studiului: folii din nanoceluloză și straturi bio
Cercetători de la University of Turku și Aalto University (Finlanda), împreună cu Wageningen University (Olanda), au explorat o alternativă bazată pe biomasă: folii cu protecție UV realizate din nanoceluloză. Nanoceluloza este un polimer natural obținut din surse vegetale sau bacteriene și este cel mai abundent polimer organic de pe Pământ. Echipa a produs folii subțiri de nanoceluloză și apoi a aplicat diferite învelișuri derivat-bio — lignină, tratamente cu ioni de fier și extract de ceapă roșie — pentru a evalua performanța de ecranare UV și transmisia luminii în benzile importante pentru conversia fotovoltaică a energiei.
Articolul, publicat în ACS Applied Optical Materials, arată că extractul de ceapă roșie a oferit cea mai puternică atenuare a radiației UV testate — blocând aproximativ 99,9% din radiația UV în banda analizată — și a depășit chiar capacitatea de blocare a radiațiilor UV a filtrelor comerciale din PET. În același timp, foliile tratate cu extract de ceapă au permis o transmisie substanțială a luminii în benzile vizibile și aproape-infraroșu care generează energie: în jur de 80% transmisie între aproximativ 650 și 1.100 nanometri, regiunea spectrală critică pentru multe celule pe bază de siliciu și pentru celulele de generație următoare.
Performanță pe termen lung și rezultate comparative
Un element important al studiului a fost testarea durabilității. Cercetătorii au efectuat teste accelerate de expunere la lumină timp de aproximativ 1.000 de ore (un proxy pentru aproximativ un an de expunere la soare). Unele învelișuri — în special tratamentele cu ioni de fier — au arătat protecție UV promițătoare inițial, dar s-au degradat semnificativ în perioada de testare. În schimb, foliile pe bază de extract de ceapă roșie și-au menținut atât atenuarea ridicată a UV, cât și transmisia favorabilă a luminii pe întregul interval de testare, subliniind necesitatea unor încercări pe durate lungi când se evaluează filtrele UV pentru utilizare în condiții reale.
Rustem Nizamov, autorul principal al studiului de la University of Turku, a remarcat că foliile din nanoceluloză vopsite cu extract de ceapă roșie reprezintă un candidat atractiv acolo unde este necesar un strat protector pe bază de biomasă. El a adăugat că rezultatele sunt relevante nu doar pentru fotovoltaicele pe bază de siliciu, ci și pentru celulele perovskite și organice, care sunt de obicei mai sensibile la deteriorarea UV și pot beneficia de opțiuni biodegradabile de encapsulare.
Context științific și implicații pentru senzori solari
Dispozitivele solare la scară mică — senzori de mediu, electronice distribuite cu durată scurtă de viață și unele instrumente amplasate în locații îndepărtate — au cel mai mult de câștigat de pe urma unor straturi de protecție complet biodegradabile. Polimerii pe bază de petrol sunt potriviți pentru array-uri mari, gestionate central, care pot fi reciclate, dar aplicațiile distribuite deseori nu dispun de o astfel de infrastructură. Un filtru UV derivat din surse biologice și biodegradabil reduce impactul asupra mediului la sfârșitul ciclului de viață și poate simplifica desfășurarea în ecosisteme sensibile.
Dincolo de reducerea deșeurilor, filtrele bio pot deschide posibilități de proiectare pentru fotovoltaicele emergente. Perovskitele și fotovoltaicele organice sunt promițătoare pentru captarea ușoară și flexibilă a energiei, dar se confruntă cu provocări de stabilitate. Un filtru compatibil, derivat din surse biologice, care blochează UV-ul dăunător în timp ce transmite lungimile de undă care produc energie, ar putea prelungi durata de funcționare fără a compromite sustenabilitatea.
Tehnologii conexe și direcții viitoare de cercetare
Zone cheie pentru continuare includ scalarea extracției și procesării coloranților naturali, standardizarea protocoalelor de îmbătrânire accelerată și integrarea acestor folii în stack-urile de encapsulare complete. Cercetătorii trebuie să testeze rezistența la intemperii, rezistența la umiditate, ciclurile termice și compatibilitatea cu adezivii și materialele electrodelor. Există, de asemenea, întrebări legate de lanțul de aprovizionare și costuri: adoptarea pe scară largă necesită surse fiabile și cu impact redus de nanoceluloză și materie primă pentru coloranți.
Expert Insight
Dr. Elena Martinez, inginer de materiale specializată în electronica sustenabilă (ficțională), a comentat: “Acest studiu demonstrează că compuși simpli și netoxici din plante pot egala sau depăși folii sintetice pentru protecția UV atunci când sunt combinați cu substraturi avansate precum nanoceluloza. Provocarea acum este transpunerea durabilității din laborator în implementări în aer liber și asigurarea unei performanțe consistente pe parcursul anotimpurilor și climatelor diferite. Dacă acest lucru va fi realizat, beneficiile de mediu pentru senzori distribuiți și electronica tranzientă sunt semnificative.”
Concluzie
Studiul Turku–Aalto–Wageningen oferă un argument convingător pentru folosirea filtrelor UV pe bază de biomasă în aplicații fotovoltaice de nișă. Foliile din nanoceluloză tratate cu extract de ceapă roșie au combinat o atenuare ridicată a radiației UV cu o transmisie puternică a luminii în benzile critice de producere a energiei și și-au păstrat performanța în timpul testării accelerate. Deși scalarea, validarea pe termen lung în teren și integrarea în stack-urile dispozitivelor rămân pași necesari, această lucrare indică o cale simplă, derivată din natură, de reducere a amprentei de mediu a microsistemelor solare și a fotovoltaicelor de generație următoare.
Sursa: popularmechanics
Comentarii