Použití sluneční energie může být pro životní prostředí lepší než spalování prostřednictvím fosilních paliv, ale tento proces stále není úplně dokonalý. Vytváření solárních panelů na bázi křemíku je energeticky drahé a my stále nevíme, co dělat s křemíkem, jakmile budou použity panely.
Existuje levnější způsob, jak vyrobit solární panely, také nazývané fotovoltaiky (PVS), s použitím krystalu Struktury zvané perovskity. Krystaly perovskitu však obsahují toxické prvky, jako je olovo, které je třeba pečlivě zpracovat, jakmile tyto solární panely dosáhnou konce jejich životnosti. A zatím vědci museli používat toxická organická rozpouštědla, jako je dimethylformamid, k recyklaci takových solárních panelů.
Báječný sendvič
Nyní v a publikovaný papír v PřírodaVědci popsali další, potenciálně zelenější způsob řešení problému. Pomocí recyklačního roztoku na bázi vody uvedli způsob, jak degradovat a recyklovat použité perovskite. Byli také schopni získat zpět vysoce kvalitní perovskitové krystaly, které lze potenciálně znovu použít pro výrobu nových solárních článků.
„Je to druh komplexní chemie, aby byl vodní roztok použitelný a velmi stabilní pro recyklaci Perovskite, aby plně odstranil (použití) organických rozpouštědel,“ řekl Xun Xiao, postdoktorand na Linköping University ve Švédsku a vedoucí autor dokumentu.
Solární články perovskitu jsou tvořeny více vrstvami. Vrstva perovskitu je vložena mezi materiály, které mohou provádět a přepravovat poplatky, v tomto případě kovové elektrody a skleněné listy.
„Lidé byli velmi nadšeni (Perovskite PV) již deset let nebo déle, protože velmi rychle byli schopni dosáhnout velmi vysoké efektivity přeměny síly,“ vysvětlil výzkumník Rhys Charles, výzkumník v oddělení chemického inženýrství na Swansea University ve Velké Británii. „Takže byste mohli dodat extrémně levnou technologii sluneční energie, ale existují věci, které drží pole zpět.“
Stabilita je jednou z nich: solární články perovskite mají kratší životnost.
Zlepšení sluneční energie
„Předčasné pokusy recyklovat tato zařízení se zaměřila na zachycení olova. Nyní se lidé na to trochu více holistického pohledu,“ pokračoval Charles. „Z pohledu kruhové ekonomiky je také důležitá recyklace, protože chtějí zachytit hlavní materiály dopadu (které) znovu používají.“
Cílem kruhové ekonomiky je udržovat produkt – v tomto případě složky solárních článků perovskitu – v co nejdéle, jak je to možné, minimalizovat odpad. Tímto způsobem, pokud jsou buňky znovu vyrobeny s recyklovanými komponenty, měly by mnohem nižší dopad na životní prostředí, což znamená nižší emise a nižší náklady spojené se výrobou sluneční energie.
Dosud jediným způsobem, jak recyklovat tyto důležité materiály, bylo použití toxických organických rozpouštědel.
Kyseliny a soli
Rozpuštění a recyklace perovskitové vrstvy obsahující voda ve vodě byla hlavní výzvou k překonání. Za tímto účelem vědci přidali tři klíčové soli, které pomohly v procesu recyklace.
První sůl, kterou přidali, byl octan sodný. Acetátové ionty vázané na olověné ionty v perovskitu, což vytváří vysoce rozpustný octan olova, který se dobře rozpustil ve vodě.
Poté přidali jodid sodný a hypofosforsovou kyselinu, aby pomohli regenerovat čistě perovskitové krystaly v jejich vodním roztoku. Jodid sodný obsahuje ionty jodidu, které pomáhají opravit a obnovit degradovaný perovskit, takže když je roztok ochlazen, vysoce kvalitní, čistě perovskitové krystaly se znovu objeví z roztoku.
Kyselina působí jako dlouhodobý stabilizátor, což zajišťuje, že vodní roztok lze znovu použít a že kvalita recyklovaných krystalů zůstává vysoká.
„Vyřešil problém“
„Jsem potěšen, když vidím toto zaměření na recyklaci, repasování a zelenou chemii,“ řekl Matthew Davies, profesor chemického inženýrství na Swansea University. „Pokládá základ pro perovskitové PV, aby splnil svůj slib jako levné, vysoce účinné solární technologie v kruhové ekonomice a vyhýbal se velkým problémům s odpady, kterým čelí dřívější PV technologie.“
Vědci také vyvinuli řešení vyrobená z ethanolu a ethylacetátu k rozpuštění dalších složek solárních článků perovskitu, po kterých byli schopni recyklovat každou složku, aby znovu použili spolu s perovskitovým krystaly. Poté znovu sestavili vrstvu solárních článků po vrstvě a zjistili, že účinnost byla téměř stejná jako použití čerstvých materiálů, a to i po recyklování až pětkrát. Byli také schopni znovu uvést asi 99% různých vrstev i po několika kolech recyklace.
„Zdá se, že tito kluci problém vyřešili; zdá se, že dokážou použít tento vodný systém k recyklaci buněk a opět je s vysokou účinností,“ řekl Charles. „Pokud to může být zmenšeno (nahoru) a pokud to funguje stejně jako tvrzení papíru, mohlo by to potenciálně překonat některé z nejvýznamnějších překážek komercializace Perovskitů a vyřešit některé klíčové environmentální obavy o technologie.“
Charles také zdůraznil potřebu podporovat vědecký a průmyslový pokrok, zejména pokud jde o environmentální technologie, s hodnocením životního cyklu. Posouzení životního cyklu, vysvětlil, je přístup k kvantifikaci všech dopadů technologie v celém svém životním cyklu, od začátku do doby, kdy má konečný produkt. „Ale můžeš jít dále,“ řekl. „Pak se můžete podívat na fázi použití technologie a také na fázi na konci života.“
„Vždycky si to užívám, když vidím tyto věci, které jsou podporovány hodnocením životního cyklu, abych se ujistil, že neexistují nezamýšlené důsledky a zajistit, aby se výzkum skutečně zaměřil na klíčové environmentální problémy pro technologii,“ dodal Charles. „Rád bych toho také viděl více, jako standardní praxe.“
Rohini Subrahmanyam je novinář na volné noze v Bengaluru.
Publikováno – 21. dubna 2025 05:30
