To odkrycie naukowe sprawia, że powszechny odpad roślinny staje się kluczem do ochrony przyszłych ogniw słonecznych.
Gdzieś w Finlandii niemal niewidoczna folia, zabarwiona na kolor bladoróżowy przez skórkę cebuli, chroni ogniwo słoneczne przed tym samym słońcem, które dostarcza mu energii. Nie jest to ani sztuczka współczesnej alchemii, ani laboratoryjna ekscentryczność. To nauka stosowana, zrównoważony rozwój i być może przyszłość technologii fotowoltaicznej.
Zewnętrzne warstwy czerwonej cebuli, te, które trafiają do kompostownika lub na dno kosza na śmieci, składają się nie tylko z celulozy i pigmentów. Zawierają one antocyjany, związki o naturalnym powinowactwie do promieniowania ultrafioletowego. I właśnie to zwróciło uwagę grupy europejskich naukowców, którzy postanowili zmienić sposób ochrony naszych paneli słonecznych.
W badaniach opublikowanych w czasopiśmie ACS Applied Optical Materials, prowadzonych przez naukowców z uniwersytetów w Turku i Aalto (Finlandia) oraz Wageningen (Holandia), po raz pierwszy porównano cztery filtry słoneczne wykonane z materiałów pochodzenia biologicznego. Jeden z nich, wykonany z nanocelulozy barwionej ekstraktem ze skórki czerwonej cebuli (Allium cepa), przewyższył nawet standardowy filtr komercyjny na bazie tworzywa PET. Nie jest to metafora: zablokował on 99,9% promieniowania ultrafioletowego poniżej 400 nanometrów, co znacznie przewyższało wyniki filtrów przemysłowych wykonanych z pochodnych ropy naftowej.
Filtr roślinny, który przepuszcza dobre światło
Jednak prawdziwą niespodzianką była nie tylko jego zdolność do zatrzymywania szkodliwego światła, ale fakt, że jednocześnie przepuszczał ponad 80% światła widzialnego i podczerwonego (między 650 a 1100 nanometrów) bez przeszkód. A wszystko to bez utraty skuteczności przez ponad 1000 godzin ciągłej ekspozycji na światło sztuczne, co odpowiada całemu rokowi pod środkowoeuropejskim słońcem.
Naukowcy nie ukrywają: to odkrycie ma nie tylko znaczenie techniczne, ale także symboliczne. W świecie przepełnionym tworzywami sztucznymi i problemami środowiskowymi przekształcanie odpadów roślinnych w zaawansowane technologicznie rozwiązania ma ogromne znaczenie kulturowe. Cebula, wszechobecna w kuchni, skromna w wyglądzie, staje się tutaj nieoczekiwaną bohaterką walki z przestarzałością czystej energii.
„Folia z ekstraktem z cebuli jest nie tylko wydajna, ale także zachowuje stabilność w czasie” – twierdzi Rustem Nizamov, główny badacz, w wypowiedziach zamieszczonych w kilku komunikatach prasowych. Jego ton jest ostrożny, co jest zrozumiałe dla kogoś, kto przetestował swój wynalazek w jednym z najbardziej nieprzyjaznych dla materiałów środowisk: ogniwie słonecznym uwrażliwionym barwnikami (DSSC), niezwykle wrażliwym na promieniowanie ultrafioletowe.
Od pigmentów do energii słonecznej
Technologia DSSC, choć mniej znana niż tradycyjny krzem, jest popularna w laboratoriach ze względu na swoją wydajność w warunkach słabego oświetlenia oraz estetykę, którą można dostosować do różnych kolorów i kształtów. Jest ona jednak również delikatna: bez ochrony może zacząć się degradować już po dwóch dniach. Dlatego sukces filtru roślinnego jest nie mniej znaczący. Według badania ta ochrona może wydłużyć żywotność ogniw do 8500 godzin, w porównaniu z 1500 godzinami oferowanymi przez referencyjny filtr komercyjny.
Inne przetestowane materiały — lignina, ciemny i wytrzymały polimer naturalny, oraz żelazo (III), znane ze swoich właściwości pochłaniania promieniowania UV — dały akceptowalne wyniki w krótkim okresie, ale z czasem straciły na skuteczności. Na przykład żelazo wykazało dobrą przepuszczalność początkową, która spadła wraz z przyspieszonym starzeniem. Z kolei lignina, choć skuteczna w walce z promieniowaniem UV, zabarwia filtry na matowy brąz, który uniemożliwia przepuszczanie światła widzialnego. A bez światła widzialnego nie ma prądu.
Kluczem jest przezroczystość. Chronić, ale nie blokować tego, co daje energię. W tym przypadku ekstrakt z cebuli robi różnicę. Nie tylko pochłania promieniowanie ultrafioletowe, ale robi to bez zakłócania przepływu użytecznego światła. Jest to rodzaj niewidzialnej tarczy, która chroni komórkę, nie żądając niczego w zamian.
Proces produkcji nie jest skomplikowany: skórki cebuli gotuje się w lekko kwaśnej wodzie, aby wydobyć z nich pigmenty bogate w antocyjany. Następnie pigmenty te wprowadza się do folii nanocelulozowej — mikroskopijnej sieci włókien roślinnych pozyskanych z drewna brzozowego — która wchłania barwnik jak gąbka. W rezultacie otrzymuje się elastyczną, biodegradowalną folię o zaskakujących właściwościach optycznych.
Znaczenie tej pracy wykracza poza domowe panele słoneczne. Według autorów folie te można również zastosować w nowych technologiach, takich jak ogniwa perowskitowe lub biodegradowalne urządzenia elektroniczne. Można je nawet wbudować w inteligentne opakowania żywności, w których czujniki zasilane mini panelami słonecznymi wykrywają zanieczyszczenia lub zmiany temperatury. To cała gama zastosowań, w których naturalność nie wyklucza funkcjonalności.
Poza nauką odkrycie to rodzi ważniejsze pytanie: w jakim stopniu rozwiązanie naszych problemów technologicznych polega na odzyskaniu zapomnianej wiedzy? Pomysł wykorzystania barwników roślinnych do ochrony przed słońcem nie jest nowy. Od tkanin barwionych indygo w starożytnym Egipcie po parasole z woskowanego papieru w Japonii – wiele kultur potrafiło wykorzystać zasoby natury do tworzenia ochrony przeciwsłonecznej, zanim powstała nowoczesna chemia.
Teraz zmienił się język i skala. Naukowcy nie wydobywają pigmentów za pomocą moździerza i ręki, ale za pomocą ultradźwięków i filtracji. Włókna celulozowe nie są tkane, ale rozpraszane na poziomie nanometrycznym. Jednak gest jest ten sam, ponieważ polega na postrzeganiu natury nie jako pasywnego rezerwuaru zasobów, ale jako aktywnego źródła rozwiązań.
Ostatecznie to, co proponuje ta badania, to nie tylko ulepszenie techniczne, ale zmiana perspektywy. W obliczu nieskończonej obietnicy tworzyw sztucznych, które przez dziesięciolecia sprzedawały nam trwałość bez konsekwencji, dzisiejsza nauka poszukuje materiałów, które działają dobrze i znikają bez echa. Takich jak skórka cebuli, która spełnia swoją misję i elegancko się rozpuszcza.
