Fotowoltaika z obierków po warzywach i owocach

Podstawą nowej technologii są grafenowe kropki kwantowe, czyli nanometrowe struktury zbudowane z węgla. Dzięki bardzo małym rozmiarom i związanym z nimi zjawiskom kwantowym mają szczególne właściwości optyczne i elektryczne, które można wykorzystać m.in. do przetwarzania światła słonecznego w energię elektryczną.

Do produkcji kropek zespół dr. inż. Piotra Zawadzkiego z Instytutu Inżynierii Materiałowej Politechniki Łódzkiej wykorzystuje węgiel zawarty w bioodpadach, np. obierkach warzyw i skórkach owoców.

- Wszystko wokół nas w dużej mierze zbudowane jest z węgla i bioodpady nie są tutaj wyjątkiem. My próbujemy wykorzystać materiał, który przestał być komuś potrzebny, przetworzyć go i otrzymać z niego grafenowe kropki kwantowe. Z nich możemy następnie budować elementy przydatne między innymi w fotowoltaice. W dużym uproszczeniu można więc powiedzieć, że próbujemy robić technologię energetyczną z odpadów - poinformował naukowiec w przesłanym PAP komunikacie.

W przeciwieństwie do tradycyjnych paneli krzemowych nowe ogniwa mają być lekkie, elastyczne i częściowo przezroczyste. Dzięki temu mogłyby znaleźć zastosowanie na powierzchniach, na których obecnie trudno montować instalacje fotowoltaiczne, np. na przeszklonych elewacjach biurowców i w oknach.

- Największą przewagą nie jest to, że chcemy po prostu zastąpić jeden panel drugim. Chodzi o to, żeby wykorzystać powierzchnie, których klasyczna fotowoltaika dzisiaj praktycznie nie wykorzystuje. Elastyczne ogniwa możemy integrować z elewacją, a dzięki ich przezroczystości również z przeszkleniami. Wtedy energię produkuje nie tylko dach, ale znacznie większa część budynku - zaznaczył dr Zawadzki.  

Na razie sprawność opracowywanych ogniw jest około trzy-cztery razy niższa niż w tradycyjnych panelach krzemowych. Naukowcy pracują nad jej poprawą, ale zwracają uwagę, że nawet mniej wydajne ogniwa mogłyby dostarczać znaczne ilości energii, jeśli pokrywałyby duże powierzchnie.

- Jeśli zamiast samego dachu możemy wykorzystać także wszystkie okna i elewacje wysokiego budynku, całkowita ilość uzyskanej energii może wyglądać zupełnie inaczej. W fotowoltaice liczy się nie tylko sprawność materiału, ale także powierzchnia, którą możemy realnie zagospodarować - podkreślił dr Zawadzki.

Zespół sprawdził również, czy grafenowe kropki kwantowe mogą poprawić wydajność już istniejących paneli słonecznych. W tym celu badacze nakładali na tradycyjne moduły specjalną powłokę zawierającą opracowany przez siebie nanomateriał. Jak sugerują dotychczasowe wyniki, może ona zwiększać ilość wytwarzanej energii, zwłaszcza przy mniej korzystnych warunkach pogodowych.

Istotną zaletą technologii ma być także przyjazny dla środowiska sposób wytwarzania kropek. W procesie ich produkcji naukowcy wykorzystują wodę jako medium reakcyjne, dzięki czemu mogą ograniczyć stosowanie szkodliwych substancji chemicznych.

- Od początku zależało nam na tym, żeby ekologiczny był nie tylko produkt końcowy, ale również droga do jego otrzymania. Jeśli chcemy mówić o technologii wspierającej transformację energetyczną, musimy patrzeć także na to, z czego ją produkujemy i jak wygląda sam proces - powiedział dr Zawadzki.

Badacze rozważają również inne zastosowania nanomateriału. Chcieliby, aby w przyszłości dało się go nakładać jak farbę w celu tworzenia cienkich powłok wytwarzających energię. Jest to jednak na razie koncepcja wymagająca dalszych badań.

Co ciekawe, grafenowe kropki kwantowe mają właściwości antybakteryjne i antystatyczne. Można je więc wykorzystać także do produkcji powłok ograniczających rozwój mikroorganizmów. Naukowcy przetestowali już takie rozwiązanie we współpracy z producentem mebli. Po dodaniu nanomateriału do farby, którą je pokryto, uzyskano powłokę o właściwościach bakteriobójczych.

W przypadku fotowoltaiki zespół dysponuje już niewielkimi prototypami potwierdzającymi działanie technologii. Kolejnym wyzwaniem jest zwiększenie powierzchni ogniw oraz sprawdzenie ich trwałości i wydajności podczas długotrwałego użytkowania.

- Na małej próbce potrafimy już pokazać, że technologia działa. Kolejny krok to odpowiedź na pytanie, czy zachowa swoje właściwości na znacznie większej powierzchni i po długim czasie użytkowania. W laboratorium łatwo zrobić fragment mniejszy od okna. Rynek potrzebuje jednak produktu, który będzie można rzeczywiście zamontować w budynku - podkreślił dr Zawadzki.

Projekt jest rozwijany w ramach programu PRIME Fundacji na rzecz Nauki Polskiej, finansowanego z Funduszy Europejskich dla Nowoczesnej Gospodarki. W skład zespołu wchodzą również Grzegorz Kawałek oraz prof. Łukasz Kaczmarek.

Naukowcy przygotowują się obecnie do komercjalizacji rozwiązania. Planują utworzenie spółki, która zajmie się jego dalszym rozwojem i wprowadzeniem na rynek.

Katarzyna Czechowicz (PAP)

kap/ agt/