Prąd z okien i elewacji? Polscy naukowcy tworzą fotowoltaikę z obierków warzyw i owoców
Czy zwykłe obierki warzyw i skórki owoców mogą pomóc w produkcji energii elektrycznej? Naukowcy z Politechniki Łódzkiej udowadniają, że odpady kuchenne mogą stać się cennym surowcem dla nowoczesnej fotowoltaiki. Opracowują lekkie, elastyczne i częściowo przezroczyste ogniwa słoneczne, które w przyszłości będzie można montować nawet na oknach i szklanych elewacjach budynków. Pierwsze prototypy już działają, a polska technologia może otworzyć nowe możliwości wykorzystania energii słonecznej.
Wyobraźmy sobie biurowiec, którego przeszklona fasada nie tylko wpuszcza światło do pomieszczeń, ale jednocześnie produkuje energię elektryczną. Albo dom, w którym prąd powstaje nie tylko na dachu, lecz również na oknach i innych powierzchniach budynku.
Taka wizja przyświeca zespołowi naukowców z Instytutu Inżynierii Materiałowej Politechniki Łódzkiej. Badacze pod kierownictwem dr. inż. Piotra Zawadzkiego rozwijają technologię FlexQuantumPV, wykorzystującą grafenowe kropki kwantowe otrzymywane z bioodpadów.
Co ciekawe, surowcem do ich produkcji mogą być pozostałości, które zwykle trafiają do kosza, między innymi obierki warzyw i skórki owoców.
Od kuchennych odpadów do nowoczesnej fotowoltaiki
Sekretem polskiego rozwiązania są grafenowe kropki kwantowe. To niezwykle małe struktury węglowe, których rozmiary mierzy się w nanometrach, czyli miliardowych częściach metra.
Dzięki swoim właściwościom optycznym i elektrycznym mogą być wykorzystywane w materiałach przetwarzających światło słoneczne w energię elektryczną.
Naukowcy z Łodzi opracowują sposób pozyskiwania takich struktur z węgla zawartego w odpadach roślinnych. Zamiast korzystać wyłącznie z tradycyjnych surowców, chcą wykorzystać materiał, który wcześniej nie miał już wartości użytkowej.
Istotną zaletą jest również sposób produkcji. W procesie otrzymywania grafenowych kropek kwantowych wykorzystywana jest woda jako medium reakcyjne, co pozwala ograniczyć stosowanie szkodliwych substancji chemicznych.
To połączenie dwóch ważnych kierunków rozwoju technologii: odnawialnych źródeł energii oraz gospodarki o obiegu zamkniętym, w której odpady stają się surowcem do wytwarzania nowych produktów.
Okna, które produkują prąd. Nowe możliwości dla budynków
Tradycyjne panele fotowoltaiczne najczęściej montuje się na dachach lub specjalnych konstrukcjach. Polskie ogniwa mają być znacznie lżejsze, bardziej elastyczne i częściowo przepuszczać światło.
Dzięki temu mogłyby znaleźć zastosowanie tam, gdzie klasyczne moduły krzemowe są trudne do wykorzystania.
Przykładem są wysokie biurowce, których dachy zajmują stosunkowo niewielką powierzchnię, natomiast ogromna część budynku pokryta jest szkłem.
Gdyby takie przeszklenia mogły jednocześnie wytwarzać energię elektryczną, całkowita powierzchnia dostępna do jej pozyskiwania znacznie by wzrosła.
– W fotowoltaice liczy się nie tylko sprawność materiału, ale także powierzchnia, którą możemy realnie zagospodarować – podkreśla dr Piotr Zawadzki w rozmowie z PAP.
Na obecnym etapie opracowywane ogniwa mają jednak sprawność około trzech–czterech razy niższą niż tradycyjne panele krzemowe. Badacze nie zamierzają więc od razu zastępować istniejącej technologii, lecz szukają sposobu na jej uzupełnienie.
Co więcej, testują również możliwość nakładania specjalnych powłok z grafenowymi kropkami kwantowymi na tradycyjne panele słoneczne. Wstępne rezultaty sugerują, że takie rozwiązanie może poprawiać ich wydajność, szczególnie podczas mniej korzystnych warunków pogodowych.
Pierwsze prototypy działają. Naukowcy planują kolejne kroki
Łódzki zespół dysponuje już niewielkimi prototypami ogniw, które potwierdzają, że opracowana technologia może działać w praktyce.
Teraz najważniejszym wyzwaniem jest zwiększenie powierzchni urządzeń oraz sprawdzenie, jak będą zachowywać się podczas wieloletniego użytkowania.
To istotna różnica. Stworzenie działającej próbki laboratoryjnej nie oznacza jeszcze, że można rozpocząć masową produkcję okien wytwarzających prąd.
Naukowcy muszą między innymi poprawić sprawność ogniw, sprawdzić ich odporność na zmienne warunki atmosferyczne i opracować sposób wytwarzania większych modułów.
Badacze widzą jednak również inne zastosowania grafenowych kropek kwantowych. Wspólnie z producentem mebli przetestowali już powłokę zawierającą ten nanomateriał, uzyskując powierzchnię o właściwościach bakteriobójczych.
W przyszłości podobne rozwiązania mogłyby znaleźć zastosowanie w różnych gałęziach przemysłu.
Polski wynalazek ma szansę trafić na rynek
Projekt rozwijany jest w ramach programu PRIME Fundacji na rzecz Nauki Polskiej, finansowanego z Funduszy Europejskich dla Nowoczesnej Gospodarki.
Oprócz dr. Piotra Zawadzkiego w zespole pracują również prof. Łukasz Kaczmarek i Grzegorz Kawałek. Naukowcy przygotowują się do komercjalizacji swojego pomysłu i planują utworzenie spółki, która zajmie się dalszym rozwojem technologii.
Jednym z bardziej odległych celów jest opracowanie materiału, który można byłoby nakładać na powierzchnie podobnie jak farbę, tworząc cienkie warstwy zdolne do wytwarzania energii elektrycznej.
Na takie zastosowania trzeba będzie jeszcze poczekać. Obecne rezultaty nie pozwalają określić, kiedy technologia stanie się dostępna na rynku ani czy będzie konkurencyjna cenowo wobec tradycyjnych paneli.
Już dziś jednak pomysł naukowców z Łodzi pokazuje, że przyszłość energetyki nie musi ograniczać się do coraz wydajniejszych paneli montowanych na dachach.
Być może za kilka lat część energii zasilającej nasze domy i biura będzie powstawać na powierzchniach, które obecnie służą wyłącznie jako okna i elewacje. A jednym z surowców wykorzystywanych do ich produkcji okażą się zwykłe obierki, które jeszcze niedawno trafiały do śmieci.
Źródła:
- Nauka w Polsce / PAP – Fotowoltaika z obierków po warzywach i owocach
- Politechnika Łódzka – Zespół naukowców laureatem programu PRIME
- Fundacja na rzecz Nauki Polskiej – Projekt transparentnych ogniw fotowoltaicznych z grafenowych kropek kwantowych
- Wirtualna Polska – Fotowoltaika z obierków. Naukowcy z Łodzi tworzą lekkie ogniwa
