Cercetătorii reciclează gloante vechi de secole pentru un compus toxic esențial
Cercetătorii din domeniul materialelor afirmă că au transformat deșeuri toxice vechi de aproape 300 de ani—rezerve de gloante de plumb sferice din secolele XVI și XVII, contaminate cu reziduuri de carbon, impurități metalice și o patină dură de oxidare—într-un component esențial pentru panourile solare. Nu orice fel de panouri solare, ci panouri solare pe bază de perovskit, unele dintre cele mai eficiente și cost-efective forme de energie solară disponibile astăzi, conform gizmodo.com.
👉 Transformarea deșeurilor de plumb în iodură pentru celule solare eficiente
Cercetătorii de la Centrul de Cercetare Jülich din Germania, cu sediul în Erlangen, au declarat că noua lor tehnică „reciclează” gloantele de plumb foarte contaminate în iodură de plumb de înaltă puritate, un compus necesar în cantități mari pentru a fabrica cele mai bune celule solare pe bază de perovskit. Rezultatele echipei au generat panouri solare capabile să convertească lumina solară în electricitate cu o eficiență competitivă de 21%. Spre comparație, celulele solare pe bază de perovskit fabricate cu ingrediente de început mai curate colectează energia cu o eficiență ușor peste 27%.
Cercetătorul fizician și coautor al studiului, Ian Marius Peters, a menționat pe LinkedIn că „celulele solare pe bază de perovskit depind de iodura de plumb de înaltă puritate, însă plumbul este atât de toxic, cât și necesită multe resurse pentru a fi exploatat și rafinat.” Peters a adăugat că „milioane de tone de plumb există deja în fluxuri de deșeuri care rămân subutilizate. Această lucrare arată că deșeurile toxice din trecut pot deveni o resursă pentru energia curată.”
👉 Procedura de reciclare și avantajele metodei
Peters și colegii săi au selectat această cantitate de muniție afectată de timp din muschetele și arcul renascentist în principal ca dovadă a conceptului pentru noua lor metodă. Conform unui studiu recent publicat în martie în revista Cell Reports Physical Science, au achiziționat „fragmente de bile de muschete” de pe eBay. Gloantele au fost alese intenționat ca „un model de materie primă excepțional de provocator” pentru fabricarea iodurii de plumb de înaltă puritate.
Metoda lor de reciclare are două etape esențiale. Prima etapă implică scufundarea a două electrozi din gloantele de plumb topite și remodelate într-un amestec de solvent de acetonitril și iod dizolvat, cu un curent electric curgând prin acest baia lichidă. Procesul a produs iodură de plumb cu o puritate remarcabil de ridicată. De asemenea, echipa a observat că această nouă metodă avea beneficii ecologice, limitând utilizarea substanțelor chimice și generând mai puțină apă reziduală contaminată cu plumb.
În a doua etapă, această pudră de iodură de plumb galben-muștar și de înaltă puritate a fost folosită pentru a crește cristale de perovskit printr-o tehnică cunoscută sub numele de cristalizare inversă a temperaturii, care folosește căldura, mai degrabă decât frigul, pentru a induce formarea corectă a moleculelor și a formelor cristaline. Potrivit lui Peters, această metodă de rafinare cu costuri reduse a dus la obținerea de celule solare pe bază de perovskit care erau „statistic indistinguishabile de dispozitivele fabricate cu precursori comerciali 5N.” (5N este jargonul din industrie pentru un material cu o puritate de 99.999%.)
👉 Reciclarea plumbului pentru viitorul energiei solare
Cercetătorii au declarat că au urmărit acest proiect ca o modalitate de a captura „aproximativ 30%-40% din deșeul de plumb” care este efectiv abandonat la sfârșitul ciclului său industrial de viață. Un sistem complet nou, asemănător reciclării eficiente a bateriilor auto cu plumb-acid, ar fi necesar pentru a spori producția de celule solare pe bază de perovskit (PSC).
„Obținerea de plumb în mod durabil este imperativă pentru scalarea PSC-urilor,” au scris autorii. Perovskitele sunt o categorie largă de celule solare și nu necesită neapărat plumb în structura lor cristalină pentru a funcționa, dar au fost aceste versiuni pe bază de plumb care s-au dovedit a fi cele mai eficiente în conversia luminii solare în electricitate.
„Consistent în timp, dispozitivele pe bază de plumb continuă să îmbunătățească performanța,” a declarat Tonio Buonassisi, director al Laboratorului de Cercetare fotovoltaică de la MIT, pentru MIT News în 2022, „nici una dintre celelalte compoziții nu s-a apropiat în ceea ce privește performanța electronică.” Conform lui Buonassisi, celulele solare cu perovskit pe bază de haluri de plumb au fost principala preocupare a cercetătorilor de peste un deceniu. Dintre numeroasele beneficii ale materialului față de panourile solare tradiționale pe bază de siliciu, perovskitele pot fi ușor țesute în celule solare de tip țesătură, formate din materiale polimerice incredibil de ușoare și flexibile. De asemenea, perovskitele pot fi combinate pentru a crea panouri solare hibride pe bază de perovskit-siliciu, unde s-au obținut eficiențe impresionante de 36%, mai mari decât oricare dintre ele în mod separat. „Poți combina și asorta atomi și molecule în structură,” a subliniat Buonassisi. „Perovskitele sunt extrem de adaptabile, precum o structură cristalină de tipul 'construiește-ți propria aventură'.”
