Budúcnosťou solárnej energie sú perovskitové články. Vedci našli spôsob, ako ich plne recyklovať

Kremíkové panely nahrádza perovskit

Vedci zo švédskej Univerzity v Linköpingu vyvinuli spôsob, ako opakovane recyklovať všetky časti solárnych článkov bez použitia rozpúšťadiel, ktoré sú škodlivé pre životné prostredie. Nové články vyrobené z recyklovaného perovskitu sú navyše rovnako účinné ako pôvodné články a recyklačný proces je založený na netoxickom rozpúšťadle na báze vody.

Solárne panely na báze kremíka sú na trhu už viac ako tridsať rokov, pričom v kontexte narastajúcej globálnej spotreby elektrickej energie, okrem iného aj v súvislosti s rozvojom umelej inteligencie a elektrifikáciou dopravy, sa očakáva, že solárna energia bude v dodávkach zohrávať čoraz dôležitejšiu úlohu.

Kremíkové solárne panely prvej generácie sa však postupne ocitajú na konci svojho životného cyklu, čím vznikajú a perspektívne budú vznikať obrovské objemy odpadu.

„V súčasnosti neexistuje účinná technológia nakladania s odpadom z kremíkových panelov a vyradené solárne panely končia na skládke, čím vznikajú haldy elektronického odpadu, s ktorým sa nedá nič robiť,“ hovorí spoluautor štúdie Xun Xiao, ktorý pôsobí na Katedre fyziky, chémie a biológie na Univerzite v Linköpingu.

Vedecký výskum sa preto čoraz viac sústredí na vývoj nových typov solárnych článkov, ktoré by zohľadňovali požiadavky na recykláciu po skončení životnosti. Jednými z najsľubnejších solárnych článkov novej generácie sú moduly vyrobené z minerálu zvaného perovskit.

Sústredili sa na koniec životného cyklu

Výroba fotovoltických článkov z perovskitu je relatívne lacná a výrobný proces je pomerne jednoduchý. Výsledné produkty sa vyznačujú tým, že sú ľahké, ohybné a priesvitné, čo umožňuje ich inštaláciu na rôzne povrchy, napríklad aj na okná.

Perovskitové články sú navyše vysokoúčinné – na elektrinu dokážu premeniť až 25 % slnečnej energie, čo je porovnateľné s bežnými kremíkovými solárnymi článkami. Tieto články však majú zatiaľ kratšiu životnosť ako kremíkové solárne články, preto je dôležité, aby ich recyklácia bola efektívna a šetrná k životnému prostrediu.

„Je veľa spoločností, ktoré sa už pokúšajú perovskitové solárne články uviesť na trh, no my by sme sa radi vyhli ďalšiemu hromadeniu odpadu. V rámci nášho projektu sme preto vyvinuli metódu, ktorá umožňuje všetky časti fotovoltiky opätovne použiť na výrobu nového perovskitového solárneho článku bez toho, že by sa to odrazilo na výkone nového článku,“ uvádza spoluautor štúdie Niansheng Xu.

Perovskitové solárne články obsahujú okrem iného aj určité množstvo olova, vďaka ktorému je fotovoltický prvok vysoko výkonný, no zároveň z tejto skutočnosti plynú zvýšené nároky na efektívny proces recyklácie článkov, keď doslúžia.

V súčasnosti je už rozvinutých niekoľko metód demontáže perovskitových solárnych článkov, pričom vo väčšine figuruje látka zvaná dimetylformamid, ktorá je bežnou zložkou rozpúšťadiel do farieb. Zároveň však ide o toxickú látku, ktorá je nebezpečná pre životné prostredie a potenciálne karcinogénna.

Opätovne získajú drvivú väčšinu materiálu

Perovskitová fotovoltika sa väčšinou likviduje po častiach, respektíve sa rozkladá na jednotlivé vrstvy, okrem dimetylformamidu aj pomocou ďalších látok, napríklad chlorobenzénu či metylamínu. Hoci tento recyklačný proces je funkčný, skutočnosť, že je závislý od nebezpečných látok, je problematická z hľadiska environmentálnej záťaže aj priemyselnej prevádzky.

Prínos švédskych výskumníkov spočíva v tom, že v rámci technológie, ktorú predkladajú, sa pri demontáži dožitých perovskitov používa ako rozpúšťadlo voda a, čo je najdôležitejšie, z vodného roztoku možno vyrobiť nové recyklované vysokokvalitné perovskity.

„Zrecyklovať dokážeme všetko – krycie sklá, elektródy, perovskitové vrstvy a tiež vrstvu, ktorá slúži na prenos náboja,“ konštatuje Xun Xiao.

Na začiatku procesu vedci na odpadové moduly pôsobia teplom. Po dobu troch minút ich zahrievajú na teplotu 150 °C s cieľom zmäkčiť puzdriaci materiál etylénvinylacetát, čo uľahčí oddeľovanie vrstiev. Ekologický postup recyklácie následne spočíva v ponorení opotrebovaných solárnych článkov do vodného roztoku, z ktorého vedci dokážu opätovne získať až 99 % kryštálov perovskitu s vysokou kvalitou.

Okrem vody roztok obsahuje niekoľko nenákladných aditív, napríklad octan sodný (NaOAc), jodid sodný (NaI) a kyselinu fosfornú (H3PO2).

Autori výskumu tvrdia, že ich recyklačná stratégia v porovnaní so skládkovaním výrazne redukuje environmentálnu záťaž spojenú s perovskitovými solárnymi modulmi, predovšetkým z hľadiska toxicity pre ľudské zdravie a vplyvov spojených s využívaním prírodných zdrojov, ale tiež znižuje cenu elektriny.

V pokračovaní výskumu chcú vedci metódu kapacitne navýšiť na priemyselnú úroveň. Ich štúdia vyšla v prestížnom vedeckom periodiku Nature

Zdroj: www.energie-portal.sk