Oamenii de știință reciclează gloanțe de sute de ani pentru un compus toxic necesar
Potrivit gizmodo.com, oamenii de știință din domeniul materialelor au transformat gunoaie toxice de aproape 300 de ani—o stocare de gloanțe sferice din plumb din secolele al XVI-lea și al XVII-lea, contaminate cu reziduuri de carbon, impurități metalice și o patină plictisitoare de oxidare—într-un component esențial pentru panourile solare. Acestea nu sunt doar orice panouri solare, ci panouri solare pe bază de perovskite, una dintre cele mai eficiente și rentabile forme de energie solară disponibilă astăzi.
👉 Reciclarea gloanțelor de plumb în iodură de plumb pură pentru celulele solare
Cercetătorii de la Centrul de Cercetare Jülich din Germania au declarat că noua lor tehnică „reciclează” gloanțele de plumb extrem de contaminate în iodură de plumb de înaltă puritate, un compus necesar în cantități mari pentru a fabrica cele mai performante celule solare pe bază de perovskite. Rezultatele echipei au produs panouri solare capabile să transforme lumina soarelui în electricitate cu o eficiență competitivă de 21%. Pentru context, celulele solare pe bază de perovskite fabricate din ingrediente mai curate obțin în prezent o eficiență de puțin peste 27%.
„Celulele solare pe bază de perovskite se bazează pe iodură de plumb de înaltă puritate,” a spus fizicianul și coautorul studiului Ian Marius Peters, într-o postare pe LinkedIn în care a împărtășit studiul, „dar plumbul este atât toxic, cât și costisitor de extras și rafinat.” Peters a adăugat: „Milioane de tone de plumb există deja în fluxurile de deșeuri care rămân neutilizate.” „Această lucrare arată că deșeurile toxice de moștenire pot deveni o resursă pentru energia curată.”
👉 Metoda de reciclare și aplicațiile practice ale iodurii de plumb
Peters și colegii săi au selectat această acumulare de muniție deteriorată de timp din mușchetele și arbaletele din perioada Renașterii în principal ca o probă de concept pentru noua lor metodă. Conform noului lor studiu, publicat în martie în revista Cell Reports Physical Science, au cumpărat „fragmente de bile de mușchete” (așa cum ai face, probabil) de la cineva de pe eBay. Gloanțele au fost alese intenționat ca „un material de alimentare extrem de provocator” pentru producerea iodurii de plumb de înaltă puritate.
Așadar, au făcut asta, în alte cuvinte, în mod expres pentru a dovedi că procesul lor ar funcționa chiar și pe plumb vechi cu impurități chimice. Metoda lor de reciclare are două etape esențiale. În primul rând, doi electrozi realizați din gloanțele de plumb topit și remodelat au fost scufundați într-un amestec de solvent acetonitril și iod dizolvat, cu un curent electric care curgea prin această baie lichidă. Procesul, conform echipei, a produs iodură de plumb cu o puritate remarcabil de ridicată.
Echipa a mai subliniat că această nouă metodă are și beneficii ecologice, limitând utilizarea chimicalelor și producând ape uzate cu mai puțin plumb contaminat. În a doua etapă, acest praf de iodură de plumb de culoare galben muștar și de înaltă puritate a fost apoi folosit pentru a crește cristale de perovskite printr-o tehnică cunoscută sub numele de cristalizare inversă la temperatură—care utilizează căldură, mai degrabă decât frig, pentru a induce formarea corectă a moleculelor și a formelor cristaline.
👉 Eficiență și sustenabilitate
Conform lui Peters, această metodă de rafinare la costuri reduse a generat celule solare pe bază de perovskite care erau „statistic indistinguibile de dispozitivele fabricate cu precursori comerciali 5N.” (5N este jargon din industrie pentru un material cu 99,999% puritate. Dacă poți crede, și recunosc că și eu am dificultăți în a accepta, 5N este scurt pentru „cinci nouri.”) Cercetătorii au spus că au urmărit acest proiect ca o modalitate de a captura „estimările de 30%–40% din deșeurile de plumb” care sunt efectiv abandonate la sfârșitul ciclului de viață industrial. Ar fi necesar un sistem complet nou, asemănător cu reciclarea eficientă a bateriilor auto cu plumb-acid, pentru a ajuta la creșterea producției de celule solare pe bază de perovskite (PSC).
„Obținerea sustenabilă a plumbului este imperativă pentru extinderea PSC-urilor,” au scris autorii. Perovskitele reprezintă o categorie largă de celule solare—și nu trebuie neapărat să conțină plumb în structura lor cristaline pentru a funcționa—dar au fost aceste versiuni pe bază de plumb care s-au dovedit a fi cele mai eficiente în transformarea luminii solare în electricitate. „Consistent de-a lungul timpului, dispozitivele pe bază de plumb continuă să-și îmbunătățească performanța,” a spus Tonio Buonassisi, directorul Laboratorului de Cercetări Fotovoltaice al MIT, pentru MIT News în 2022, „niciuna dintre celelalte compoziții nu s-a apropiat în termeni de performanță electronică.”
Conform lui Buonassisi, celulele solare pe bază de perovskite cu halogenuri de plumb au fost principalul obiectiv pentru cercetătorii pe bază de perovskite timp de peste un deceniu. Printre numeroasele beneficii ale materialului față de panourile solare tradiționale din siliciu, perovskitele pot fi ușor țesute în celule solare asemănătoare țesăturii, realizate din materiale polimerice incredibil de ușoare și flexibile. Perovskitele pot fi combinate pentru a crea panouri solare hibride perovskite-siliciu, unde au realizat eficiențe impresionante de 36%, mai mari decât oricare dintre cele două pe cont propriu. „Poți amesteca și potrivi atomi și molecule în structura aceasta,” a subliniat Buonassisi. „Perovskitele sunt extrem de ajustabile, ca o structură cristalină de tipul „construiește-ți-propriul-aventura.”
