Naukowcy z MIT przekształcają zużyte akumulatory samochodowe w baterie słoneczne

Naukowcy z MIT (Massachusetts Institute of Technology - ang. Instytut Technologiczny w Massachusetts) stworzyli coś co wydaje się być świętym Graalem zielonych technologii - panel fotowoltaiczny wyprodukowany z niebezpiecznych odpadków.

W niedawnym artykule naukowym, opublikowanym w czasopiśmie "Energy and Environmental Science" naukowcy z MIT opisali metodę wytwarzania paneli słonecznych opartych o perowskit, wytwarzanych z ołowiu pochodzącego z zużytych akumulatorów samochodowych. Opisana technika nie wymaga specjalistycznego sprzętu i może być wykorzystana w niskotemperaturowym procesie, co znacznie upraszcza produkcję ogniw fotowoltaicznych, w porównaniu do stosowanych aktualnie technik produkcji takich ogniw. Po 18 miesiącach testowania działania wyprodukowanych przez siebie ogniw, naukowcy z MIT doszli do wniosku iż dorównują one efektywnością dostępnym dzisiaj komercyjnie ogniwom fotowoltaicznym.

Perowskity to klasa materiałów, która przyciąga uwagę naukowców zajmujących się ogniwami fotowoltaicznymi, głównie z uwagi iż udało się dzięki nim poprawić efektywność baterii słonecznych w ciągu ostatnich trzech lat. Związki z tej rodziny charakteryzuje kilka zalet - głównie jest to niska cena i stosunkowo prosty proces wytwarzania. Jedna z firm zajmujących się rozwijaniem tej technologii - Oxford Photovoltaics - planuje aktualnie komercjalizację technologii perwoskitów w aplikacji fotowoltaicznej, tak iż materiały te mogłyby być nanoszone jako zewnętrzne pokrycia na przykłąd na okna i inne zewnętrzne powierzchnie budynków.

Jedyną wadą materiałów, należących do tej rodziny, jest niewielka zawartość ołowiu. Ekstrakcja tego pierwiastka rudy jest procesem wymagającym wysokiej temperatury i generującym sporą ilość zanieczyszczeń w tym par i pyłów ołowiu, które bardzo trudno jest wychwycić aby uniemożliwić im przedostanie się do środowiska, jak zwracają badacze z MIT. I jeżeli produkcja opartych o perowskity ogniw fotowoltaicznych ruszy na dużą skalę, zapotrzebowanie na materiały - w tym ołów - będzie bardzo duże. Spowoduje to zwiększenie jego wydobycia i w konsekwencji zwiększy poziom generowanych zanieczyszczeń. Warto dodać iż co najmniej dwa niezależne laboratoria doniosły ostatnio o skonstruowaniu ogniw fotowoltaicznych opartych o perowskity wykorzystujące cynę zamiast ołowiu, jednakże ich konstrukcje są znacznie mniej efektywne od tych opartych o ołów.

Z drugiej strony nad środowiskiem naturalnym krąży teraz inne widmo. Z uwagi na postępujący rozwój technologii akumulatorów litowo-jonowych przewiduje się iż niedługo zastąpią one klasyczne ogniwa ołowiowo-kwasowe wykorzystywane w przemyśle motoryzacyjnym. Spowoduje to powstanie ogromnych ilości odpadów w postaci starych akumulatorów ołowiowych. Około 90% ołowiu z starych akumulatorów poddawane jest recyklingowi, jednakże problem nadal pozostaje. W 2011 roku New York Times donosił iż zwiększa się liczba alkumulatorów eksportowanych z USA do Meksyku, gdzie poddawane są one recyklingowi bardzo prymitywnymi metodami co z kolei wystawia ludzi na ryzyko zatrucia ołowiem i zwiększa ryzyko skażenia środowiska.

Naukowcy z MIT zaproponowali lepsze rozwiązanie. W swoim artykule opisują on prosty proces który pozwala na przetworzenie ołowiu z akumulatorów na nowe produkty. Zaprezentowali oni w jaki sposób zsyntetyzować można perowskit, który da się wykorzystać do konstrukcji baterii słonecznych, z zużytych akumulatorów ołowiowo-kwasowych. Ołów z anody akumulatora mieszany jest z kwasem azotowym, a tlenek ołowiu, wyprodukowany poprzez wygrzewanie dwutlenku ołowiu z katody, rozpuszcza się w kwasie octowym. Następnie do obu roztworów dodaje się jodek potasu.

W kolejnym kroku roztwory oczyszcza się i nanosi produkty reakcji na cienki, elastyczny substrat, będący podłożem dla baterii słonecznej. Proces depozycji pokazany jest na poniższym filmie. Ponieważ proces nakładania warstw jest całkiem prosty naukowcy nie mają wątpliwości iż da się go łatwo (i tanio!) przekształcić w proces na skalę przemysłową. Przy estymacji iż każda z baterii słonecznych ma grubość około pół mikrometra, naukowcy szacują iż jeden akumulator pozwoli wyprodukować baterie słoneczne dla około 30 domów.



Profesor MIT Angela Belcher oraz pierwszy autor opublikowanego niedawno artykułu mówią iż nie zamierzają zakładać firmy, mającej za zadanie komercjalizację tej technologii. Zamiast tego pragną aby firmy rozwijające baterie słoneczne, oparte o perwoskity, dostrzegły w zużytych akumulatorach źródło ołowiu tak samo dobre jak przemysł wydobywczy.

"Nasz artykuł traktuje o panującym poruszeniu w dziedzinie tych (perowskitów) materiałów oraz o rozważaniu na temat implikacji jakie dla środowiska ma myśl o pozyskiwaniu ołowiu na drodze recyklingu" mówi profesor Belcher. "Piękno tej metody polega na tym iż opracowany przez nas proces jest niesamowicie kompatybilny z używanymi dzisiaj metodami" dodaje na koniec.

Źródło:

http://spectrum.ieee.org/energywise/energy/en...hers-turn-used-car-batteries-into-solar-cells