Oamenii de știință reciclează gloanțe vechi de secole pentru un compus toxic necesar

Oamenii de știință în domeniul materialelor afirmă că au transformat deșeuri toxice vechi de aproape 300 de ani—un stoc de gloanțe sferice din plumb din secolele al XVI-lea și al XVII-lea, contaminate cu reziduuri de carbon, impurități metalice și o patină mată de oxidare—într-un component esențial pentru panourile solare. Potrivit gizmodo.com, este vorba despre panouri solare perovskite, unele dintre cele mai rentabile și eficiente surse de energie solară de pe piață astăzi.

👉 Transformarea deșeurilor toxice în iodură de plumb pură pentru celulele solare

O echipă de cercetători de la Centrul de Cercetare Jülich din Germania, situat în Erlangen, a declarat că noua lor tehnică „reciclează” gloanțele din plumb extrem de contaminate în iodură de plumb de puritate ridicată, un compus necesar în cantități mari pentru a fabrica cele mai performante celule solare perovskite. Rezultatele echipei au produs panouri solare capabile să transforme lumina solară în electricitate cu o eficiență competitivă de 21%. Pentru context, cele mai avansate celule solare perovskite realizate cu ingrediente de început mai curate obțin în prezent energie cu o eficiență de puțin peste 27%.

„Celulele solare perovskite se bazează pe iodură de plumb de înaltă puritate,” a afirmat fizicianul și coautorul studiului Ian Marius Peters, într-o postare pe LinkedIn în care a împărtășit studiul, „dar plumbul este atât toxic, cât și resursă intensivă de exploatat și rafinat.” „Milioane de tone de plumb există deja în fluxuri de deșeuri care rămân subutilizate,” a adăugat Peters. „Această lucrare arată că deșeurile toxice din trecut pot deveni o resursă pentru energia curată.”

👉 Detalii ale procesului de reciclare și potențialul său industrial

Peters și colegii săi au selectat acest stoc de muniție deteriorată de vreme din muschetele și arbaletele din perioada Renașterii în principal ca dovadă de concept pentru noua lor metodă. Potrivit studiului lor recent publicat în martie în revista Cell Reports Physical Science, au cumpărat „fragmente de glonț de muschetă” (așa cum ați face, probabil) de la cineva de pe eBay. Gloanțele, au scris ei, au fost alese intenționat ca „un material de alimentare excepțional de provocator” pentru fabricarea iodurii de plumb de înaltă puritate.

Noua lor metodă de reciclare are două etape esențiale. În prima etapă, doi electrozi din gloanțele din plumb topite și remodelate au fost scufundați într-un amestec de solvent acetonitril și iod dizolvat, cu un curent electric curgând prin acest băiță lichidă. Procesul, conform echipei, a produs iodură de plumb cu puritate remarcabil de ridicată. Echipa a mai observat că această nouă metodă aduce și beneficii ecologice, limitând utilizarea chimicalelor și producând mai puțin apă uzată contaminată cu plumb.

În a doua etapă, această pulbere de iodură de plumb pură, de culoare galben-muștar, a fost utilizată pentru a crește cristale de perovskit printr-o tehnică cunoscută sub numele de cristalizare inversă la temperatură, care folosește căldură, mai degrabă decât frig, pentru a induce formarea corectă a moleculelor și a formelor cristaline. Conform lui Peters, această metodă de rafinare cu costuri reduse a generat celule solare perovskite care erau „statistic indistinguizabile de dispozitivele realizate cu precursori comerciali 5N.” (5N aici este un jargon industrial pentru un material cu puritate de 99,999%.)

Cercetătorii au afirmat că au urmărit acest proiect ca o modalitate de a captura „aproximativ 30%-40% din deșeurile de plumb” care sunt practic abandonate la sfârșitul ciclului lor industrial de viață. Un sistem complet nou, asemănător cu reciclarea eficientă a bateriilor auto cu plumb-acid, ar fi necesar pentru a ajuta la creșterea producției de celule solare perovskite (PSC). „Asigurarea unei surse durabile de plumb este imperativă pentru scalarea PSC-urilor,” au scris autorii.

Perovskitele sunt o categorie largă de celule solare—și nu au nevoie neapărat de plumb în structura lor cristalină pentru a funcționa—dar au fost aceste versiuni pe bază de plumb cele care s-au dovedit cel mai eficiente în conversia luminii solare în electricitate. „Constant în timp, dispozitivele pe bază de plumb continuă să îmbunătățească performanța,” a declarat Tonio Buonassisi, directorul Laboratorului de Cercetare în Fotovoltaică de la MIT, pentru MIT News în 2022, „niciuna dintre celelalte compoziții nu s-a apropiat de performanța electronică.”

Potrivit lui Buonassisi, celulele solare pe bază de halogenuri de plumb au fost principala concentrare pentru cercetătorii în domeniul perovskitelor timp de mai bine de un deceniu. Printre numeroasele beneficii ale materialului față de panourile solare tradiționale bazate pe siliciu, perovskitele pot fi ușor integrate în celule solare de tip țesătură, realizate din materiale polimerice extrem de ușoare și flexibile. De asemenea, perovskitele pot fi combinate pentru a crea panouri solare hibride perovskite-siliciu, unde au obținut eficiențe impresionante de 36%, mai mari decât fiecare dintre ele singure. „Puteți amesteca și potrivi atomi și molecule în structura asta,” a subliniat Buonassisi. „Perovskitele sunt extrem de ajustabile, ca o structură cristalină de tip „construiește-ți-propria-aventură.”