Красный лук и наноцеллюлоза: как овощные отходы защищают солнечные панели от ультрафиолета
Краситель из красного лука может стать ключевым компонентом для усиления защиты солнечных элементов от ультрафиолетового (УФ) излучения, утверждают учёные.
Традиционно солнечные панели покрывают плёнками на нефтяной основе, такими как поливинилфторид (PVF) и полиэтилентерефталат (PET), чтобы предотвратить деградацию под воздействием УФ-лучей. Однако поиск экологичных альтернатив привёл исследователей к наноцеллюлозе — материалу, получаемому из растительных волокон путём их измельчения до наноразмеров.
Как показало новое исследование, опубликованное 24 февраля в журнале ACS Applied Optical Materials, комбинация наноцеллюлозы с красителем из кожуры красного лука обеспечивает «чрезвычайно эффективную защиту от УФ-излучения». Плёнка на основе этого состава блокирует 99,9% УФ-лучей с длиной волны до 400 нм, превосходя по эффективности даже коммерческие PET-фильтры.
«Это многообещающее решение для применения биоразлагаемых материалов в защитных покрытиях», — заявил Рустем Низамов, докторант Университета Турку (Финляндия), чья команда провела эксперименты.
Баланс между защитой и прозрачностью
Учёные сравнили четыре типа плёнок из наноцеллюлозы, обработанных красным луковым экстрактом, лигнином (растительный полимер) и ионами железа. Несмотря на то, что все варианты показали хорошую УФ-защиту, именно луковый краситель продемонстрировал наилучшие результаты.
Критическим моментом для солнечных элементов является баланс: блокировка вредного УФ-излучения ниже 400 нм и пропускание видимого света (700–1200 нм), необходимого для генерации энергии. Лигнин, например, из-за тёмного оттенка снижает прозрачность плёнок (50% на 400–600 нм), тогда как покрытие с луковым красителем сохраняет свыше 80% светопропускания в диапазоне 650–1100 нм.
Искусственное «состаривание» плёнок под интенсивным светом в течение 1000 часов (аналог года эксплуатации в Центральной Европе) подтвердило стабильность лукового фильтра. «Другие биоматериалы, например с ионами железа, теряли прозрачность со временем», — пояснил Низамов.
Применение за пределами энергетики
Помимо солнечных панелей, технология может быть полезна в органической и перовскитной фотовольтаике, а также в пищевой промышленности. Биоразлагаемые плёнки с УФ-защитой могут использоваться в «умной» упаковке, где встроенные сенсоры питаются от мини-солнечных элементов. Кроме того, переработка луковой кожуры, обычно отправляемой в отходы, добавляет экологичности технологии, сокращая углеродный след.
Будущие вызовы
Несмотря на успехи, перед внедрением предстоит решить вопросы масштабирования. ВоKey-задача — оптимизация процесса экстракции красителя и обеспечение стабильности покрытия в различных климатических условиях. Исследователи также изучают возможность использования других растительных отходов, таких как гранатовая кожура или чайные листья, чтобы создать универсальную платформу для «зелёных» защитных материалов.
«Наша цель — заменить хотя бы 10% нефтепродуктов в промышленности биосовместимыми аналогами к 2030 году», — подчеркнул Низамов. Если это удастся, солнечная энергетика станет не только эффективнее, но и на шаг ближе к полной экологичности.
