Mikrobiološki napajana stanica (MFC) koja proizvodi energiju koristeći prljavštinu iz zemlje

Tim istraživača sa Sveučilišta Northwestern kaže kako su razvili vrhunsku gorivu stanicu za proizvodnju energije koja radi na prljavštini, hvatajući električnu energiju koju proizvode mikrobi koji žive u tlu. Prethodni pokušaji s mikrobiološkim gorivim stanicam (MFC = microbal fuel cell) bili su osujećeni zbog niske izlazne snage i nepouzdanih performansi, ali čini se kako je tim iz Northwesterna  pobijedio te probleme.

Izumitelji MFC-a koje se napajaju prljavštinom vjeruju kako mogu revolucionirati preciznu poljoprivredu, istovremeno smanjujući upotrebu baterija koje često sadrže otrovne kemikalije i oslanjaju se na litij i teške metale, i koji su ograničen resurs i mogu oštetiti usjeve i tlo. Svoj dizajn također čine otvorenim, kako bi poljoprivrednici posvuda mogli iskoristiti prednost revolucionarnog uređaja.
"Broj uređaja u Internetu stvari (IoT) neprestano raste", rekao je bivši student Northwesterna, Bill Yen, koji je predvodio istraživanje za stvaranje održivog MFC-a. “Ako zamislimo budućnost s bilijunima ovih uređaja, ne možemo svaki od njih izgraditi od litija, teških metala i toksina koji su opasni za okoliš. Moramo pronaći alternative koje mogu osigurati male količine energije za napajanje decentralizirane mreže uređaja.”

Ova potreba je posebno velika u poljoprivrednim industrijama, gdje sićušni senzori koji pokrivaju brojne hektare zemlje zahtijevaju samo male količine pouzdane energije za značajno povećanje prinosa usjeva. Nažalost, poljoprivrednici se ne mogu brinuti za toliki broj uređaja, pogotovo ako ne mogu sami proizvesti energiju i zahtijeva se stalna zamjena baterija.

"Ako želite staviti senzor u divljinu, na farmu ili u močvaru, morate staviti bateriju u njega ili skupljati solarnu energiju", rekao je Yen. "Solarni paneli ne rade dobro u prljavim okruženjima, jer se prekrivaju prljavštinom, ne rade kada nema sunca i zauzimaju puno prostora."

Baterije su također izazov, objasnio je Yen, budući da se na kraju isprazne. “Poljoprivrednici neće obilaziti farmu od 100 hektara kako bi stalno mijenjali baterije ili brisali prašinu sa solarnih panela”, našalio se.

Kako bi riješili ovaj problem na praktičan, ali inovativan način, Yen i njegov tim odlučili su pogledati uređaje koji bi mogli generirati pouzdanu energiju na licu mjesta, i pritom zahtijevaju malo ili nimalo održavanja. Ispostavilo se kako su rješenje uređaji koji koriste svojstva mikroba koji se nalaze u prašini, za proizvodnju električne energije.

MFC-ovi SU KORISTILI SNAGU MIKROBA KOJI ŽIVE U PRLJAVŠTINI ZA PROIZVODNJU POUZDANE ELEKTRIČNE ENERGIJE
U svojoj objavljenoj studiji istraživači s Northwesterna ističu kako stvaranje gorivne stanice koja radi na prljavštinu nije nova ideja. Međutim, razvoj MFC-a koji je pouzdan i može raditi u mokrim i suhim uvjetima desetljećima je kočio istraživače. To je zato što MFC-i moraju ostati hidratizirani i opskrbljeni kisikom kako bi ispravno radili.

https://dl.acm.org/doi/10.1145/3631410

"Iako MFC-i postoje kao koncept više od jednog stoljeća, njihova nepouzdana izvedba i niska izlazna snaga spriječili su napore za njihovu praktičnu upotrebu, posebno u uvjetima niske vlažnosti", objasnio je Yen.

Ipak, čini se kako ideja o funkcionalnom MFC-u rješava mnoge probleme oko senzora koji se napajaju baterijama i solarnim pločama. Također su i privlačni svima, jer se njihov primarni izvor energije, aktivnost mikroba, nalazi gotovo svugdje gdje ima i prljavštine. 

“Ovi mikrobi su sveprisutni; oni već žive u tlu posvuda,” rekao je George Wells iz Northwesterna, stariji autor studije. “Možemo koristiti vrlo jednostavne projektirane sustave za hvatanje njihove električne energije. Nećemo napajati cijele gradove ovom energijom. Ali možemo uhvatiti male količine energije za poticanje praktičnih aplikacija niske potrošnje.”

Kao i baterija, MFC sadrži anodu, katodu i elektrolit. Prema priopćenju za tisak u kojem se najavljuje rad Northwestern tima, "MFC-ovi skupljaju električnu energiju iz bakterija koje prirodno doniraju elektrone obližnjim vodičima." Ovaj protok elektrona od anode do katode stvara električni krug koji se može uhvatiti i koristiti u elektroničkim uređajima.

GEOMETRIJA JE KLJUČ ODRŽIVIH GORIVIH ĆELIJA KOJE RADE NA PRLJAVŠTINU
Kako bi razvili MFC koji bi mogao raditi u vlažnim i suhim uvjetima, a istovremeno stvarati pouzdanu, upotrebljivu snagu, istraživači iz Northwestern-a izgradili su i testirali četiri različita dizajna. Nakon devet mjeseci testiranja i ocjenjivanja, odlučili su se za jedan određeni model koji su zatim testirali u vanjskom vrtu. Kao što se i nadalo, uređaj se pokazao jednako pouzdanim i u mokrim i u suhim uvjetima i funkcionirao je dovoljno dobro da napaja senzore tla koje poljoprivrednici sada koriste za maksimiziranje prinosa usjeva.

Ključ je, objašnjavaju istraživači, u geometriji uređaja. Umjesto tipične MFC postavke gdje su anoda i katoda paralelne jedna s drugom, Northwestern MFC uključuje okomiti dizajn. Ova mala, ali značajna promjena omogućila je timu da elemente MFC-a za generiranje energije postavi u zemlju, dok je kapa ostala iznad zemlje, kako bi se održala oksigenacija potrebna za proizvodnju električne energije.

“Iako je cijeli uređaj ukopan, vertikalni dizajn osigurava da je gornji kraj u ravnini s površinom tla,” objašnjavaju. “3D tiskana kapica nalazi se na vrhu uređaja kako bi se spriječilo da krhotine padnu unutra. A rupa na vrhu i prazna zračna komora koja ide uz katodu omogućuju dosljedan protok zraka.”

Također su obložili svoj MFC vodootpornim materijalom kako bi mogao "disati" tijekom poplava. Rezultat je bio ispravan MFC koji je trajao 1205 puta dulje od sličnih dizajna i generirao 68 puta više energije nego što je potrebno za rad njegovog senzora. Istraživači kažu kako ovaj višak električne energije može pokrenuti malu, bežičnu radio antenu ugrađenu u senzor i koja može prenijeti svoja očitanja farmerima na velikoj udaljenosti.

GORIVNE ĆELIJE KOJE RADE NA PRLJAVŠTINU DOSTUPNE SU SVIMA
Tim Northwestern kaže kako su svi materijali i komponente u njihovom MFC-u lako dostupni u lokalnoj trgovini hardverom. To uključuje ugljični filc koji se koristi u katodi i koji hvata elektrone koje stvaraju mikrobi.

Tim također kaže kako dizajne, upute i alate za simulaciju čine dostupnima svima u nadi da će poljoprivrednici moći izgraditi vlastite gorive ćelije koje rade na prljavštinu, a izumitelji mogu raditi na njihovom poboljšanju. Te se informacije mogu pronaći u njihovom objavljenom radu, koji se pojavljuje u izdanju Proceedings of the ACM on Interactive Mobile Wearable and Ubiquitous Technologies od 12. siječnja 2024. godine.

"S pandemijom COVID-19 svi smo se upoznali s time kako kriza može poremetiti globalni lanac opskrbe elektronikom", rekao je koautor studije Josiah Hester, bivši profesor Northwesterna, koji sada radi na Georgia Institute of Technology. "Želimo izgraditi uređaje koji koriste lokalne opskrbne lance i jeftine materijale kako bi računalstvo bilo dostupno svim zajednicama."

Samonapajajuće prijenosno svijetlo koje dezificira hranu 

Znanstvenici sa Sveučilišta Illinois, Urbana-Champaign, razvili su tzv. Tribo-sanitizer, novi ultraljubičasti C (UVC) uređaj dizajniran za poboljšanje dezinfekcije hrane. Ovaj prijenosni uređaj s vlastitim napajanjem koristi UVC svjetlo kako bi deaktivirao ili neutralizirao štetne bakterije na raznim namirnicama i površinama.

KORIŠTENJE UVC SVJETLA ZA "UBIJANJE" BAKTERIJA S TRIBO-SANITIZEROM
Objavljeno u časopisu Nano Energy , Tribo-sanitizer koristi UVC svjetlo, vrstu ultraljubičastog svjetla koje pada u raspon valnih duljina od 100-280 nanometara. UVC svjetlo poznato je po svojim germicidnim svojstvima, prvenstveno zbog svoje sposobnosti da ošteti DNK mikroorganizama, čineći ih neaktivnima ili mrtvima. Ovu osobinu UVC svjetla Tribo-sanitizer koristi za dezinfekciju prehrambenih proizvoda i materijala za pakiranje.

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2211285523005128?via%3Dihub

U testovima je Tribo-sanitizer pokazao značajan napredak u neutralizaciji dva notorna patogena koja se prenose hranom: Escherichia coli O157:H7 i Listeria monocytogenes. Te su bakterije odgovorne za razvoj teške bolesti i bile su uzrok brojnih izbijanja bolesti koje se prenose hranom. Tribo-sanitizer uspješno je deaktivirao te bakterije, uzrokujući oštećenje njihove DNK, a stope uspjeha bile su zapanjujuće visoke.

Uređaj je pokazao svoju sposobnost postizanja visoke razine dekontaminacije, ispunjavajući stroge standarde dezinfekcije koje je postavila Uprava za hranu i lijekove (FDA). Određeni materijali poput polietilen tereftalata (PET), koji se obično koriste u pakiranju hrane i pića, postigli su 99,999% smanjenje bakterije E. coli. Dok je na površinama hrane kao što su kore jabuke i zelena salata, postigao smanjenje od 99,98% i 99,8% za E. coli odnosno 98% za L. monocytogenes.

POVRŠINE SU VAŽNE KADA JE U PITANJU TRIBO-SANITIZER
Jedan od izazova s ​​Tribo-sanitizerom i tehnologijama koje se temelje na svjetlu općenito jest osigurati potpunu pokrivenost površina koje se dezinficiraju. Ovo je posebno važno za prehrambene proizvode s neravnim ili hrapavim površinama, gdje izravno izlaganje UVC svjetlu može biti nedovoljno. Rješavajući ovaj problem, istraživački tim predlaže uključivanje više izvora svjetlosti pod različitim kutovima ili kombiniranje Tribo-sanitizera s drugim metodama dekontaminacije.

Još jedan aspekt u razvoju je vrijeme potrebno za učinkovitu dezinfekciju. Trenutno uređaju treba oko 90 minuta da postigne 99,999% smanjenje bakterije E. coli. Međutim, to se trajanje ne smatra značajnim ograničenjem.

"Ovo bi se moglo riješiti uključivanjem drugih metoda dekontaminacije ili korištenjem višestrukih izvora svjetlosti pod različitim kutovima", rekao je koautor studije Yi-Cheng Wang, profesor sigurnosti hrane i inženjerstva, u priopćenju za javnost . “To je jedan od budućih smjerova na kojima radimo. A ako se pravilno ugradi u postojeće objekte kao što su transportne ili skladišne ​​jedinice, Tribo-sanitizer bi potencijalno mogao pružiti kontinuiranu dekontaminaciju u cijelom opskrbnom lancu bez potrebe za komercijalnom snagom.”

https://news.illinois.edu/view/6367/1666079985#image-1

Štoviše, prijenosna priroda ovog uređaja s vlastitim napajanjem olakšava neka ograničenja, osobito u prostorima s ograničenom električnom energijom.

Tribo-sanitizer koristi svoju snagu iz okolnog okoliša, transformirajući mehaničku energiju, poput pokreta ljudi i vjetra, u električnu energiju putem svog tribo-električnog generatora. Ova mogućnost iskorištavanja onoga što bi obično bila izgubljena energija jest ono zbog čega je uređaj dobio oznaku "samostalnog napajanja", prema Wangu.

U inovativnom zaokretu, dizajn uređaja uključuje zračni raspor unutar tribo-električnog izvora energije, simulirajući djelovanje munje. Ova značajka radi elektrostatskim razbijanjem molekula zraka, značajno pojačavajući izlaznu snagu Tribo-sanitizera na preko 4000 volti. Kao što je navedeno u studiji, ovo poboljšanje značajno pojačava intenzitet UVC lampe koja se koristi za dezinfekciju.
ZAŠTO JE SVJETLO ISPLATIVO RJEŠENJE ZA DEZINFEKCIJU HRANE
Najvažnija implikacija za ovaj uređaj jest njegova mogućnost korištenja u udaljenim područjima ili tamo gdje je pristup električnoj energiji ograničen. Prema Svjetskoj zdravstvenoj organizaciji , bolesti izazvane hranom pogađaju gotovo 600 milijuna ljudi godišnje, što rezultira približno 420 000 smrti. Smrtnost i ekonomski troškovi su značajni, ali pružajući učinkovit i jednostavan način za dezinfekciju hrane, Tribo-sanitizer predstavlja novi pristup ublažavanju ovih problema.

Osim toga, njegova priroda s vlastitim napajanjem olakšava globalnu dostavu, a njegova niska procijenjena cijena materijala, koja se kreće od oko 70 USD, čini Tribo-sanitizer održivom opcijom za korištenje u okruženjima s malo resursa, kao što su područja pogođena prirodnim katastrofama ili zonama sukoba, ili u zemljama u razvoju gdje su izbijanja bakterija koje se prenose hranom smrtonosna.

Tribo-sanitizer: uređaj koristi UVC svjetlo za ubijanje bakterija.

Litij-ionske baterije bi uskoro mogle biti zamijenjene novim "vodom  punjenim baterijama"

Litij-ionske baterije (LIB) odigrale su ključnu ulogu u izgradnji budućnosti koja se sve više oslanja na prijenosnu elektroniku i obnovljive izvore energije. Međutim, ograničenje snage i problemi zaštite okoliša su velika muka za tržište LIB-a.

Iako su alternative poput vodom punjivih baterija (ARB = Aqueous Rechargeable Batteries) uvijek predstavljale potencijalnu zamjenu – i to ekološki prihvatljiviju – one imaju lošu stranu: potencijalno mogu eksplodirati.

Novo istraživanje pod vodstvom dr. Si Hyoung Oha i istraživača iz Istraživačkog centra za pohranu energije Korejskog instituta za znanost i tehnologiju (KIST), možda je pomoglo u rješavanju ovog problema, razvojem nove vodom punjive baterije koja predstavlja potencijalnog kandidata za zamjenu sveprisutne litij-ionske baterije.

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S240582972300260X?via%3Dihub

Kamen temeljac ove inovacije leži u rješavanju dugotrajne sigurnosne prepreke povezane s vodenim baterijama: opasno nakupljanje vodikovog plina zbog parazitske razgradnje vode. Ovaj problem je bio značajna prepreka komercijalizaciji vodenih baterija unatoč njihovoj ekonomskoj prednosti zbog niže cijene sirovina u usporedbi s litij-ionskim baterijama.

ŠTO SU VODENE PUNJIVE BATERIJE?
Vodene punjive baterije koriste otopine na bazi vode kao elektrolite, za razliku od organskih otapala koja se koriste u tradicionalnim litij-ionskim baterijama. Ovaj izbor dizajna čini ARB-ove sigurnijima i isplativijima. Tijekom ciklusa punjenja i pražnjenja, ioni putuju između dvije elektrode – katode i anode. U cink-ionskim baterijama, tipu ARBa, metalni cink se pomiče na katodu prilikom pražnjenja i vraća se na anodu prilikom punjenja.

Ove baterije, sastavljene od katode od mangan-dioksida (MnO2) i metalne anode od cinka (Zn) u blago kiselom elektrolitu, identificirane su kao održivi kandidati za ispunjavanje rastućih zahtjeva za vrhunskim sustavima za pohranu energije, zahvaljujući svojim visokim sigurnosnim značajkama, cijeni, te učinkovitosti i ekološkoj održivosti. Međutim, značajan problem je neregulirani rast dendrita i korozija metalnih naslaga unutar baterije, što bi moglo potkopati njezinu sigurnost i performanse.

Jednostavno rečeno, dok se metali u bateriji razgrađuju, stvaraju vodik. Neka baterija radi dovoljno dugo, a kako se taj vodik nakuplja u njoj, sve će krenuti, znanstveno rečeno, "kaboom".

Prethodni napori za ublažavanje ovog problema vrtili su se oko postavljanja zaštitnih slojeva na metalnu površinu cinka ili primjene aditiva elektrolita kako bi se spriječio izravan kontakt s vodom. Unatoč tome, te su mjere ponudile samo djelomična rješenja budući da nisu riješile glavni uzrok problema – termodinamičku nestabilnost metalnog cinka u vodenoj otopini.

Međutim, tim KIST-a krenuo je s bitno drugačijim pristupom rješavanju ovog problema.

Istraživački tim KIST-a riješio je ovaj izazov razvijanjem kompozitnog katalizatora koji se sastoji od mangan dioksida i paladija. Pod normalnim okolnostima, mangan dioksid ostaje reaktivan s vodikovim plinom. Međutim, dodavanjem male količine paladija, katalizator lako apsorbira vodik, regenerirajući ga u vodu. Ovo genijalno rješenje ne samo da smanjuje unutarnji pritisak, već također sprječava gubitak elektrolita, čime se osigurava učinkovitost i sigurnost baterije. U njihovom prototipu ćelije opremljenom novim katalizatorima, unutarnji tlak ostao je znatno ispod sigurnosnog praga, pokazujući učinkovitost njihovog rješenja u stvarnim uvjetima.

DAKLE, NEMA VIŠE "KABOOM?"
Objavljen u časopisu Energy Storage Materials , ovaj razvoj označava monumentalni korak prema komercijalnoj isplativosti vodenih baterija, posebno u sustavima za pohranu energije. Bilo da se radi o bateriji pametnog telefona ili električnog vozila, učinci ovog napretka mogli bi potaknuti brzu ekspanziju na globalnom tržištu za pohranu energije, kojim trenutno dominiraju litij-ionske baterije. Izvan područja baterija, tehnologija krije potencijal za rješavanje istjecanja plinovitog vodika u raznim industrijskim postrojenjima, poput benzinskih postaja za vodik i nuklearnih elektrana, gdje takvo istjecanje predstavlja značajan sigurnosni problem.

https://www.sciencedirect.com/journal/energy-storage-materials/vol/61/suppl/C

"Ova se tehnologija odnosi na prilagođenu sigurnosnu strategiju za vodene punjive baterije, temeljenu na ugrađenom aktivnom sigurnosnom mehanizmu, putem kojeg se čimbenici rizika automatski kontroliraju", rekao je dr. Oh. "Štoviše, može se primijeniti na razne industrijske objekte u kojima je istjecanje vodika jedan od glavnih sigurnosnih problema (na primjer, benzinske postaje za vodik, nuklearne elektrane itd.) radi zaštite javne sigurnosti."

https://techxplore.com/news/2023-10-cheaper-safer-alternative-lithium-ion-batteries.html

KOJE SU RAZLIKE IZMEĐU LITIJ-IONSKIH BATERIJA I VODENIH PUNJIVIH BATERIJA?
Evo kratkog prikaza primarnih razlika između dva izvora energije:

Sigurnost: LIB-ovi su skloni toplinskom bijegu i požarima zbog zapaljivih organskih otapala, dok su ARB-i sigurniji zbog elektrolita na bazi vode, smanjujući rizik od požara i eksplozije.

Trošak: LIB-ovi imaju višu cijenu materijala i proizvodnje dok ARB-ovi koriste obilje, jeftinijih materijala, potencijalno smanjujući troškove proizvodnje.

Utjecaj na okoliš: LIB-ovi izazivaju značajnu ekološku zabrinutost zbog ekstrakcije litija i složenih procesa recikliranja. ARB-i su mnogo ekološki prihvatljiviji zbog materijala koji se lako mogu reciklirati.

Gustoća energije: LIB-ovi imaju visoku gustoću energije pogodnu za kompaktne, lagane aplikacije kao što su prijenosna računala, pa čak i Tesla. ARB-ovi tradicionalno imaju puno nižu gustoću energije, iako ovaj napredak premošćuje taj jaz.

Životni ciklus: LIB-ovi imaju dug životni ciklus, ali na njih mogu utjecati visoke temperature i prekomjerno punjenje. ARB-i imaju obećavajuću budućnost s dužim životnim ciklusom i manjom degradacijom tijekom vremena.

Istraživanje litij-ionskih baterija puno je zrelije i utemeljenije u usporedbi s vodenim baterijama. LiB dominiraju tržištem baterija; međutim, nova aktivna istraživanja i razvoj ARB-a počinju svladavati neke od izazova u ovoj novoj tehnologiji.

ZELENIJA BUDUĆNOST?
Potraga za vrhunskim baterijskim tehnologijama globalni je pothvat. Istraživači i organizacije diljem svijeta, uključujući dr. Johna Goodenougha, suizumitelja litij-ionske baterije, nastavljaju istraživati ​​alternative i poboljšanja postojećih baterijskih tehnologija. Kretanje čovječanstva prema zelenijoj budućnosti nadilazi jednostavni prelazak na novo rješenje, već korištenje zbirke višestrukih rješenja zelene energije. Bilo da se radi o solarnoj energiji, "kišnim pločama" ili čak umjetnoj fotosintezi , ekologija i okoliš planeta, kao i sve veći problem otpada, vrlo bi se lako mogli srediti mikro-rješenjima koja se protežu u poslovičnim okvirima. Ovi zajednički napori pokreću svijet prema održivijem i pouzdanijem energetskom krajoliku.

https://www.prnewswire.com/news-releases/nobel-prize-winning-inventor-of-the-lithium-ion-battery-has-his-eyes-set-on-the-next-big-breakthrough-in-energy-storage-301132645.html

Aktiviranje kemijske reakcije koja regenerira vodu između MnO2 i H2 preko Pd katalizatora omogućuje visoko sigurne vodene punjive baterije.

Solarni paneli pripazite: solarno staklo je stiglo!

U eri u kojoj obnovljivi izvori energije postaju nužni, neprestano se pojavljuju nove inovacije koje nam omogućuju učinkovitije iskorištavanje prirodnih resursa.

Jedna od tih inovacija je solarno staklo, koje tvrtke poput ClearVue PV trenutno razvijaju. Ova nova tehnologija proizvodi električnu energiju kroz staklo, potencijalno redefinirajući funkcionalnost i estetiku arhitektonskih struktura.

https://www.clearvuepv.com/products/how-it-works/

ClearVue PV, tehnološka je tvrtka sa sjedištem u Australiji, i godinama je istraživala kako bi razvila vrstu stakla koja može iskoristiti sunčevu energiju. Poput solarne ploče, ovo prozirno staklo može generirati električnu energiju. Za razliku od tradicionalnih solarnih panela koji zahtijevaju specifične položaje i ponekad mijenjaju estetiku zgrada, solarno staklo neprimjetno se ugrađuje u arhitektonske dizajne, nudeći dvostruku funkcionalnost služeći i kao prozor ili fasada i generator energije.

Tehnologija je jednostavna: solarno staklo koristi mikro i nano čestice ugrađene u staklo koje usmjeravaju sunčevu energiju prema rubovima staklene ploče. Na rubovima, tanke tradicionalne solarne PV ćelije hvataju sunčevu svjetlost i pretvaraju je u električnu energiju. Ovaj mehanizam omogućuje da staklo ostane prozirno dok iskorištava sunčevu energiju, što je značajan korak u odnosu na konvencionalne neprozirne solarne ploče.

Nedavna studija objavljena u MDPI-jevom recenziranom časopisu Technologies, fokusirana na praktične primjene ClearVue PV tehnologije solarnog stakla, te je istaknula njezine doprinose građevinskom i poljoprivrednom sektoru. Visoko prozirno solarno staklo može se pohvaliti do 70% propusnosti vidljive svjetlosti, spajajući prednosti prirodnog svjetla s proizvodnjom električne energije. Opsežno testirani u stakleniku na Sveučilištu Murdoch u Perthu, Zapadna Australija, različiti dizajni ovih solarnih prozora pokazali su potencijal izlazne snage od oko 30-33 vata po kvadratnom metru, s nekim varijacijama u performansama i dizajnu.

https://www.mdpi.com/2227-7080/11/4/95

Terenski testovi su otkrili kako ovi solarni prozori mogu generirati do 19 kWh električne energije dnevno, značajno smanjujući troškove energije za gotovo 40%, npr. u staklenicima. Ova praktična primjena ilustrira obećavajući korak prema spajanju uštede energije s održavanjem poljoprivredne produktivnosti, nagovještavajući svijetlu budućnost za takve tehnologije u smanjenju troškova energije i promicanju održivosti u urbanim i poljoprivrednim okruženjima.

Štoviše, integriranje solarnih prozora moglo bi smanjiti potrebu za tradicionalnim solarnim pločama. Konvencionalni solarni paneli zauzimaju prostor, zahtijevaju jedinstvene sustave montiranja i mogu biti trn u oku. Nasuprot tome, solarno staklo je ugrađeno rješenje koje štedi prostor, a još uvijek osigurava značajnu količinu energije. Ova značajka čini ga privlačnom alternativom tradicionalnim solarnim pločama, posebno u urbanim sredinama gdje je prostor uvijek problem. 

“Naša tehnologija predstavlja promjenu paradigme u načinu na koji će se staklo koristiti u građevinarstvu, automobilima, poljoprivredi i specijalnim proizvodima. Staklo više neće biti samo sastavni dio gradnje već i obnovljivi izvor energije,” rekao je Victor Rosenberg, izvršni predsjednik ClearVue PV.

ClearVue nije jedina tvrtka uključena u ovu tehnologiju. Kanadski Mitrex i španjolski Onyx Solar također su razvili sličnu tehnologiju, koristeći više površina, uključujući prozore i staklo, kao kolektore za solarnu energiju.

Iako je ClearVueova studija ključna, sveukupni kolektivni društveni poticaj i napor da se promijeni infrastruktura za prikupljanje obnovljive energije nužni su za rastuće potrebe za energijom. Solarni prozori, zajedno s drugom tehnologijom, kao što su kišne ploče , umjetna fotosinteza i tehnologija vodenih baterija, daju drukčije viđenje obnovljivih izvora energije. 

Tehnologija solarnog stakla proteže se izvan zgrada i staklenika, otvarajući vrata za višestruke primjene u različitim sektorima. Na primjer, automobilska bi industrija mogla uvelike profitirati od ove inovacije integracijom solarnog stakla u prozore i krovne prozore vozila, olakšavajući punjenje u pokretu i smanjujući ovisnost o vanjskoj infrastrukturi za punjenje. Osim toga, tehnologija može pronaći svoje mjesto u projektima javne infrastrukture kao što su autobusne nadstrešnice, solarne klupe ili čak zvučne barijere duž autocesta, pretvarajući inače pasivne strukture u aktivne generatore energije. Prilagodljivost solarnog stakla također obećava u području prijenosne elektronike, gdje se solarno staklo može koristiti u zaslonima uređaja kako bi se osiguralo rješenje za samopunjenje. Štoviše, privremena skloništa opremljena solarnim staklom mogu pružiti ključni izvor energije u katastrofama pogođenim ili udaljenim područjima, povećavajući otpornost i samodostatnost. Jednostavnim rječnikom rečeno, svaka staklena ploča mogla bi biti izvor čiste energije. Lakoća integracije solarnih prozora u zgrade i njegova sposobnost učinkovite proizvodnje električne energije čine ga obećavajućim rješenjem za postizanje energetske održivosti. 

ClearVuPV

Organski izrađene solarne ćelije koriste drvo za izradu ekološki prihvatljivijih solarnih panela

Istraživači sa Sveučilišta Linköping i Kraljevskog instituta za tehnologiju (KTH) upotrijebili su lignin, uobičajeni organski materijal dobiven iz drva, kako bi poboljšali stabilnost i ekološku prihvatljivost organskih solarnih ćelija.

Objavljeno u časopisu Advanced Materials, istraživački tim nastoji poboljšati razvoj organskih solarnih ćelija za korištenje u solarnim pločama. Organske solarne ćelije postale su važno područje istraživanja zbog niskih troškova proizvodnje, laganog dizajna i fleksibilnosti. Ove karakteristike omogućuju širok raspon primjena, od unutarnje uporabe do integracije s osobnim elektroničkim uređajima. U usporedbi s tradicionalnim solarnim ćelijama na bazi silicija , koje su učinkovite, ali zahtijevaju energetski intenzivne i potencijalno opasne proizvodne procese, organske solarne ćelije nude održiviju i sigurniju alternativu.

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202307646

Kako bi pronašli prikladnu alternativu siliciju, istraživači su se okrenuli Kraft Ligninu (KL), nusproizvodu industrije papira . Bogat fenolnim strukturama, KL stvara robusne vodikove veze s tradicionalnim materijalima katodnog međusloja (CIL), kao što je batokuproin (BCP). Ova sinergija između KL i BCP stvara sloj sučelja binarne katode koji ne samo da odgovara, nego u mnogim slučajevima i nadmašuje učinkovitost i stabilnost konvencionalnih CIL-ova. Jednostavno rečeno, elektroni su potrebni za prolaz između organskih materijala i katodnog sučelja - lignin može lako formirati te veze, omogućujući prijenos energije preko solarne ćelije.

"Stvorili smo materijal ili kompozit od kraft lignina koji će biti kontaktna površina s katodnim slojem", objasnio je Qilun Zhang, jedan od autora studije. “Pokazalo se kako je solarna ćelija postala mnogo stabilnija. Prednost kraft lignina je u tome što ima sposobnost stvaranja mnogih vodikovih veza, što pomaže u stabilizaciji solarne ćelije.”

https://liu.se/nyhet/tramaterial-ger-palitliga-organiska-solceller

Prema studiji, istraživači su otopili KL i BCP u otapalu kako bi formirali homogenu otopinu, koja je potom ravnomjerno nanesena na katodnu stranu solarnih ćelija. Položaj ovog binarnog sloja je ključan, budući da se nalazi između aktivnog sloja — gdje dolazi do apsorpcije svjetlosti i stvaranja para elektron-rupa — i katode. Ovakvo pozicioniranje omogućuje binarnom CIL-u da učinkovito olakša prijenos elektrona dok istovremeno štiti aktivni sloj od degradacije, čime se poboljšava ukupna izvedba i dugovječnost ćelije.

Kombinacija KL-BCP pokazala se učinkovitom i njezina prilagodljivost naglašava potencijal ovog pristupa za primjenu u širokom spektru dizajna solarnih ćelija. Nadalje, istraživači su proveli temeljitu komparativnu analizu, otkrivajući kako je binarni KL-BCP nadmašio tradicionalne CIL-ove u učinkovitosti i trajnosti pod različitim uvjetima testiranja. Ova usporedba učvršćuje superiornost pristupa temeljenog na ligninu u napredovanju tehnologije solarnih ćelija.

Organske solarne ćelije, koje se već koriste za unutarnje primjene i uređaje niske potrošnje energije poput senzora, potencijalno mogu ući na veća tržišta s ovim poboljšanjima. Cilj je povećati ovu tehnologiju za šire primjene kao što je izravna opskrba energijom, čineći cijelu solarnu ćeliju ekološki prihvatljivijom.

Iako organske solarne ćelije možda neće doseći razinu učinkovitosti svojih silicijskih analoga, njihova netoksična, održiva i jeftina priroda, čini ih vrlo privlačnima za mnoge primjene. Postizanje učinkovitosti između 15 do 20% smatra se dovoljnim za većinu namjena, prema istraživačima. Štoviše, korištenje kraft lignina u solarnim ćelijama usklađeno je s globalnim ciljevima održivosti. Kao obnovljiv i široko dostupan nusprodukt industrije papira, integracija lignina u tehnologiju solarnih ćelija ne samo da riješava problem otpada, već i smanjuje ovisnost o neobnovljivim materijalima.

"Želimo izgraditi učinkovite, pouzdane, jeftine i ekološki prihvatljive solarne ćelije", rekao je Mats Fahlman, profesor u Laboratoriju za organsku elektroniku (LOE) na Sveučilištu Linköping . "Ova nam studija omogućuje da pokažemo da je to moguće i to je prvi korak prema zamjeni današnjih materijala na bazi ulja prema alternativama na bazi drveta."

https://liu.se/nyhet/tramaterial-ger-palitliga-organiska-solceller

Kraft lignin dolazi izravno iz drvene pulpe i može se koristiti za stvaranje stabilnih solarnih ćelija zahvaljujući svojoj sposobnosti stvaranja mnogih vodikovih veza koje postaju poput ljepila.

Napomena: ubuduće ću se potruditi malo češće ubaciti ovakve "novotarije" koje poduzetniji i malo tehnički potkovaniji među vama, koji ovo čitaju, mogu iskoristiti i kao poslovnu priliku.

U zadnje vrijeme čak i The BabylonBee, satirični portal, koji je isključivo reklamirao tiskovine i filmske uratke vjerskog sadržaja - reklamira ovo: 

"FOX & Friends predstavio je revolucionarni solarni generator neposredno prije nego što je "polarni vrtlog" poslao tisuće Amerikanaca u potpuni mrak.

Skip Bedell ga je preporučio kao savršen dar za pripremu za zimske oluje.