За последние годы использование солнечной энергии достигло больших успехов. Цены на панели резко упали, а общий мировой рынок солнечной энергетики за последнее десятилетие ежегодно рос примерно на 24 процента.
Несмотря на активное противодействие со стороны недавней администрации Трампа, рост еще не закончился. Ассоциация солнечной энергетики (США) прогнозирует, что к 2028 году мировой рынок солнечной энергетики утроится. По крайней мере часть ожидаемого роста будет обусловлена расширенной разработкой нового поколения солнечных элементов, изготовленных из материала перовскита (минерала оксида кальция и титана), которые более энергоэффективны, чем их предшественники на основе кремния.
Но есть проблема. Эти желанные перовскитные элементы особенно трудно перерабатывать. Это может создать дополнительные экологические проблемы.
Исследователи из Университета Линчёпинга в Швеции полагают, что нашли решение. Используя новую технологию переработки, исследователям удалось полностью разложить перовскитный солнечный элемент, используя только водный растворитель. Когда они использовали этот переработанный материал для создания совершенно нового солнечного элемента, они обнаружили, что он сохранил ту же эффективность, что и первый. Теоретически этот процесс можно масштабировать, чтобы создать полностью перерабатываемые, энергоэффективные солнечные элементы, для разложения которых не требуются экологически вредные химические вещества. Многократное использование солнечных элементов может способствовать снижению цен на солнечную энергию в долгосрочной перспективе.
Исследователи заменили токсичный химический процесс водой
Солнечные панели на основе перовскита относятся к семейству элементов, которые ценятся за высокую способность сохранять энергию и низкую себестоимость производства. Эти элементы способны преобразовывать 25 процентов солнечной энергии в электричество по сравнению с 15–20 процентами для большинства традиционных элементов на основе кремния. Стандартный подход к демонтажу перовскитных солнечных панелей предполагает их замачивание в диметилформамиде — химическом веществе, которое обычно содержится в разбавителях для красок. Такой подход не идеален, поскольку приводит к выбросу в окружающую среду потенциально опасных химических веществ.
«При разработке новых технологий солнечных элементов нам необходимо учитывать возможность переработки. Если мы не знаем, как их перерабатывать, возможно, нам вообще не следует выставлять их на рынок», — сказал профессор Фэн Гао из Университета Линчёпинга.
Исследователи пошли по другому пути и решили создать нетоксичный растворитель на водной основе, в состав которого входят добавки ацетата натрия, йодида натрия и фосфорноватистой кислоты. Ацетат натрия был введен для того, чтобы помочь разрушить отдельные материалы солнечного элемента. Наоборот, йодид натрия был добавлен для того, чтобы помочь реформировать отделенные кристаллы перовскита, чтобы их можно было повторно использовать для создания нового солнечного элемента. В состав была включена гипофосфористая кислота, чтобы обеспечить стабильность раствора с течением времени. Чтобы еще больше облегчить процесс демонтажа, исследователи нагревали воду до 80 градусов по Цельсию в течение 20 минут, прежде чем погрузить в нее ячейку. Затем вновь переработанные кристаллы перовскита и оставшуюся жидкость разделяли в центрифуге, вращавшейся со скоростью 5000 об/мин в течение трех минут.
Пока не ясно, как этот подход к переработке на основе воды будет работать при масштабировании до крупных промышленных масштабов, но водный метод дает возможность сделать будущую инфраструктуру возобновляемой энергии более устойчивой. Результаты получены в решающий момент. Из-за растущего мирового спроса на электроэнергию, обусловленного огромными, потребляющими много энергии центрами обработки данных на базе искусственного интеллекта, миру необходимо будет найти способ быстрой генерации новой энергии.