Где-то в Финляндии почти невидимая пленка, окрашенная в блеклый фиолетовый цвет луковой шелухи, защищает солнечный элемент от того же солнца, которое питает его энергию. Это не уловка Moderna Alchemia и не лабораторная эксцентричность. Это прикладная наука, экологичность и, возможно, будущее фотоэлектрических технологий.
Внешние слои красного лука — те, которые попадают в мусорное ведро для компостирования или на дно мусорного ведра — состоят не только из целлюлозы и пигментов. Они содержат антоцианы, соединения с естественным сродством к ультрафиолетовому излучению. И именно это привлекло внимание группы европейских исследователей, решивших изменить способы защиты наших солнечных панелей.
В исследовании, опубликованном в журнале ACS Applied Optical Materials и проведенном учеными из университетов Турку и Аалто (Финляндия) совместно с Вагенингеном (Нидерланды), впервые сравнивались четыре солнцезащитных крема, изготовленных из материалов на основе биопрепаратов. Один из них, изготовленный из наноцеллюлозы, окрашенной экстрактом кожуры красного лука (Allium), превзошел даже коммерческий стандарт на основе ПЭТ-пластика. Это не метафора: он блокировал 99,9% ультрафиолетового излучения ниже 400 нанометров — показатель, который оставил позади промышленные фильтры, изготовленные из нефтепродуктов.
Растительный фильтр, пропускающий хороший свет
Но настоящим сюрпризом была не только его способность останавливать вредный свет, но и тот факт, что в то же время он пропускал более 80% видимого и инфракрасного света (от 650 до 1100 нанометров). беспрепятственно. И все это без потери эффективности в течение более 1000 часов непрерывного воздействия искусственного света, что эквивалентно целому году пребывания на центральноевропейском солнце.
Ученые не скрывают: это открытие носит не только технический, но и символический характер. В мире, насыщенном пластмассами и экологическими проблемами, превращение растительных отходов в высокотехнологичные решения имеет мощный культурный заряд. Лук, повсеместно используемый на кухне, скромный по внешнему виду, здесь становится неожиданным героем битвы против устаревания экологически чистой энергии.
«Пленка с экстрактом лука не только эффективна, но и стабильно действует с течением времени», утверждает Рустем Низамов, ведущий исследователь. Его оттенок осторожен, как и подобает тому, кто испытал свое изобретение в одной из самых неблагоприятных для материалов сред: сенсибилизированный красителем солнечный элемент (DSSC), чрезвычайно уязвимый для ультрафиолетового излучения.
От пигментов до солнечной энергии
Технология DSSC, хотя и менее известна, чем традиционный кремний, популярна в лабораториях благодаря своей эффективности в условиях низкой освещенности и своей эстетике, адаптируемой к цветам и формам. Но он также хрупок: без защиты он может начать разлагаться всего за два дня. Вот почему успех растительного фильтра не меньше. Согласно исследованию, эта защита может продлить срок службы клеток до 8500 часов по сравнению с 1500 часами, предлагаемыми эталонным коммерческим фильтром.
Другие протестированные материалы — лигнин, темный и прочный природный полимер, и железо (III), известное своими свойствами поглощения ультрафиолета — дали приемлемые результаты в краткосрочной перспективе, но со временем пошатнулись. Железо, например, показало хороший начальный коэффициент пропускания, который снизился при ускоренном старении. Лигнин, со своей стороны, хотя и эффективен против ультрафиолетовых лучей, окрашивает фильтры в непрозрачный коричневый цвет, который препятствует прохождению видимого света. А без видимого света нет электричества.
Ключ в прозрачности. Защищать — да, но не блокировать то, что дает энергию. Именно здесь экстракт лука имеет решающее значение. Он не только поглощает ультрафиолет, но и делает это, не мешая прохождению полезного света. Своего рода невидимый щит, который заботится о клетке, не прося ничего взамен.
Процесс изготовления несложный: кожуру лука варят в слабокислой воде для извлечения ее пигментов, богатых антоцианами. Затем эти пигменты вводятся в наноцеллюлозные пленки — микроскопическую сеть растительных волокон, полученных из древесины березы, — которые впитывают краситель, как губка. В результате получается гибкая, биоразлагаемая пленка с удивительными оптическими свойствами.
Последствия этой работы выходят за рамки домашних солнечных батарей. По мнению авторов, эти пленки также могут быть применены в новых технологиях, таких как перовскитные клетки, или в биоразлагаемых электронных устройствах. Их можно даже интегрировать в интеллектуальную упаковку для пищевых продуктов, где датчики, работающие от мини-солнечных батарей, обнаруживают загрязнение и колебания температуры
Это открытие выходит за рамки науки и ставит на повестку дня более важный вопрос: в какой степени решение наших технологических проблем заключается в восстановлении забытых знаний? Идея использования растительных красителей для защиты от солнца не нова. От тканей, окрашенных индиго, в Древнем Египте до зонтиков из вощеной бумаги Moderna в Японии, многие культуры знали, как использовать природные ресурсы для создания защиты от солнца еще до появления современной химии.
Что сейчас меняется, так это язык и масштаб. Ученые извлекают пигменты не раствором и вручную, а с помощью ультразвука и фильтрации. Целлюлозные волокна не сплетаются, они диспергируются на наноуровне. Но жест тот же, поскольку он заключается в том, чтобы смотреть на природу не как на пассивный резерв ресурсов, а как на активный источник решений.
В конце концов, это исследование предлагает не только техническое усовершенствование, но и изменение перспективы. Столкнувшись с бесконечными обещаниями пластика, который на протяжении десятилетий продавал нам долговечность без каких-либо последствий, современная наука ищет материалы, которые будут хорошо работать и исчезать без шума. Как и кожица лука, она выполняет свою миссию и элегантно растворяется.
