Kažkur Suomijoje beveik nematoma plėvelė, nusidažiusi išblukusia violetinė svogūnų odelės spalva, saugo saulės elementą nuo pačios saulės, kuri jam tiekia energiją. Tai nėra šiuolaikinės alchemijos triukas ar laboratorijos ekscentriškumas. Tai taikomoji mokslo sritis, tvarumas ir, galbūt, fotovoltinės technologijos ateitis.
Raudonojo svogūno išoriniai sluoksniai, kurie galiausiai atsiduria komposto dėžėje arba šiukšlių dėžės dugne, yra sudaryti ne tik iš celiuliozės ir pigmentų. Juose yra antocianinų – junginių, kurie natūraliai traukia ultravioletinę šviesą. Būtent tai ir patraukė Europos mokslininkų, pasiryžusių pakeisti saulės baterijų apsaugos būdus, dėmesį.
Tyrimas, paskelbtas ACS Applied Optical Materials ir vadovaujamas Turku ir Aalto (Suomija) universitetų bei Wageningeno (Nyderlandai) universiteto mokslininkų, pirmą kartą palygino keturis saulės filtrus, pagamintus iš biologiškai pagrįstų medžiagų. Vienas iš jų, pagamintas iš nanoceliuliozės, dažytos raudonojo svogūno odos ekstraktu (Allium cepa), netgi pranoko komercinį standartą, pagrįstą PET plastiku. Tai nėra metafora: jis blokavo 99,9 % ultravioletinių spindulių, kurių bangos ilgis mažesnis nei 400 nanometrų, o tai yra rodiklis, kuris gerokai pranoko pramoninius filtrus, pagamintus iš naftos produktų.
Augalinis filtras, kuris praleidžia gerą šviesą
Tačiau tikrasis siurprizas buvo ne tik jo gebėjimas blokuoti žalingą šviesą, bet ir tai, kad tuo pačiu metu jis praleido daugiau nei 80 % matomos ir infraraudonosios šviesos (nuo 650 iki 1100 nanometrų). Ir visa tai be efektyvumo praradimo per daugiau nei 1000 valandų nepertraukiamo dirbtinės šviesos poveikio, kas prilygsta visam metui po Vidurio Europos saule.
Mokslininkai to neslepia: šis atradimas yra ne tik techninis, bet ir simbolinis. Pasaulyje, kuriame gausu plastiko ir aplinkos problemų, augalų atliekų pavertimas aukštųjų technologijų sprendimais turi didelę kultūrinę reikšmę. Vienodai paplitęs virtuvėje ir kuklus išvaizdos svogūnas tampa netikėtu herojumi kovoje su švarios energijos senėjimu.
„Plėvelė su svogūnų ekstraktu yra ne tik veiksminga, bet ir išlieka stabili laikui bėgant“, – teigia Rustem Nizamov, pagrindinis tyrimo mokslininkas, keliuose spaudos pranešimuose. Jo tonas yra atsargus, kaip ir dera žmogui, kuris išbandė savo išradimą vienoje iš medžiagoms labiausiai nepalankių aplinkų: dažais jautriose saulės baterijose (DSSC), kurios yra ypač jautrios ultravioletinei šviesai.
Nuotraukoje plonas lapas, dažytas raudonojo svogūno odos ekstraktu, guli ant dažais jautrių saulės elementų, naudotų eksperimente. Nuotrauka: Väinö Anttalainen
Nuo pigmentų iki saulės energijos
DSSC technologija, nors ir mažiau žinoma nei tradicinis silicis, yra populiari laboratorijose dėl savo efektyvumo esant silpnam apšvietimui ir pritaikomos estetikos spalvų ir formų atžvilgiu. Tačiau ji taip pat yra trapi: be apsaugos ji gali pradėti irti vos per dvi dienas. Todėl augalų filtro sėkmė yra ne mažas pasiekimas. Remiantis tyrimu, ši apsauga galėtų pratęsti elementų tarnavimo laiką iki 8500 valandų, palyginti su 1500 valandų, kurias siūlo komercinis etaloninis filtras.Kitos išbandytos medžiagos – ligninas, tamsus ir tvirtas natūralus polimeras, ir geležis (III), žinoma dėl savo UV spindulių absorbcijos savybių, trumpalaikiu laikotarpiu davė priimtinus rezultatus, tačiau laikui bėgant jų veiksmingumas sumažėjo.
Pavyzdžiui, geležis iš pradžių parodė gerą pralaidumą, kuris sumažėjo dėl pagreitinto senėjimo. Kita vertus, ligninas, nors ir veiksmingas prieš UV spindulius, nudažo filtrus nepermatoma ruda spalva, kuri blokuoja matomą šviesą. O be matomos šviesos nėra elektros.
Svarbiausia yra skaidrumas. Apsauga, taip, bet be energijos šaltinio blokavimo. Čia svogūnų ekstraktas daro skirtumą. Jis ne tik sugeria ultravioletinius spindulius, bet ir nesudaro kliūčių naudingai šviesai. Tai tarsi nematomas skydas, kuris apsaugo ląstelę, nieko neprašydamas mainais.
Gamybos procesas nėra sudėtingas: svogūnų žievelės virinamos šiek tiek rūgščiame vandenyje, kad būtų išgauti pigmentai, turintys daug antocianinų. Tada šie pigmentai įdedami į nanoceliuliozės plėveles – mikroskopinę augalinių pluoštų, gautų iš beržo medienos, tinklą, kuris sugeria dažus kaip kempinė. Rezultatas – lanksti, biologiškai skaidoma plėvelė su stebinančiomis optinėmis savybėmis.
Šio darbo reikšmė neapsiriboja namų saulės baterijomis. Autorių teigimu, šios plėvelės taip pat galėtų būti naudojamos naujose technologijose, pavyzdžiui, perovskito ląstelėse ar biologiškai skaidžiuose elektroniniuose prietaisuose. Jos netgi galėtų būti integruotos į pažangias maisto pakuotes, kuriose mini saulės baterijomis maitinami jutikliai aptiktų užteršimą ar temperatūros svyravimus. Tai – daugybė pritaikymų, kur natūralumas neprieštarauja funkcionalumui.
Be mokslo, šis atradimas kelia didesnį klausimą: kokiu mastu mūsų technologinių problemų sprendimas glūdi pamirštų žinių atgaivinime? Idėja naudoti augalinius dažus apsaugai nuo saulės nėra nauja. Nuo indigo dažytų audinių senovės Egipte iki vaškuotų popierinių skėčių Japonijoje – daugelis kultūrų žinojo, kaip naudoti gamtos išteklius saulės apsaugai, dar prieš atsiradant šiuolaikinei chemijai.
Dabar pasikeitė tik kalba ir mastas. Mokslininkai pigmentus išgauna ne rankomis, naudodami piestą ir grūstuvą, o ultragarsu ir filtravimu. Celiuliozės pluoštai nėra austi, o išsklaidomi nanometriniu lygiu. Tačiau gestas yra tas pats, nes jis reiškia žvelgti į gamtą ne kaip į pasyvų išteklių rezervą, o kaip į aktyvų sprendimų šaltinį.
Galų gale, šis tyrimas siūlo ne tik techninį patobulinimą, bet ir perspektyvos pakeitimą. Susidūrusi su begaline plastiko perspektyva, kuris dešimtmečius mums pardavinėjo ilgaamžiškumą be pasekmių, šiandienos mokslas ieško medžiagų, kurios gerai veikia ir išnyksta be pėdsakų. Kaip svogūno odelė, kuri įvykdo savo misiją ir elegantiškai ištirpsta.
