Tämä tieteellinen löytö muuttaa tavalliset kasvijätteet avaimeksi tulevaisuuden aurinkopaneelien suojaamiseen.
Sisällysluettelo
Jossain Suomessa lähes näkymätön kalvo, joka on värjätty sipulinkuoren haalistuneeseen violettiin väriin, suojaa aurinkokennoa juuri siltä auringolta, joka sitä ruokkii. Kyseessä ei ole modernin alkemian temppu tai laboratorion outo keksintö. Kyseessä on soveltava tiede, kestävä kehitys ja mahdollisesti fotosähköteknologian tulevaisuus.
Punaisen sipulin ulkokerrokset, jotka päätyvät kompostiin tai roskalaatikon pohjalle, eivät koostu pelkästään selluloosasta ja pigmenteistä. Ne sisältävät antosyaaneja – yhdisteitä, jotka ovat luonnostaan herkkiä ultraviolettisäteilylle. Juuri tämä herätti eurooppalaisten tutkijoiden huomion, jotka päättivät muuttaa lähestymistapaansa aurinkopaneelien suojaamiseen.
Turun ja Aalto-yliopistojen (Suomi) tutkijat yhdessä Wageningenin yliopiston (Alankomaat) tutkijoiden kanssa julkaisivat ACS Applied Optical Materials -lehdessä tutkimuksen, jossa verrattiin ensimmäistä kertaa neljää biomateriaaleista valmistettua aurinkovoidetta. Yksi niistä, joka on valmistettu nanokuitupaperista, joka on värjätty punasipulin (Allium cepa) kuoren uutteella, ylitti jopa kaupallisen standardin, joka perustuu PET-muoviin. Eikä tämä ole metafora: se esti 99,9 % ultraviolettisäteilystä, jonka aallonpituus oli alle 400 nanometriä, mikä jättää teolliset öljytuotteista valmistetut suodattimet kauas taakse.
Kasvisuodatin, joka päästää läpi hyvän valon
Mutta todellinen yllätys oli paitsi sen kyky estää haitallista valoa, myös se, että se päästi samalla esteettä läpi yli 80 % näkyvästä ja infrapunasäteilystä (650–1100 nanometriä). Ja kaikki tämä ilman tehokkuuden menetystä yli 1000 tunnin jatkuvan keinovalon altistuksen aikana – mikä vastaa koko vuotta Keski-Euroopan auringon alla.
Tutkijat eivät peittele: tämä löytö ei ole vain tekninen, se on symbolinen. Maailmassa, joka on ylikyllästetty muovilla ja ekologisilla katastrofeilla, kasvijätteiden kierrättäminen korkean teknologian ratkaisuiksi on kulttuurisesti erittäin merkittävää. Keittiössä yleisesti käytetty ja ulkonäöltään huomaamaton sipuli nousee tässä yhteydessä yllättäväksi sankariksi taistelussa puhtaan energian vanhentumista vastaan.
”Sipuliuutetta sisältävä kalvo on paitsi tehokas, myös pysyy vakaana ajan mittaan”, väittää tutkimuksen johtaja Rustem Nizamov useissa lehdistötiedotteissa julkaistuissa lausunnoissa. Hänen sävy on varovainen, kuten sopii henkilölle, joka on testannut keksintöään yhdessä materiaaleille aggressiivisimmista ympäristöistä: väriaineella herkistetyssä aurinkokennossa (DSSC), joka on erittäin herkkä ultraviolettisäteilylle.
Pigmenteistä aurinkoenergiaan
DSSC-tekniikka on vähemmän tunnettu kuin perinteinen pii, mutta se on suosittu laboratorioissa, koska se on tehokas heikossa valaistuksessa ja ulkonäöltään joustava, mukaan lukien värin ja muodon muutokset. Se on kuitenkin myös hauras: ilman suojaa se voi alkaa hajota jo kahdessa päivässä. Siksi kasviperäisen suodattimen menestys ei ole vähäpätöinen. Tutkimuksen mukaan tällainen suojaus voi pidentää kennojen käyttöikää 8500 tuntiin verrattuna 1500 tuntiin, jonka tarjoaa vertailukohteena oleva kaupallinen suodatin.
Muut testatut materiaalit – ligniini, tumma kestävä luonnollinen polymeeri, ja rauta (III), joka tunnetaan UV-säteilyn absorboivista ominaisuuksistaan – antoivat hyväksyttäviä tuloksia lyhyellä aikavälillä, mutta niiden tehokkuus heikkeni ajan myötä. Esimerkiksi rauta osoitti hyvää alkuperäistä valonläpäisykykyä, joka heikkeni nopeutetun vanhenemisen myötä. Ligniini puolestaan on tehokas UV-säteilyä vastaan, mutta se värjää suodattimet himmeän ruskeaksi ja estää näkyvän valon. Ilman näkyvää valoa ei ole sähköä.
Tärkeintä on läpinäkyvyys. Suojaus on tärkeää, mutta ilman energianlähteen estämistä. Juuri tässä sipuliuute on ratkaisevassa roolissa. Se ei vain absorboi ultraviolettisäteilyä, vaan tekee sen estämättä hyödyllisen valon läpäisyä. Se on eräänlainen näkymätön kilpi, joka suojaa solua vaatimatta mitään vastineeksi.
Valmistusprosessi on yksinkertainen: sipulinkuori keitetään hieman happamassa vedessä antosyaaneja sisältävien pigmenttien uuttamiseksi. Sitten nämä pigmentit lisätään nanokuitukalvoihin – mikroskooppiseen verkostoon kasviskuituja, jotka on saatu koivun puusta – jotka imevät väriaineen kuin sieni . Tuloksena on joustava, biohajoava kalvo, jolla on hämmästyttävät optiset ominaisuudet.
Tämän työn merkitys ulottuu kotitalouksien aurinkopaneelien ulkopuolelle. Tekijöiden mukaan näitä kalvoja voidaan käyttää uusissa teknologioissa, kuten perovskite-elementteissä tai biohajoavissa elektronisissa laitteissa. Ne voidaan jopa integroida älykkäisiin elintarvikepakkauksiin, joissa miniaurinkopaneeleilla toimivat anturit voivat havaita epäpuhtaudet tai lämpötilan vaihtelut. Koko maailma sovelluksia, joissa luonnollisuus ei ole ristiriidassa toiminnallisuuden kanssa.
Tieteen lisäksi tämä löytö herättää tärkeämmän kysymyksen: missä määrin teknologisten ongelmiemme ratkaisu piilee unohdettujen tietojen palauttamisessa? Ajatus kasviväriaineiden käytöstä auringonsuojana ei ole uusi. Indigolla värjättyistä kankaista muinaisessa Egyptissä vahapaperisateenvarjoihin Japanissa – monet kulttuurit tiesivät, miten luonnonvaroja voidaan käyttää auringonsuojatuotteiden valmistamiseen jo ennen modernin kemian syntyä.
Nyt kieli ja mittakaava ovat muuttumassa. Tutkijat eivät enää uuta pigmenttejä survin ja survimella, vaan ultraäänellä ja suodattamalla. Selluloosakuituja ei kudota, vaan ne hajotetaan nanometrin tasolla. Mutta ydin pysyy samana: luontoa ei pidetä passiivina resurssien varastona, vaan aktiivisena ratkaisujen lähteenä.
Lopulta tämä tutkimus tarjoaa paitsi teknistä parannusta myös näkökulman muutoksen. Kohtaessaan muovin loputtomat lupaukset, jotka ovat vuosikymmenien ajan tarjonneet meille kestävyyttä ilman seurauksia, nykyaikainen tiede etsii materiaaleja, jotka toimivat hyvin ja häviävät äänettömästi. Kuten sipulinkuori, joka täyttää tarkoituksensa ja liukenee helposti.
