Tämä tieteellinen löytö muuttaa tavallisen kasvijätteen avaintekijäksi tulevaisuuden aurinkokennojen suojauksessa.
Sisällysluettelo
Jossain Suomessa lähes näkymätön, sipulinkuoren haalistuneella violetilla värjätty kalvo suojaa aurinkokennosta samaa aurinkoa, joka tuottaa sen energian. Kyseessä ei ole modernin alkemian temppu tai laboratorion eksentrisyys. Se on soveltavaa tiedettä, kestävyyttä ja ehkä aurinkoteknologian tulevaisuus.
Punaisen sipulin ulkokerrokset, jotka päätyvät kompostikoriin tai roskakoriin, eivät koostu pelkästään selluloosasta ja pigmenteistä. Ne sisältävät antosyaaneja, yhdisteitä, joilla on luonnollinen affiniteetti ultraviolettivaloon. Juuri tämä on herättänyt eurooppalaisten tutkijoiden huomion, jotka ovat päättäneet muuttaa tapaa, jolla suojaamme aurinkopaneeleitamme.
Tutkimus, joka julkaistiin ACS Applied Optical Materials -lehdessä ja jota johtivat tutkijat Turun ja Aallon yliopistoista (Suomi) sekä Wageningenin yliopistosta (Alankomaat), on ensimmäistä kertaa verrannut neljää aurinkosuodatinta, jotka on valmistettu biopohjaisista materiaaleista. Yksi niistä, joka on valmistettu nanokuitumateriaalista, joka on värjätty punasipulin kuoresta (Allium cepa) otetulla uutteella, ylitti jopa kaupallisen standardin, joka perustuu PET-muoviin. Tämä ei ole metafora: se esti 99,9 % alle 400 nanometrin ultraviolettisäteilystä, mikä on selvästi enemmän kuin teollisissa suodattimissa, jotka on valmistettu öljyjohdannaisista.
Kasvisuodatin, joka päästää hyvän valon läpi
Mutta todellinen yllätys ei ollut vain sen kyky estää haitallista valoa, vaan se, että samalla se päästi yli 80 % näkyvästä ja infrapunasäteilystä (650–1100 nanometriä) esteettä. Ja kaikki tämä ilman tehon menetystä yli 1000 tunnin jatkuvan keinovalolle altistumisen jälkeen, mikä vastaa koko vuotta Keski-Euroopan auringossa.
Tutkijat eivät peittele: tämä löytö ei ole vain tekninen, vaan myös symbolinen. Maailmassa, joka on täynnä muovia ja ympäristöongelmia, kasvien jätteiden muuntaminen korkean teknologian ratkaisuiksi on kulttuurisesti merkittävää. Keittiössä kaikkialla läsnä oleva, ulkonäöltään vaatimaton sipuli muuttuu tässä yllättäväksi sankariksi taistelussa puhtaan energian vanhentumista vastaan.
”Sipuliuutetta sisältävä kalvo on paitsi tehokas, myös pitkäikäinen”, toteaa tutkimuksen pää tutkija Rustem Nizamov useissa lehdistötiedotteissa. Hänen sävyään on varovainen, kuten sopii henkilölle, joka on testannut keksintöään materiaalille erittäin vihamielisessä ympäristössä: väriaineilla herkistetyssä aurinkokennossa (DSSC), joka on erittäin herkkä ultraviolettivalolle.
Kuvassa ohut, punasipulin kuoresta uutetulla väriaineella värjätty kalvo lepää väriaineilla herkistetyllä aurinkokennolla, kuten kokeessa käytettiin. Kuva: Väinö Anttalainen
Pigmenteistä aurinkovoimaan
DSSC-tekniikka on vähemmän tunnettu kuin perinteinen pii, mutta se on suosittu laboratorioissa, koska se on tehokas hämärässä ja sen ulkonäköä voidaan muokata värien ja muotojen mukaan. Se on kuitenkin myös hauras: ilman suojaa se voi alkaa hajota jo kahdessa päivässä. Siksi kasvisuodattimen menestys on merkittävä. Tutkimuksen mukaan tämä suojaus voisi pidentää solujen käyttöikää 8500 tuntiin verrattuna kaupallisen vertailusuodattimen 1500 tuntiin.
Muut testatut materiaalit – ligniini, tumma ja kestävä luonnollinen polymeeri, sekä rauta (III), joka tunnetaan UV-absorptio-ominaisuuksistaan – antoivat hyväksyttäviä tuloksia lyhyellä aikavälillä, mutta heikkenivät ajan myötä. Esimerkiksi rauta osoitti aluksi hyvää läpäisykykyä, mutta se heikkeni nopeutetun vanhenemisen myötä. Ligniini puolestaan on tehokas UV-säteilyä vastaan, mutta se värjää suodattimet läpinäkymättömän ruskeaksi, mikä estää näkyvän valon läpäisyn. Ja ilman näkyvää valoa ei ole sähköä.
Avain on läpinäkyvyys. Suojaa kyllä, mutta älä estä energian lähdettä. Tässä sipuliuute tekee eron. Se ei vain absorboi ultraviolettisäteilyä, vaan tekee sen häiritsemättä hyödyllisen valon läpäisyä. Se on eräänlainen näkymätön kilpi, joka suojaa solua pyytämättä mitään vastineeksi.
Valmistusprosessi ei ole monimutkainen: sipulinkuoret keitetään lievästi happamassa vedessä, jotta niiden antosyaaneja sisältävät pigmentit saadaan uuttumaan. Sitten nämä pigmentit lisätään nanokuitukalvoihin – mikroskooppiseen kasviskuituverkostoon, joka on peräisin koivun puusta – jotka imevät väriaineen kuin sieni. Tuloksena on joustava, biohajoava kalvo, jolla on yllättäviä optisia ominaisuuksia.
Tämän työn merkitys ulottuu kotitalouksien aurinkopaneeleita pidemmälle. Tekijöiden mukaan näitä kalvoja voitaisiin soveltaa myös uusissa teknologioissa, kuten perovskite-soluissa tai biohajoavissa elektronisissa laitteissa. Ne voitaisiin jopa integroida älykkäisiin elintarvikepakkauksiin, joissa mini-aurinkopaneeleilla toimivat anturit havaitsevat saastumisen tai lämpötilan muutokset. Luonnollinen ja toiminnallinen sopivat yhteen lukemattomissa sovelluksissa.
Tieteen lisäksi tämä löytö herättää suuremman kysymyksen: missä määrin ratkaisu teknologisiin ongelmiimme on unohdetun tietämyksen palauttaminen? Ajatus kasviväriaineiden käytöstä auringolta suojautumiseen ei ole uusi. Indigolla värjättyjen kankaiden käytöstä muinaisessa Egyptissä vahattujen paperisateenvarjojen käyttöön Japanissa – monet kulttuurit osasivat hyödyntää luonnon resursseja auringonsuojan luomiseen jo ennen modernin kemian syntyä.
Nyt on muuttunut vain kieli ja mittakaava. Tutkijat eivät uuta pigmenttejä morttelilla ja käsin, vaan ultraäänellä ja suodattamalla. Selluloosakuituja ei kudota, vaan ne hajotetaan nanometrin tasolle. Mutta toimintatapa on sama, sillä se koostuu luonnon tarkastelusta ei passiivisen resurssivarannon vaan aktiivisen ratkaisujen lähteenä.
Lopulta tämä tutkimus ei tarjoa vain teknistä parannusta, vaan myös näkökulman muutoksen. Muovin loputtoman lupauksen edessä, joka vuosikymmenien ajan myi meille kestävyyttä ilman seurauksia, nykyinen tiede etsii materiaaleja, jotka toimivat hyvin ja katoavat hiljaa. Kuten sipulin kuori, joka täyttää tehtävänsä ja liukenee tyylikkäästi.
