Cientistas de materiais dizem que pegaram resíduos tóxicos de quase 300 anos – um estoque de balas esféricas de chumbo dos séculos 16 e 17, contaminadas com resíduos de carbono, impurezas metálicas e a pátina fosca da oxidação – e os transformaram em um componente crítico para painéis solares.
E não qualquer painel photo voltaic, mas perovskita painéis solares: uma das formas de energia photo voltaic mais econômicas e energeticamente eficientes no mercado atualmente.
Pesquisadores do Centro de Pesquisa Jülich da Alemanha, em Erlangen, disseram que sua nova técnica “atualiza” balas de chumbo altamente contaminadas em iodeto de chumbo de alta pureza e grau comercial, um composto necessário em massa para fabricar o melhor dessas células solares de perovskita. Os resultados da equipe produziram painéis solares capazes de converter a luz photo voltaic em eletricidade com uma eficiência competitiva de 21%. Para contextocélulas solares de perovskita de primeira linha feitas com ingredientes iniciais mais puros atualmente coletam energia com eficiência um pouco acima de 27%.
“As células solares de perovskita dependem de iodeto de chumbo de alta pureza”, disse o físico e coautor do estudo Ian Marius Peters, em um comunicado. postar no LinkedIn compartilhando o estudo“mas o chumbo é tóxico e exige muitos recursos para minerar e refinar”.
“Já existem milhões de toneladas de chumbo em fluxos de resíduos que permanecem subutilizados”, acrescentou Peters. “Este trabalho mostra que os resíduos tóxicos podem se tornar um recurso para energia limpa.”
Obtenha a liderança
Peters e seus colegas selecionaram esta pilha de munições devastadas pelo tempo, provenientes de mosquetes e arcabuzes da period renascentista, principalmente como uma prova de conceito para seu novo método. De acordo com seu novo estudo, publicado em março deste ano, na revista Cell Studies Bodily Science, eles compraram os “fragmentos de bala de mosquete” (como você provavelmente faria) de alguém no eBay. As balas, escreveram eles, foram escolhidas intencionalmente como “um modelo de matéria-prima excepcionalmente desafiador” para a fabricação de iodeto de chumbo de alta pureza. Em outras palavras, eles fizeram isso expressamente para provar que seu processo funcionaria mesmo com chumbo velho e muito sujo, cheio de impurezas químicas.
Seu método de upcycling tem duas etapas essenciais. Primeiro, dois eletrodos feitos de balas de chumbo fundidas e remodeladas foram mergulhados em uma mistura de solvente de acetonitrila e iodo dissolvido com uma corrente elétrica percorrendo esse banho líquido. O processo, segundo a equipe, produziu iodeto de chumbo com pureza notavelmente alta. A equipe também observou que este novo método também trazia benefícios ecológicos, limitando o uso de produtos químicos e produzindo menos águas residuais contaminadas com chumbo.
Na segunda etapa, esse pó de iodeto de chumbo amarelo mostarda e altamente puro foi então usado para cultivar cristais de perovskita por meio de um técnica conhecida como cristalização de temperatura inversa – que usa calor, em vez de frio, para induzir a formação correta de moléculas e formas cristalinas.
De acordo com Peters, este método de refinamento de baixo custo produziu células solares de perovskita que eram “estatisticamente indistinguíveis de dispositivos feitos com precursores comerciais de 5N”. (5N aqui é o jargão da indústria para um materials com 99,999% de pureza. Se você pode acreditar, e admito que estou tendo problemas, 5N é curto para “cinco noves”.)
Fechando o ciclo
Os investigadores afirmaram que prosseguiram este projecto como um meio de capturar os “estimados 30% a 40% dos resíduos de chumbo” que são efectivamente abandonados no last do seu ciclo de vida industrial. Seria necessário um sistema inteiramente novo, semelhante à reciclagem eficiente de baterias de chumbo-ácido para automóveis, para ajudar a impulsionar a produção de células solares de perovskita (PSCs).
“A obtenção sustentável de leads é elementary para o dimensionamento dos PSCs”, escreveram os autores.
PAs erovskitas são uma ampla categoria de células solares – e não precisam necessariamente de chumbo em sua estrutura cristalina para funcionar – mas foram essas versões baseadas em chumbo que provaram ser as mais eficientes na conversão da luz photo voltaic em eletricidade.
“Consistentemente, ao longo do tempo, o desempenho dos dispositivos baseados em chumbo continua a melhorar”, disse Tonio Buonassisi, diretor do Laboratório de Pesquisa Fotovoltaica do MIT. contado MIT Information em 2022, “nenhuma das outras composições chegou perto em termos de efficiency eletrônica”.
De acordo com Buonassisi, as células solares de perovskitas de haleto de chumbo têm sido o foco principal dos pesquisadores de perovskita há mais de uma década. Entre os muitos benefícios do materials em relação aos painéis solares tradicionais à base de silício, as perovskitas podem ser facilmente tecidas em células solares semelhantes a tecido, feitas de materiais poliméricos incrivelmente leves e flexíveis. As perovskitas também podem ser misturadas para produzir painéis solares híbridos de perovskita e silício, onde alcançou eficiências impressionantes de 36%, maiores do que qualquer um deles isoladamente.
“Você pode misturar e combinar átomos e moléculas na estrutura”, observou Buonassisi. “As perovskitas são altamente ajustáveis, como uma estrutura cristalina do tipo construa sua própria aventura.”
