středa 20. února 2013

Ach ta energie! část šestá

Zkoumáme a vyvíjíme

Univerzitní laboratoře - zde se v současnosti hledají cesty jak nově, efektivněji, ekologicky, využít různé zdroje energie… a zdá se, že dokonce každá prestižní technická universita chce mít svůj vlastní originální solární článek, vyvinutý svými pracovníky.

Už v Gulliverových cestách…
Jonathan Swift měl neuvěřitelnou fantazii a asi ani netušil, když nechal vědce z Lagadské velké akademie zabývat se velmi pošetilými věcmi, že dnes se jejich podivínské experimenty až tak legrační nezdají. Nevěříte? Například jeden vynálezce se zabýval následující činností, kterou Swift popisuje očima Gullivera takto:

…Obíral se už osm let s vynálezem, jak vyloučit z okurek sluneční paprsky, které by se pak vpravily do neprodyšně zapečetěných lahví a za drsného a nevlídného léta vypouštěly, aby zahřívaly vzduch. Řekl mi, že za dalších osm let bude bezpochyby moci zásobovat guvernérovy zahrady laciným slunečním světlem…

Je to humorné, ale nevidíte v tom paralelu dnešních výzkumů solárních baterií a článků?
Tým Wayneho Campbella z University’s Nanomaterials Research Centre na Massey university na Novém Zélandu vytvořil novou variantu způsobu přeměny sluneční energie v elektrickou - články nazvali "dye-sensitised solar cells" - barvocitlivé.
Nechali se inspirovat rostlinami - jejich chlorofylem a organickými barvivy vůbec.
Proč si vybrali zelené barvilo? Je to logické, chlorofyly se vyskytují v rostlinách v chloroplastech ve formě chlorofyl-proteinových komplexů a je o nich známé, že patří k fotosyntetickým pigmentům (s fykobiliny a karotenoidy), takže důvod už je jasný.
Až na výjimky, jako jsou takové organismy jako třeba chemolithotrofní bakterie, tak téměř všechny ostatní formy života využívají v metabolických procesech chemickou energii, která byla původně přeměněna z energie světelného záření zelenými rostlinami v procesu fotosyntézy. Chlorofyly se tímto stávají jednou z klíčových molekul podporujících existenci života na Zemi a možná budou hrát i velkou roli v energetice. Sluneční paprsky jsou v nových solárních článcích pohlcovány organickými barvivy, které jsou svým složením velmi blízké zelenému rostlinnému pigmentu chlorofylu. Chlorofyl pohlcuje hlavně červené a modro-fialové světlo.

Druhé barvivo, které vědci použili k testování je hemoglobin - červené krevní barvivo, které je obsaženo v červených krvinkách (erytrocytech) obratlovců a váže a uvolňuje kyslík a přenáší oxid uhličitý.. Opět, jako u chlorofylu i v případě hemoglobinu vědci použili umělé barvivo, které ovšem vykazuje shodné znaky s tím přírodním. A proč je vhodný pro barvocitlivé články i hemoglobin? Mají podobné vlastnosti. Chlorofyl a hemoglobin obsahují porfin tvořený čtyřmi pyrrolovými kruhy spojenými methylenovými skupinami. Pyrrol je bezbarvá kapalina, nepříjemně páchnoucí, ve vodě nerozpustná, toxická, která ovšem je stavební jednotkou i tzv. tetrapyrrolových barviv což jsou právě chlorofyl, hemoglobin.

V experimentálních článcích je kromě již zmiňovaných tetrapyrrolových barviv vždy i dioxid titanu - což je bílý pigment, který zrovna tak, jako polokovový prvek křemík, je polovodičem, takže jej zde nahrazuje. Na rozdíl od křemíku není výroba čistého dioxidu titanu s patřičnými parametry tak energeticky náročná - což podstatně zlevňuje výrobu barvocitlivých solárních článků.

V dubnu tohoto roku Dr. Campbell představil první solární článek na bázi tetrapyrrolových barviv o velikosti 10x10cm. Tento energetický zdroj vystavený přímému slunečnímu záření uvedl do chodu malý ventilátorek. Podle Campbella a jeho kolegů jejich dye-sensitised solar cells je asi zatím tou nejlepší cestou jak využít solární a světelnou energii vůbec - experimentální článek totiž k výrobě elektřiny využije i rozptýlené světlo nejen přímé sluneční paprsky, čili je velmi efektivní. To není jediný jeho klad - jeho výroba je laciná, technologicky nenáročná, předpokládá se, že tyto články budou cca 10krát lacinější než křemíkové.
V současné době se vědci začali zabývat konkrétním využitím svého experimentu - napadá je řada logických variant - jako první se opět nabízí pokrýt jím okenní tabulky a střechy domů. Masová výroba a využití ovšem ještě není záležitost roku, ale mnoha let. takže pomalu se můžeme připravovat na zelené střechy a zelená okna.

pokračování zítra