إعادة تدوير الخلايا الشمسية المصنوعة من البيروفسكايت.. تقنية جديدة
سعى باحثون سويديون إلى إعادة تدوير الخلايا الشمسية المصنوعة من البيروفسكايت بتقنية جديدة من أجل زيادة كفاءتها.
وعلى الرغم من أن الخلايا الشمسية المصنوعة من البيروفسكايت لم تصل إلى مرحلة التسويق التجاري بعد، يسعى علماء من جامعة لينشوبينغ في السويد جاهدين للحصول على خيار إعادة تدوير وظيفي جاهز للاستعمال، حسب تقرير طالعته منصة الطاقة المتخصصة (مقرّها واشنطن).
ووجد الباحثون طريقة لاستغلال الحرارة والماء مع إضافات الملح والحامض لإعادة تدوير الخلايا الشمسية، من خلال إذابة خلية البيروفسكايت إلى أجزائها ثم التقاط بلورات البيروفسكايت الحيوية لإعادة استعمالها.
وذكر البحث، الذي نُشر في مجلة نيشتر (Nature) هذا الشهر، أن هذه العملية يمكنها إعادة تدوير الخلايا الشمسية، بنسبة 99% من تقنية البيروفسكايت لديهم مع تحييد أيونات الرصاص، التي غالبًا ما تُستعمل في هذه الخلايا وتُعد سامة.
خلية البيروفسكايت المعاد تدويرها
تجدر الإشارة إلى أن خلية البيروفسكايت المعاد تدويرها تتمتع بكفاءة متوسطة تبلغ 21% وبحد أقصى 23.4%، وهي ليست معيار الصناعة بنسبة 25% تمامًا، لكن باحثي جامعة لينشوبينغ في السويد يعتقدون أنها بداية واعدة، نظرًا إلى أن الخلية أُعيد تصنيعها من المواد نفسها تقريبًا مثل سابقتها.
وأكد الباحثون أن “إستراتيجية إعادة تدوير الحلايا الشمسية لدينا يمكن أن تخفّف إلى حد كبير العبء البيئي لوحدات البيروفسكايت المهدرة، خصوصًا فيما يتعلق بتسمم البشر وتأثيرات استنزاف الموارد، كما تقلل من التكلفة المتساوية للكهرباء”.
وأضافوا أن “هذه الدراسة تخلق فرصًا فريدة لإعادة تدوير الخلايا الشمسية من البيروفسكايت الشاملة -التي تُعد بالكاد ممكنة لتقنيات الطاقة الكهروضوئية الأخرى- من أجل اقتصاد شمسي مستدام ودائري في المستقبل”.
بلورات الطاقة الشمسية
كان “البيروفسكايت”، وهو اسم البلورات التي يمكنها امتصاص الضوء وإثارة الإلكترونات في توليد الكهرباء، الإنجاز الكبير المرتقب في مجال الطاقة الشمسية لسنوات عديدة، بحسب متابعة منصة الطاقة المتخصصة (مقرّها واشنطن) لتحديثات القطاع.
وتُعد بلورات “البيروفسكايت”، خفيفة الوزن، ولديها قدرة عالية على تحمّل العيوب، ويمكن تصنيعها بثمن قليل، ويحاول الباحثون معرفة طريقة رفع الكفاءة إلى ما يزيد على 30%.
وفي الوقت نفسه، فإنها غير مستقرة، وكان توسيع نطاقها إلى ما هو أبعد من حجم مجموعة اختبار المعمل الصغيرة تحديًا كبيرًا.
بالإضافة إلى ذلك، في عصر شديد الوعي بالنفايات التي تسبّبها الألواح الشمسية الكهروضوئية القديمة، لا ينبغي إطلاق تقنية جديدة في السوق دون خيار إعادة تدوير قابل للتطبيق، حسبما قال الأستاذ المشارك في الدراسة فينغ غاو، في مقال نشرته جامعة لينشوبينغ.
ومن المتوقع أن تصل كومة نفايات الألواح الكهروضوئية في أستراليا إلى ما يعادل 1.2 غيغاواط من الألواح سنويًا بحلول عام 2030، أو 680 ألف طن تراكمي.
ويبدو أن أعضاء البرلمان يدركون الآن أن القضية تُعد مشكلة سياسية، وأصبحت كبيرة بما يكفي لدعم العديد من شركات القطاع الخاص التي تجرب حلولًا عالية التقنية.
التحول إلى اللون الأخضر
تتضمّن إعادة تدوير خلية البيروفسكايت حاليًا مذيبات لتقسيم طبقات الخلية، حسبما رصدته منصة الطاقة المتخصصة (مقرّها واشنطن).
ومن بين هذه المواد المذيبات الصناعية ثنائي ميثيل فورماميد، وكلوروبينزين الذي كان يُستعمل في السابق في صناعة مبيد الـ”دي دي تي”، أو ميثيل أمين الذي لا يزال يُستعمل في صناعة المبيدات الحشرية ومزيلات الطلاء.
وتتمثّل المشكلة الأخرى في وجود الرصاص في خلايا البيروفسكايت، لأنه ناقل جيد للكهرباء؛ وكان يوديد ميثيل أمونيوم الرصاص أحد أول هياكل بلورات البيروفسكايت المستخدمة.
وبدلًا من ذلك، استعمل فريق جامعة لينشوبينغ مذيبًا “أخضر” يعمل على إصلاح بلورات البيروفسكايت واستعادتها.
وبدأوا تسخين خلية البيروفسكايت إلى 150 درجة مئوية لفصل الطبقات المغلفة -التي تمنع البلورات من التعرض للهواء- بعيدًا عن الخلية.
ويمكن بعد ذلك إعادة تدوير هذه الطبقات، مثل الزجاج المغطى، بشكل منفصل، ثم تُذاب البلورات في محلول من الماء وأسيتات الصوديوم (NaOAc) ويوديد الصوديوم وحمض هيبوفوسفوريك.
ويساعد الأول على إذابة البلورات، والثاني يسمح للبلورات بإعادة التشكيل والثالث يعمل بصفته مثبتًا. وتُعد جميع المواد المضافة رخيصة الثمن وأكثر أمانًا للاستعمال من المذيبات المعتادة.
وأوضح الباحثون أنه “بفضل المواد المضافة، حُسّن المحلول المائي ليتميّز بذوبان البيروفسكايت المعزز وقدرة نمو البلورات النقية الطور والاستقرار الحراري الممتاز”.
وأضافوا: “لقد نجحنا في استعادة جميع المواد الوظيفية الأساسية تقريبًا، بما في ذلك طبقات نقل الثقب/الإلكترون، وطبقة البيروفسكايت، وركائز أكسيد الإنديوم والقصدير (ITO) والزجاج المغطى، بكفاءة إعادة تدوير عالية ونقاء”.
وستكون المرحلة التالية هي انتقال العملية من المختبر وتوسيع نطاقها بصفتها عملية صناعية.
موضوعات متعلقة..
- خبير: إعادة تدوير الألواح الشمسية التالفة في مصر ضرورة ملحّة
- قدرة صناعة الخلايا الشمسية في أميركا تسجل مستوى قياسيًا
- تقنية جديدة لإعادة تدوير الألواح الشمسية في صناعة الأحذية والخرسانة
اقرأ أيضًا..
- مستجدات أسواق الغاز المسال العربية والعالمية في 2024 (ملف خاص)
- أكثر الدول العربية توليدًا للطاقة الشمسية
- حصاد وحدة أبحاث الطاقة.. تغطية عربية وعالمية لأحداث 2024 وتوقعات 2025
المصادر:
إقرأ: إعادة تدوير الخلايا الشمسية المصنوعة من البيروفسكايت.. تقنية جديدة على منصة الطاقة