Tento vedecký objav mení bežný rastlinný odpad na kľúč k ochrane solárnych batérií budúcnosti.
Niekde vo Fínsku takmer neviditeľná fólia, zafarbená do vyblednutej fialovej farby cibulej šupky, chráni solárny panel pred tým istým slnkom, ktoré ho napája energiou. Nie je to trik modernej alchýmie ani výstrelok laboratória. Je to aplikovaná veda, udržateľnosť a možno aj budúcnosť fotoelektrickej technológie.
Vonkajšie vrstvy červenej cibule, ktoré končia v kompostovacom vedre alebo na dne smetného koša, neobsahujú len celulózu a pigmenty. Obsahujú antokyány, zlúčeniny, ktoré majú prirodzenú afinitu k ultrafialovému žiareniu. A práve to upútalo pozornosť skupiny európskych výskumníkov, ktorí sa rozhodli zmeniť spôsob ochrany našich solárnych panelov.
V štúdii uverejnenej v ACS Applied Optical Materials a vykonanej vedcami z univerzít v Turku a Aalto (Fínsko) v spolupráci s univerzitou v Wageningene (Holandsko) boli po prvýkrát porovnané štyri slnečné filtre vyrobené z biomateriálov. Jeden z nich, vyrobený z nanocelulózy farbenej extraktom z červenej cibule (Allium cepa), prekonal dokonca komerčný štandard na báze PET plastu. Nie je to metafora: blokoval 99,9 % ultrafialového žiarenia pod 400 nanometrov, čo prekonalo ukazovatele priemyselných filtrov vyrobených z ropných produktov.
Rastlinný filter, ktorý prepúšťa prospešné svetlo
Skutočným prekvapením však bola nielen jeho schopnosť blokovať škodlivé svetlo, ale aj skutočnosť, že súčasne prepúšťal viac ako 80 % viditeľného a infračerveného svetla (medzi 650 a 1100 nanometrami) bez prekážok. A to všetko bez straty účinnosti počas viac ako 1000 hodín nepretržitého pôsobenia umelého svetla, čo zodpovedá celému roku pod slnkom strednej Európy.
Vedci to neskrývajú: tento objav je nielen technický, ale aj symbolický. Vo svete presýtenom plastom a ekologickými problémami má premena rastlinných odpadov na high-tech riešenia silný kultúrny náboj. Cibuľa, ktorá sa bežne používa v kuchyni a vyzerá skromne, sa tu stáva nečakaným hrdinom v boji proti zastarávaniu čistej energie.
„Fólia s extraktom z cibule je nielen účinná, ale aj stabilná v čase,“ tvrdí Rustem Nizamov, hlavný výskumník, vo vyhláseniach uvedených v niekoľkých tlačových správach. Jeho tón je opatrný, ako sa patrí na niekoho, kto vyskúšal svoj vynález v jednom z najnepriateľskejších prostredí pre materiály: solárnej bunke, citlivej na farby (DSSC), mimoriadne citlivej na ultrafialové žiarenie.
Od pigmentov k slnečnej energii
Technológia DSSC, hoci menej známa ako tradičný kremík, je v laboratóriách populárna vďaka svojej účinnosti v podmienkach slabého osvetlenia a estetike, prispôsobiteľnej farbám a tvarom. Je však tiež krehká: bez ochrany sa môže začať rozkladať už za dva dni. Úspech rastlinného filtra je preto nemenej dôležitý. Podľa štúdie môže táto ochrana predĺžiť životnosť článkov až na 8500 hodín v porovnaní s 1500 hodinami, ktoré ponúka komerčný filter.
Iné testované materiály – lignín, tmavý a odolný prírodný polymér, a železo (III), známe svojimi vlastnosťami absorbovať UV žiarenie – vykazovali prijateľné výsledky v krátkodobom horizonte, ale s časom ich účinnosť klesla. Železo napríklad vykazovalo dobrú počiatočnú priepustnosť, ktorá sa však znížila v dôsledku urýchleného starnutia. Lignín je síce účinný proti ultrafialovému žiareniu, ale farbí filtre na matnú hnedú farbu, ktorá bráni priechodu viditeľného svetla. A bez viditeľného svetla nie je elektrina.
Kľúčom je priehľadnosť. Chrániť áno, ale neblokovať to, čo dodáva energiu. Práve tu hrá rozhodujúcu úlohu extrakt z cibule. Nielenže pohlcuje ultrafialové žiarenie, ale robí to bez zakalenia užitočného svetla. Je to akýsi neviditeľný štít, ktorý chráni bunku bez toho, aby za to niečo požadoval.
Proces výroby nie je zložitý: cibuľovú šupku varíme v mierne kyslom vode, aby sme získali pigmenty bohaté na antokyány. Potom sa tieto pigmenty vstrekujú do nanocelulózových fólií – mikroskopických sietí rastlinných vlákien získaných z brezového dreva – ktoré absorbujú farbu ako špongia. Výsledkom je pružná, biologicky rozložiteľná fólia s úžasnými optickými vlastnosťami.
Význam tejto práce presahuje rámec domácich solárnych batérií. Podľa autorov sa tieto fólie môžu použiť aj v nových technológiách, ako sú perovskitové články alebo biologicky rozložiteľné elektronické zariadenia. Dajú sa dokonca integrovať do inteligentných obalov na potraviny, kde senzory napájané miniatúrnymi solárnymi článkami budú detekovať znečistenie alebo zmeny teploty. Je to celý svet aplikácií, kde prirodzené nie je v rozpore s funkčným.
Okrem vedy táto objav prináša dôležitejšiu otázku: do akej miery spočíva riešenie našich technologických problémov v obnovení zabudnutých vedomostí? Myšlienka využívať rastlinné farbivá na ochranu pred slnkom nie je nová. Od tkanín farbených indigom v starovekom Egypte po dáždniky z voskovaného papiera v Japonsku – mnohé kultúry vedeli využívať prírodné zdroje na výrobu prostriedkov na ochranu pred slnkom ešte pred vznikom modernej chémie.
Teraz sa zmenil len jazyk a rozsah. Vedci získavajú pigmenty nie pomocou mažiara a rúk, ale pomocou ultrazvuku a filtrácie. Celulózové vlákna sa netkajú, ale dispergujú na nanoúrovni. Podstata však zostáva rovnaká: pozerať sa na prírodu nie ako na pasívny zdroj zdrojov, ale ako na aktívny zdroj riešení.
V konečnom dôsledku táto štúdia ponúka nielen technické vylepšenia, ale aj zmenu perspektívy. Tvárou v tvár nekonečným sľubom plastu, ktorý nám desaťročia predával trvácnosť bez následkov, moderná veda hľadá materiály, ktoré dobre fungujú a bezhlučne miznú. Ako cibulová šupka, ktorá splní svoju úlohu a elegantne sa rozpustí.
