Inainte ca perovskitele si grafenul sa surprinda imaginatia lumii tehnologiei curate, nanotuburile de carbon erau la mare cautare. Ce s-a mai intamplat cu ele? Unde au disparut? Ei bine, ele nu au disparut niciodata, insa o vreme nu s-au mai aflat pe radarele publicatiilor si site-urilor din domeniu, astfel ca noutatile despre aceasta tehnologie au fost ceva mai putin promovate. Iar una dintre aceste noutati cu care ar trebui sa ne punem la curent tine de zona eficientei celulelor solare, unde relatia dintre energie si apa capata o intorsatura foarte interesanta.

Fizica ne aminteste de nanotuburile de carbon si de eficienta celulelor solare

Cea mai recenta evolutie majora din sfera nanotuburilor si eficientei celulelor solare a ajuns in mediul online luna trecuta, insa din pricina pandemiei provocate de COVID-19 si a tot ce se intampla in jurul acestui subiect, nimeni nu i-a mai acordat prea multa atentie, pana de curand, cand un articol din Physics World a pus mai mult accent pe aceasta stire, transformand-o intr-un subiect de care vorbeste toata lumea!
Ideea principala este aceea de a imbunatati eficienta celulelor solare prin mentinerea unei temperaturi scazute a panourilor solare. Suna destul de simplu: toata lumea stie ca celulele solare isi pierd eficienta atunci cand se incing prea tare. Problema este ca atunci cand incepi sa construiesti sisteme de racire pentru panouri solare, trebuie sa adaugi la capitolul cheltuieli. In plus, daca sistemul de racire necesita energie pentru a functiona, atunci revii exact de unde ai plecat!

Ideea, dezvoltata de o echipa de cercetatori de la Universitatea de Stiinta si Tehnologie King Abdullah (KAUST) chiar reprezinta o solutie reala! Echipa a adaugat nanotuburi de carbon la un gel polimer auto-aderent care absoarbe apa atunci cand aerul este umed (de pilda, noaptea).
Datorita adaugarii nanotuburilor de carbon, gelul poate inversa directia si poate elibera apa atunci cand o celula solara are nevoie sa fie racita (de pilda, in timpul zilei).
Iata, asadar, cum nanotuburile de carbon – un subiect fierbinte privind aplicarea directa la functionarea interna a celulelor solare, precum si ca stocare de energie – capata acum o alta oportunitate relevanta in economia verde a viitorului, datorita noului gel.

Cat de eficiente sunt celulele solare cu gel cu nanotuburi de carbon?

Probabil foarte eficiente! Echipa a demonstrat initial capacitatea gelului in laborator si a descoperit ca acesta poate retine si elibera suficienta apa incat sa raceasca un panou solar cu 10 grade Celsius. Ei au obtinut rezultate si mai bune atunci cand au repetat experimentele in aer liber.

Dincolo de implicatiile privind eficienta celulelor solare, noul gel poate avea, de asemenea, si un impact asupra resurselor de apa la nivel global.
„Aceasta lucrare arata beneficiile utilizarii productiei de apa atmosferica, in scopul contributiei la lupta cu schimbarea climatica. Noi credem ca aceasta tehnologie de racire poate indeplini cerintele multor aplicatii, pentru ca vaporii de apa sunt peste tot, iar aceasta tehnologie de racire este usor de adaptat la diferite niveluri”, spune Renyuan Li, unul dintre membrii grupului de cercetare.
„Tehnologia ar putea fi realizata la dimensiuni mici, de numai cativa milimetri, pentru device-urile electronice, sau la dimensiuni de sute de metri patrati pentru o cladire, sau chiar si mai mare pentru centrale electrice pasive”, mai adauga Li.

Impactul cumulativ asupra capacitatii de generare solara globala poate fi destul de impresionant. Isabelle Dume, de la Phisics World, vorbeste despre o cifra de 3000 de gigawati la nivel global pana in 2030. Iar in conditiile in care recolta curenta a celulelor solare din siliciu se plaseaza undeva intre 6 si 25% eficienta a conversiei solare, exista destul loc pentru imbunatatire.
Dincolo de eficienta imbunatatita, noul gel cu nanotuburi de carbon ar putea contribui, de asemenea, la prevenirea pagubelor provocate de caldura, ducand la o durata de viata mai indelungata, precum si la costuri mai scazute de intretinere pentru panourile solare.

Ce este un hidrogel?

Noul gel cu nanotuburi realizat de echipa de la KAUST este un hidrogel, un material care are capacitatea de a absorbi si de a elibera cantitati importante de apa, ca raspuns la un stimul – asa cum este schimbarea de temperatura, sau un curent electric – fara sa se distruga.

Desi si buretii au capacitatea de a absorbi apa, hidrogelurile sunt mai speciale. Potrivit reprezentantilor National Institutes of Health din SUA, proprietatile buretilor sunt determinate de morfologia lor, adica mai simplu spus de dimensiunea porilor si interconectivitatea acestora.
Hidrogelurile, pe de alta parte, sunt „matrice polimerice umflate, hidrofile, cu o structura reticulata, avand capacitatea de a retine o cantitate mare de apa”.

Eficienta celulelor solare si noua relatie dintre energie si apa

Cat despre si mai specialul hidrogel cu nanotuburi de carbon al celor de la KAUST, acesta nu a aparut pur si simplu din senin.
In 2018, Li si alti membri ai echipei de cercetare au publicat rezultatele unui studiu referitor la hidrogel, care vorbea despre potentialul sau de utilizare in recoltarea apei atmosferice, ca solutie pentru problema deficitului global de apa.

“Apa recoltata poate fi eliberata cu usurinta sub lumina obisnuita a soarelui, prin efectul fototermic, ea putand fi reutilizata direct, fara vreo scadere observabila a capacitatii” a aratat cu entuziasm echipa. “Acest tip de generator de apa atmosferica este ieftin si accesibil, functioneaza perfect cu o gama larga de umiditate, nu are nevoie de niciun fel de electricitate, fiind astfel extrem de potrivit pentru productia de apa curata in zone izolate” au mai spus ei.

Modulul lor initial – unul la scara mica, de tip DIY – a reprezentat o promisiune, oferind 20 de grame de apa proaspata in decurs de 2 ore – 2 ore si jumatate, in lumina naturala. Echipa a estimat ca un dispozitiv de o scara mai mare ar oferi aproximativ 3 litri zilnic, ceea ce este destul de aproape de aportul recomandat de apa pentru un adult obisnuit.
Daca adaugam si unghiul de eficienta al celulei solare, avem o abordare foarte interesanta asupra relatiei dintre energie si apa.

Sursa: https://cleantechnica.com/2020/06/13/remember-carbon-nanotubes-theyre-back-theyre-sucking-moisture/

Foto: freepik