Moszatból Grtäzel-napcella? Hatékonyabb, környezetbarát napelemek

Az Oregon State University (Oregon Állami Egyetem) és Portland State University (Portland Állami Egyetem) közös együttműködésével sikerült egy egészen különleges napelem-technológiát kidolgozni. Természetesen ezúttal is a természet adta az ihletet. Egy ősrégi élőlény a Bacillariophyceae osztályba és a Diatomeae altörzshöz tartózó parányi egysejtűek a kovamoszatok páncélja, pontosabban annak anyaga és formája keltette fel a tudósok érdeklődését. Ilyen nanoméretű szerkezeteket ugyanis nagyon nehéz mesterséges módon megalkotni, míg a kovamoszat „magától“ legyártja, csak némi napfényre és vízre van szüksége hozzá. Ez meglehetősen hatékony, ahogy ez általában a természetre egyébként is jellemző. És persze olcsó, ez pedig a mai ember számára legalább olyan fontos.

A kovamoszatoknak egyébként több mint 100 000 faját sikerült már megismerni, és olyan nagy mennyiségben élnek a tengerekben, hogy az évmilliók során elpusztult állatok „kovahéjából“ több méter vastag kovaföld üledék képződött a tengerfenéken. (A kovaföldet egyébként már régóta felhasználja az emberiség, többek között szigetelő és csiszoló anyagokat, szűrőket készítenek belőle, illetve maga Alfred Nobel is a kovaföldet itatta át nitroglicerinnel, amikor megalkotta a dinamitot.) A Grtäzel-cellák egy kicsit hasonlóan működnek mint a fotoszintézisnél a klorofill, a fényelnyelő képességüket speciális festékanyagokkal megnövelik, így a beérkező fotonok a festékkel kölcsönhatásba lépnek és elvezetik az elektromosságot egy szintén fényérzékeny anódhoz. (Az ilyen folyadékos napelem rendszereket nevezik fotoelektrokémikus-rendszernek is. A cellát egyébként Michael Grätzel és Brian O'Regan találta fel még 1991-ben.) A kutatók ettől azt várják, hogy a hatékonyság növekedni fog, tehát azonos felületen mérve a napelem több energiát lesz képes hasznosítani. Ez elsősorban attól függ, hogy a különböző festékanyagok a teljes napfényből milyen széles spektrumot tudnak elnyelni és elektromos áram előállítására hasznosítani. A titán-dioxid (TiO2) mint festékanyag itt is bevált, ráadásul viszonylag olcsó és elterjedt, mivel ipari méretekben használják festékek, kozmetikumok stb. színezésére és sajnos élelmiszerekbe keverve színanyagként (E171) is. Az általánosan elterjedt szilíciumon alapuló technológia hatékonysága korlátozott, de új anyagok és technológiák felhasználásával esetleg ezek kombinálásával bőven van lehetőség a napelemek hatékonyságának növelésére.

A Gratzel-cellák további előnye, hogy a felhasznált anyagok a környezetre nem károsak és a hagyományos napelemekkel ellentétben nem csak közvetlen napfényben, hanem borúsabb napokon, rosszabb fényviszonyok mellett is jól teljesítenek. Maga a gyártási folyamat is egyszerűsödik ezáltal olcsóbbá válik. A kis kovamoszatok vázára van csak szükség ezért a szerves anyagokat kioldják, majd titán-dioxid nanorészecskékkel bevonják azokat mintegy félvezető hártyát képezve. A beérkező fény „eltéved“ a zeg-zugos kovamoszat vázban és könnyebben reagál a festékanyaggal. Ha a beérkező fény egyre nagyobb hányadát sikerül így elkapni és munkára fogni, annál nagyobb lesz a napelem hatékonysága. A fotoelektrokémikus-napelemek kutatása már most ígéretes eredményeket produkál és szívből reméljük, hogy nem lesz akadályoztatva elterjedésük!