An Independent Post-Publication Bioindicator Study Supplementing the Environmental-Safety Discussion of Fiber-Based Perovskite Solar Cells

एक ऐसे भविष्य की कल्पना करें जहाँ हमारे पहने हुए कपड़े, हमारे द्वारा ले जाए जाने वाले बैग और जंगलों में हमारे द्वारा लगाए गए तंबू, सभी सूर्य की शक्ति से संचालित हों। वैज्ञानिक लचीले धागों को नन्हे पावर प्लांट में बदलने के तरीके पर काम कर रहे हैं, जिन्हें कपड़ों में बुनकर पहनने योग्य इलेक्ट्रॉनिक्स (वियरेबल इलेक्ट्रॉनिक्स) बनाया जा सके। ये उपकरण, जिन्हें फाइबर-आधारित सौर सेल कहा जाता है, एक विशेष क्रिस्टलीय सामग्री से बने होते हैं जो प्रकाश को पकड़ने में उत्कृष्ट है लेकिन इसमें सीसे (लेड) की थोड़ी मात्रा होती है। हालांकि सीसा कई तकनीकों में एक सामान्य तत्व है, लेकिन यह जीवित चीजों के लिए विषाक्त है, और इस बात की वास्तविक चिंता है कि यदि ये लचीले उपकरण टूट जाते हैं या मिट्टी में नष्ट हो जाते हैं, तो सीसा बाहर निकल सकता है और आसपास के पौधों और जानवरों को नुकसान पहुँचा सकता है। उन सभी लोगों के लिए जो इस तकनीक का उपयोग बाहर करना चाहते हैं, बड़ा सवाल सरल है: क्या हम इन उपकरणों को एक सुरक्षात्मक आवरण में लपेट सकते हैं जो सीसे को तब भी अंदर सुरक्षित रखे जब उपकरण क्षतिग्रस्त हो जाए या जमीन में दफन हो जाए?

बीजिंग यूनिवर्सिटी ऑफ साइंस एंड टेक्नोलॉजी के एक शोधकर्ता ने इस प्रश्न का उत्तर देने के लिए एक सीधा, व्यावहारिक प्रयोग किया। जटिल कंप्यूटर मॉडल या सैद्धांतिक भविष्यवाणियों पर निर्भर रहने के बजाय, अध्ययन में वास्तविक सौर सेल धागों को एक सरल बगीचे के वातावरण में रखा गया ताकि देखा जा सके कि समय के साथ क्या होता है। वैज्ञानिक ने एक विशिष्ट प्रकार की घास का उपयोग किया, जो मिट्टी से भारी धातुओं को सोखने की अपनी क्षमता के लिए जानी जाती है, जिसे एक जीवित डिटेक्टर (सूचक) के रूप में इस्तेमाल किया गया। यदि सौर सेल से सीसा लीक हुआ, तो घास अपनी जड़ों के माध्यम से इसे सोख लेगी और इसे अपनी पत्तियों और तनों में ले जाएगी। शोधकर्ता यह निर्धारित करने के लिए कि उस आवरण ने कितनी सुरक्षा प्रदान की, तीन महीने के बाद घास के भीतर सीसे की मात्रा को माप सकता था।

प्रयोग ने सौर सेल धागों के दो समूहों की तुलना की। एक समूह को बिना किसी सुरक्षा के, सीधे मिट्टी और नमी के संपर्क में छोड़ दिया गया, जबकि दूसरे समूह को 'पॉलीओलेफिन इलास्टोमर' नामक एक लचीली प्लास्टिक फिल्म में कसकर लपेटा गया था। इस फिल्म का उपयोग सौर उद्योग में व्यापक रूप से किया जाता है क्योंकि यह मजबूत और जल-प्रतिरोधी होती है। शोधकर्ता ने वास्तविक दुनिया के परिदृश्यों की नकल करने के लिए परीक्षण को तीन अलग-अलग तरीकों से सेट किया: उपकरणों को मिट्टी की सतह पर रखना, उन्हें पौधे के आधार के पास दफनाना, और यह देखने के लिए कि क्या दूरी मायने रखती है, उन्हें कंटेनर के दूसरी ओर रखना। नब्बे दिनों की अवधि के दौरान, घास को पानी दिया गया और उसकी निगरानी की गई, और विश्लेषण के लिए इसके ऊतकों (टिशू) के नमूने हर कुछ दिनों में एकत्र किए गए।

परिणाम चौंकाने वाले थे। जिस समूह में सौर सेल बिना सुरक्षा के छोड़े गए थे, घास ने सीसे की एक महत्वपूर्ण मात्रा अवशोषित की, जिससे पता चला कि सामग्री वास्तव में पर्यावरण में लीक हो रही थी। हालांकि, जिस समूह में उपकरणों को सुरक्षात्मक प्लास्टिक फिल्म में लपेटा गया था, वहां घास में पाया गया सीसे की मात्रा नाटकीय रूप से कम थी। नब्बे दिनों के बाद, लिपटे हुए उपकरणों के आसपास के पौधों में सीसे का संकेत, बिना लिपटे उपकरणों के पास वाले पौधों की तुलना में केवल एक-दहाई (दसवां हिस्सा) था। यह अंतर तब भी बना रहा चाहे उपकरण मिट्टी के ऊपर रखे गए हों, पास में दबे हों, या दूर रखे गए हों। डेटा बताता है कि प्लास्टिक फिल्म एक शक्तिशाली अवरोध के रूप में कार्य करती है, जो सीसे को उपकरण से बाहर निकलने और पौधे तक पहुँचने से रोकती है।

अध्ययन स्पष्ट करता है कि यह सुरक्षा न केवल इसलिए काम करती है क्योंकि प्लास्टिक एक भौतिक दीवार है, बल्कि इसके रासायनिक स्वभाव के कारण भी है। यह फिल्म अणुओं की लंबी श्रृंखलाओं से बनी है जो पानी या सीसे जैसे आयनों को आकर्षित नहीं करती हैं। जब पानी सौर सेल के भीतर मौजूद सीसे को घोलने के लिए फिल्म में प्रवेश करने की कोशिश करता है, तो उसे वापस धकेल दिया जाता है। इसके अलावा, भले ही सीसे की सूक्ष्म मात्रा प्लास्टिक में पहुँच जाए, फिर भी यह सामग्री सीसे को आगे बढ़ने के लिए कोई रासायनिक "पकड़" (हैंडहोल्ड्स) प्रदान नहीं करती है। सीसा फंस जाता है, बाहर की दुनिया तक पहुँचने का रास्ता बनाने में असमर्थ होता है। फिल्म उपकरण को सहारा भी देती है, जिससे मुड़ने और मिट्टी के साथ रगड़ने के तनाव को सोखा जा सके, जिससे यह रोका जा सके कि अंदर का सौर सेल पहले से ही टूटकर अपना सामान न छोड़ दे।

यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि यह अध्ययन क्या सिद्ध करता है और क्या नहीं। शोधकर्ता ने सावधानीपूर्वक कहा कि यह एक विशिष्ट प्रकार की घास और एक सरल मिट्टी के सेटअप का उपयोग करके किया गया प्रयोगशाला परीक्षण था। हालांकि परिणाम दृढ़ता से दिखाते हैं कि प्लास्टिक फिल्म उस मात्रा को कम करती है जो पौधों के लिए उपलब्ध होती है, लेकिन यह एकल प्रयोग हर संभावित वातावरण या पारिस्थितिकी तंत्र के लिए पूर्ण सुरक्षा मूल्यांकन नहीं है। इस परीक्षण ने घास से निकाली जा सकने वाली सीसे की कुल मात्रा को मापा, लेकिन इसने यह पहचान नहीं किया कि सीसा किन विशिष्ट रासायनिक रूपों में था या वन्यजीवों के लिए हर संभावित जोखिम का मानचित्रण नहीं किया। फिर भी, निष्कर्ष ठोस और व्यावहारिक प्रमाण प्रदान करते हैं कि इस विशिष्ट प्लास्टिक फिल्म में सौर धागों को लपेटने से तत्काल मिट्टी के वातावरण में सीसे के प्रदूषण का जोखिम काफी कम हो जाता है।

आगे देखते हुए, शोधकर्ता का सुझाव है कि इस तकनीक के लिए अगला मार्ग स्वयं सौर सेल में सुधार के साथ इस सुरक्षात्मक आवरण को जोड़ने में निहित है। इन उपकरणों को प्रकाश पकड़ने में अधिक कुशल और मुड़ने के प्रति अधिक टिकाऊ बनाकर, और साथ ही यह सुनिश्चित करके कि सीसा सुरक्षित रूप से भीतर रहे, वैज्ञानिक पहनने योग्य सौर ऊर्जा को शक्तिशाली और सुरक्षित बनाने के भविष्य के करीब पहुँच सकते हैं। अध्ययन का निष्कर्ष है कि सुरक्षात्मक फिल्म एक व्यावहारिक, कम लागत वाला समाधान है जो इन लचीले सौर धागों के उपयोग में आने वाली सबसे बड़ी बाधाओं में से एक को संबोधित करता है, जिससे एक संभावित पर्यावरणीय खतरे को एक प्रबंधनीय जोखिम में बदला जा सकता है।