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

Stel je een toekomst voor waarin de kleding die we dragen, de tassen die we meenemen en de tenten die we in de natuur opzetten, allemaal worden gevoed door de zon. Wetenschappers werken aan een manier om flexibele draden te veranderen in minuscule energiecentrales, die ze in stof weven om draagbare elektronica te creëren. Deze apparaten, bekend als vezelgebaseerde zonnecellen, zijn gemaakt van een speciaal kristallijn materiaal dat uitstekend is in het opvangen van licht, maar een kleine hoeveelheid lood bevat. Hoewel lood een veelvoorkomend element is in veel technologieën, is het giftig voor levende wezens, en er is een oprechte bezorgdheid dat als deze flexibele apparaten breken of degraderen in de bodem, het lood naar buiten kan lekken en de planten en dieren om hen heen kan schaden. De grote vraag voor iedereen die deze technologie buiten wil gebruiken is simpel: kunnen we deze apparaten in een beschermende schil wikkelen die het lood binnen houdt, zelfs wanneer het apparaat beschadigd is of begraven ligt in de grond?

Een onderzoeker aan de University of Science and Technology Beijing zette zich af om deze vraag te beantwoorden met een direct, praktisch experiment. In plaats van te vertrouwen op complexe computermodellen of theoretische voorspellingen, plaatste de studie werkelijke zonneceldraden in een vereenvoudigde tuinomgeving om te zien wat er gebeurde in de loop van de tijd. De wetenschapper gebruikte een specifiek type gras, bekend om zijn vermogen om zware metalen uit de bodem op te nemen, als een levende detector. Als er lood uit de zonnecellen lekte, zou het gras dit via de wortels opzuigen en naar de bladeren en stengels transporteren. Door de hoeveelheid lood in het gras na drie maanden te meten, kon de onderzoeker precies bepalen welke bescherming de wikkeling bood.

Het experiment vergeleken twee groepen zonneceldraden. De ene groep werd onbeschermd gelaten, direct blootgesteld aan de bodem en vocht, terwijl de andere groep stevig was ingepakt in een flexibele plastic film genaamd polyolefine-elastomeer. Deze film wordt veel gebruikt in de zonne-industrie omdat hij taai en waterbestendig is. De onderzoeker stelde de test op drie verschillende manieren op om realistische scenario's na te bootsen: het plaatsen van de apparaten op het aardoppervlak, het begraven ervan nabij de basis van de plant, en het positioneren ervan aan de tegenovergestelde kant van de container om te zien of afstand uitmaakte. Gedurende een periode van negentig dagen werd het gras water gegeven en gemonitord, en werden er elke paar dagen monsters van het plantweefsel verzameld voor analyse op loodgehalte.

De resultaten waren opmerkelijk. In de groep waar de zonnecellen onbeschermd werden gelaten, nam het gras een aanzienlijke hoeveelheid lood op, wat aantoonde dat het materiaal inderdaad in de omgeving lekte. Echter, in de groep waar de apparaten waren ingepakt in de beschermende plastic film, was de hoeveelheid lood die in het gras werd gevonden dramatisch lager. Na negentig dagen was het signaal van lood in de planten rond de ingepakte apparaten slechts ongeveer een tiende van wat er werd gevonden in de planten nabij de onbeschermde apparaten. Dit verschil bleef standhouden, ongeacht of de apparaten bovenop de bodem lagen, nabij de plant begraven waren of verder weg in de container geplaatst waren. De gegevens suggereren dat de plastic film fungeert als een krachtige barrière, die het lood tegenhoudt om uit het apparaat te ontsnappen en de plant te bereiken.

De studie legt uit dat deze bescherming niet alleen werkt omdat het plastic een fysieke muur is, maar vanwege de chemische aard ervan. De film is gemaakt van lange moleculaire ketens die geen water of ionen zoals lood aantrekken. Wanneer water probeert de film binnen te dringen om het lood in de zonnecel op te lossen, wordt het afgestoten. Bovendien, zelfs als er kleine hoeveelheden lood in het plastic terechtkomen, biedt het materiaal geen chemische "handvatten" waar het lood zich aan kan vasthouden en doorheen kan bewegen. Het lood komt vast te zitten, niet in staat om een pad naar de buitenwereld te vormen. De film dempt ook het apparaat, absorbeert de spanning van het buigen en wrijven tegen de grond, waardoor voorkomt dat de zonnecel aan de binnenkant scheurt en zijn inhoud vrijlaat.

Het is belangrijk om op te merken wat deze studie wel en niet bewijst. De onderzoeker was zorgvuldig in de vermelding dat dit een laboratoriumtest was met een specifiek type gras en een vereenvoudigde bodemopstelling. Hoewel de resultaten sterk aantonen dat de plastic film de hoeveelheid lood vermindert die beschikbaar komt voor planten, vormt deze enkele experimentele test geen volledige veiligheidsbeoordeling voor elke mogelijke omgeving of ecosysteem. De test mat de totale hoeveelheid lood die uit het gras kon worden geëxtraheerd, maar identificeerde niet de specifieke chemische vormen die het lood aannam of bracht elk mogelijk risico voor wilde dieren in kaart. De bevindingen bieden echter sterk, praktisch bewijs dat het wikkelen van deze flexibele zonnestralen in deze specifieke plastic film het risico op loodverontreiniging in de directe bodemomgeving aanzienlijk verlaagt.

Kijkend naar de toekomst, suggereert de onderzoeker dat de weg voorwaarts voor deze technologie het combineren van deze beschermende wikkeling met verbeteringen aan de zonnecellen zelf is. Door de apparaten efficiënter te maken in het opvangen van licht en duurzamer tegen buigen, terwijl er ook wordt gewaarborgd dat het lood veilig opgesloten blijft, kunnen wetenschappers dichter bij een toekomst komen waarin draagbare zonne-energie zowel krachtig als veilig is. De studie concludeert dat de beschermende film een praktische, goedkope oplossing is die een van de grootste hindernissen voor het gebruik van loodgebaseerde zonneceltechnologie in de echte wereld aanpakt, door een potentieel milieurisico te veranderen in een beheersbaar risico.