Onderzoekers hebben een bio-gebaseerde UV-beschermingsfilm ontwikkeld die conventionele plastic coatings in zonnecellen kan vervangen. Het geheim? Nanocellulose verrijkt met rode uienschillen.
Zonnecellen zijn gevoelig voor UV-straling, waardoor hun efficiëntie en levensduur afnemen. Om dit tegen te gaan, worden ze doorgaans voorzien van een beschermende film. Vaak is deze film gemaakt van petroleum-gebaseerde materialen zoals polyvinylfluoride (PVF) en polyethyleentereftalaat (PET).
Finse onderzoekers van de Universiteit van Turku, in samenwerking met Aalto University en het Nederlandse Wageningen University (WUR), hebben nu een biologisch alternatief ontwikkeld: een nanocellulosefilm verrijkt met een extract van rode uienschillen.
Volgens de studie, gepubliceerd in ACS Applied Optical Materials, overtreft deze biofilm de prestaties van conventionele UV-filters en biedt het een duurzamer alternatief.
Nanocellulose als duurzame basis
Nanocellulose is een biopolymeer dat wordt gewonnen uit plantaardige vezels en bekend staat om zijn sterke mechanische eigenschappen en transparantie.
Door nanocellulose te combineren met specifieke UV-absorberende stoffen, zoals extracten van rode uienschillen, hebben de onderzoekers een beschermlaag gecreëerd die 99,9% van de UV-straling tot 400 nanometer absorbeert. Dit overtreft zelfs de prestaties van conventionele PET-gebaseerde UV-filters.
“Nanocellulosefilms behandeld met rode uienschil-extract zijn een veelbelovende optie in toepassingen waar een biologisch UV-filter gewenst is,” zegt Dr. Rustem Nizamov van de Universiteit van Turku.
Meerdere tests
In hun onderzoek testten de wetenschappers vier verschillende bio-gebaseerde beschermfilms, samengesteld uit cellulose nanovezels en behandeld met diverse UV-blokkerende stoffen: rode uienschillen, lignine en ijzerionen. De resultaten toonden aan dat de film met rode uienschil-extract de meest effectieve UV-absorptie bood, terwijl andere materialen beperkingen hadden.
Lignine, een natuurlijke UV-absorber, bleek bijvoorbeeld minder geschikt vanwege zijn donkere kleur, die de lichttransmissie aanzienlijk verminderde. Dit is een cruciale factor, aangezien zonnecellen niet alleen beschermd moeten worden tegen UV-straling, maar ook voldoende zichtbaar en nabij-infrarood licht (700-1200 nm) moeten kunnen doorlaten om efficiënte energieomzetting te garanderen.
De nanocellulosefilm met rode uienschil-extract scoorde hier uitstekend: meer dan 80% van het licht in het 650-1100 nm spectrum werd doorgelaten.
Duurzaamheid en toepassingen
Om de langdurige effectiviteit van de nieuwe UV-filters te testen, onderwierpen de onderzoekers de films aan versnelde verouderingstests met kunstmatig licht gedurende 1000 uur; een simulatie van ongeveer een jaar blootstelling aan zonlicht in Centraal-Europa.
Gedurende deze periode bleven de prestaties van de nanocellulosefilm met rode ui-extract behouden, terwijl andere bio-gebaseerde coatings aanzienlijke achteruitgang vertoonden.
Resultaten ook breder toepasbaar
Hoewel de tests zich richtten op kleurstof-sensibiliseerde zonnecellen, die bijzonder gevoelig zijn voor UV-schade, zijn de resultaten breder toepasbaar. De onderzoekers zien potentieel in perovskiet- en organische zonnecellen, evenals in andere toepassingen waarbij UV-bescherming en biologische afbreekbaarheid essentieel zijn.
Denk bijvoorbeeld aan zelfvoorzienende sensoren in voedselverpakkingen of andere tijdelijke elektronische apparaten. De bevindingen sluiten bovendien aan bij de groeiende interesse vanuit de bosbouwsector in hoogwaardige celluloseproducten voor elektronische toepassingen.
“De bosbouwindustrie zoekt naar nieuwe hoogwaardige producten. In de elektronica kunnen dit ook componenten voor zonnecellen zijn,” aldus professor Kati Miettunen, expert in materiaalkunde.
Zonne-energie nog duurzamer
Zonne-energie staat al bekend als een schone en duurzame energiebron, maar dankzij deze nieuwe doorbraak wordt deze technologie nog milieuvriendelijker.
De ontwikkeling van een biologisch afbreekbare UV-beschermingslaag voor zonnecellen zorgt ervoor dat niet alleen de opgewekte energie groen is, maar ook de materialen die worden gebruikt om deze energie te produceren. Door gebruik te maken van hernieuwbare grondstoffen zoals nanocellulose en natuurlijke UV-filters, kan de afhankelijkheid van fossiele materialen worden verminderd zonder in te boeten op prestaties.
Een klein laagje met grote impact
Met verdere verfijning en schaalbare productieprocessen zou deze technologie niet alleen zonne-energie milieuvriendelijker maken, maar ook bijdragen aan bredere toepassingen in de elektronica en verpakkingsindustrie.
Een klein laagje uienschil zou zo weleens een grote impact kunnen hebben op de toekomst van schone energie.
