Prąd ze skórek owoców? Naukowcy z Łodzi pracują nad fotowoltaiką z bioodpadów
Czy obierki po warzywach i owocach mogą pomóc w produkcji energii elektrycznej? Naukowcy z Politechniki Łódzkiej opracowują materiał, który powstaje z węgla zawartego w bioodpadach i może znaleźć zastosowanie w nowej generacji ogniw fotowoltaicznych. Ich celem jest stworzenie lekkich, elastycznych i częściowo przezroczystych powierzchni produkujących prąd – od okien po elewacje budynków. Technologia jest na etapie rozwoju i wymaga dalszych badań.
- Zamiast paneli na dachu – okna i elewacje produkujące prąd
- Nie tylko nowe ogniwa. Kropki kwantowe mogą poprawić działanie paneli
- Bioodpady jako surowiec, a woda jako medium reakcyjne
- Farba, która produkuje energię? To jeden z możliwych kierunków
- Od laboratoryjnych próbek do pełnowymiarowych okien
- PRIME pomaga naukowcom wdrażać wyniki badań
Panele fotowoltaiczne kojarzą się przede wszystkim z ciemnymi modułami zamontowanymi na dachach. Naukowcy z Instytutu Inżynierii Materiałowej Politechniki Łódzkiej pracują nad rozwiązaniem, które może rozszerzyć możliwości wykorzystania energii słonecznej. Zamiast ograniczać się do tradycyjnych paneli, chcą tworzyć materiały, które będzie można integrować z przeszklonymi powierzchniami i elewacjami budynków.
Podstawą technologii są grafenowe kropki kwantowe – nanostruktury węglowe o właściwościach, które można wykorzystać między innymi w optoelektronice i fotowoltaice. Do ich produkcji zespół dr. inż. Piotra Zawadzkiego wykorzystuje węgiel pochodzący z bioodpadów.
– Wszystko wokół nas w dużej mierze zbudowane jest z węgla i bioodpady nie są tutaj wyjątkiem. My próbujemy wykorzystać materiał, który przestał być komuś potrzebny, przetworzyć go i otrzymać z niego grafenowe kropki kwantowe. Z nich możemy następnie budować elementy przydatne między innymi w fotowoltaice. W dużym uproszczeniu można więc powiedzieć, że próbujemy robić technologię energetyczną z odpadów – tłumaczy dr inż. Piotr Zawadzki.
Zamiast paneli na dachu – okna i elewacje produkujące prąd
Klasyczne ogniwa fotowoltaiczne wykorzystują przede wszystkim krzem. Rozwiązanie rozwijane w Łodzi ma umożliwić tworzenie znacznie lżejszych i bardziej elastycznych materiałów, które mogą znaleźć zastosowanie tam, gdzie montaż tradycyjnych paneli jest utrudniony. Chodzi między innymi o elewacje budynków i przeszklenia. W przypadku wysokich biurowców czy przeszklonych wieżowców powierzchnia ścian może wielokrotnie przewyższać powierzchnię dachu. Wykorzystanie jej do produkcji energii mogłoby zwiększyć potencjał energetyczny budynku.
– Największą przewagą nie jest to, że chcemy po prostu zastąpić jeden panel drugim. Chodzi o to, żeby wykorzystać powierzchnie, których klasyczna fotowoltaika dzisiaj praktycznie nie wykorzystuje. Elastyczne ogniwa możemy integrować z elewacją, a dzięki ich przezroczystości również z przeszkleniami. Wtedy energię produkuje nie tylko dach, ale znacznie większa część budynku – mówi badacz.
Nie oznacza to jednak, że nowe ogniwa już teraz dorównują tradycyjnym panelom pod względem sprawności. Według zespołu ich obecna wydajność jest około trzy, cztery razy niższa niż w przypadku klasycznych ogniw krzemowych. Ale naukowcy pracują nad poprawą tego parametru. Podkreślają też, że przy ocenie potencjału technologii trzeba uwzględnić nie tylko sprawność pojedynczego ogniwa, lecz także powierzchnię, na której można je zastosować.
Nie tylko nowe ogniwa. Kropki kwantowe mogą poprawić działanie paneli
Zespół z Politechniki Łódzkiej rozwija również drugi kierunek badań. Zamiast budować całkowicie nowe ogniwa, naukowcy sprawdzają, czy grafenowe kropki kwantowe mogą poprawić działanie już istniejących modułów fotowoltaicznych. W tym celu nakładają na tradycyjne panele specjalną powłokę zawierającą nanomateriał. Dotychczasowe wyniki wskazują na możliwość poprawy ich parametrów, szczególnie w mniej korzystnych warunkach pogodowych.
– W Polsce nie możemy zakładać, że każdego dnia będziemy mieli idealne nasłonecznienie. Dlatego interesuje nas również możliwość wykorzystania kropek kwantowych do poprawy pracy klasycznych paneli właśnie wtedy, gdy warunki są mniej korzystne. To daje drugą ścieżkę rozwoju technologii – nie tylko budowę nowych typów ogniw, ale też ulepszanie tych, które już znamy – dodaje naukowiec.
Na tym etapie nie należy jednak traktować tych rozwiązań jako gotowych produktów dostępnych na rynku. Konieczne są kolejne badania potwierdzające ich skuteczność i trwałość w rzeczywistych warunkach eksploatacji.
Bioodpady jako surowiec, a woda jako medium reakcyjne
Istotny jest nie tylko materiał, który ma produkować energię, lecz także sposób jego wytwarzania. Zespół wykorzystuje wodę jako medium reakcyjne w procesie otrzymywania grafenowych kropek kwantowych.
– Od początku zależało nam na tym, żeby ekologiczny był nie tylko produkt końcowy, ale również droga do jego otrzymania. Jeśli chcemy mówić o technologii wspierającej transformację energetyczną, musimy patrzeć także na to, z czego ją produkujemy i jak wygląda sam proces. W naszym przypadku surowcem mogą być odpady, a medium reakcyjnym jest woda – mówi dr Zawadzki.
Pomysł wpisuje się w założenia gospodarki o obiegu zamkniętym, w której odpady mogą stawać się surowcem do produkcji nowych materiałów. Potencjalną korzyścią jest ograniczenie wykorzystania pierwotnych zasobów węglowych.
Trzeba jednak pamiętać, że wykorzystanie bioodpadów i wody nie przesądza jeszcze o niskim śladzie środowiskowym całej technologii. Aby go ocenić, należałoby uwzględnić między innymi zużycie energii i materiałów na wszystkich etapach produkcji, trwałość ogniw oraz możliwości ich recyklingu po zakończeniu użytkowania.
Przeźroczyste ogniwo fotowoltaiczne na bazie grafenowych kropek kwantowych, fot. archiwum prywatne
Farba, która produkuje energię? To jeden z możliwych kierunków
Grafenowe kropki kwantowe mogą mieć również inne zastosowania. Dzięki właściwościom nanomateriału naukowcy badają możliwość wykorzystania go między innymi w powłokach o działaniu antybakteryjnym i antystatycznym. Jedną z rozważanych w przyszłości możliwości jest nakładanie materiału w sposób przypominający farbę. Taka technologia mogłaby potencjalnie pozwolić na pokrywanie wybranych powierzchni cienką warstwą o określonych właściwościach. Na razie jest to jednak kierunek dalszych badań, a nie gotowa farba fotowoltaiczna dostępna dla konsumentów.
Zespół sprawdzał już kropki kwantowe jako dodatek do lakierów i farb proszkowych. W jednym z pilotażowych projektów producent metalowych mebli zastosował powłokę zawierającą opracowany nanomateriał. Badania wykazały jej właściwości bakteriobójcze.
– To jest właśnie fascynujące w nanomateriałach. Niewielka zmiana składu albo ilości dodatku może całkowicie zmienić właściwości materiału. Zaczynamy od fotowoltaiki, ale w czasie badań okazuje się, że ta sama technologia może otwierać drzwi do zupełnie innych zastosowań – zauważa naukowiec.
Dr inż. Piotr Zawadzki, fot. Paulina Byczkowska
Od laboratoryjnych próbek do pełnowymiarowych okien
Największym wyzwaniem pozostaje obecnie przejście od niewielkich prototypów do rozwiązań, które można zastosować w rzeczywistych budynkach. Zespół dysponuje już demonstratorami potwierdzającymi, że opracowywana technologia działa w warunkach laboratoryjnych.
Przed naukowcami kolejne badania dotyczące sprawności, trwałości i starzenia się materiału. Konieczne będzie również sprawdzenie, czy jego właściwości utrzymają się po zwiększeniu powierzchni ogniw do rozmiarów odpowiadających rzeczywistym przeszkleniom.
– Na małej próbce potrafimy już pokazać, że technologia działa. Kolejny krok to odpowiedź na pytanie, czy zachowa swoje właściwości na znacznie większej powierzchni i po długim czasie użytkowania. W laboratorium łatwo zrobić fragment mniejszy od okna. Rynek potrzebuje jednak produktu, który będzie można rzeczywiście zamontować w budynku – wyjaśnia dr Zawadzki.
Zespół kończy drugą fazę programu PRIME Fundacji na rzecz Nauki Polskiej i przygotowuje się do kolejnego etapu, związanego z komercjalizacją technologii. Jednym z planowanych działań jest powołanie spółki, która zajmie się jej dalszym rozwojem i wprowadzeniem na rynek.
PRIME pomaga naukowcom wdrażać wyniki badań
W projekcie dr. Zawadzkiego uczestniczą również Grzegorz Kawałek, Opiekun Transferu Technologii, oraz Łukasz Kaczmarek, Lider Biznesu. Ich zadaniem jest wspieranie zespołu w kontaktach z przedsiębiorstwami i inwestorami oraz przygotowaniu modelu biznesowego.
– PRIME pokazał nam, jak dużo daje rozmowa z ludźmi spoza własnego laboratorium. Grzegorz jest naszym człowiekiem od kontaktów – cały czas otwiera kolejne drzwi do firm i inwestorów. Z Łukaszem z kolei pracujemy jednocześnie biznesowo i naukowo. Potrafimy jednego dnia rozmawiać o biznesplanie, a za chwilę spierać się o to, jak jeszcze poprawić technologię. I właśnie takie połączenie jest nam potrzebne, żeby z dobrego wyniku naukowego zrobić produkt – podsumowuje dr inż. Piotr Zawadzki.
PRIME to program akceleracyjny transferu wiedzy i technologii realizowany przez Fundację na rzecz Nauki Polskiej. Pomaga naukowcom i organizacjom badawczym rozwijać kompetencje związane z komercjalizacją, nawiązywać kontakty z potencjalnymi odbiorcami i przygotowywać plany wdrożenia opracowanych rozwiązań. Projekt jest finansowany z programu Fundusze Europejskie dla Nowoczesnej Gospodarki.
Absolwentka Inżynierii Środowiska na Politechnice Warszawskiej. Specjalizuje się w technicznych i naukowych tekstach o przyrodzie, zmianie klimatu i wpływie człowieka na środowisko. W swoich artykułach łączy rzetelną wiedzę inżynierską z pasją do natury i potrzeby życia w zgodzie z otoczeniem. Uwielbia spędzać czas na łonie przyrody – szczególnie na Warmii, gdzie najchętniej odkrywa dzikie zakątki podczas pieszych wędrówek i wypraw kajakowych
Opublikowany: 27 października, 2026
