Na ratunek Ziemi. Prąd za darmo dzięki perowskitom

Wyobraź sobie, że możesz przestać płacić rachunki za prąd, choć cały twój dom ma zapewnione zasilanie. Że paliwo do twojego elektrycznego samochodu jest całkowicie darmowe. Przyjemne marzenia? Najlepsze jest to, że niedługo mogą stać się rzeczywistością.

Ponad 800 kWh energii elektrycznej zużywa średnio w ciągu roku każdy Polak. Nasze domy, samochody, firmy działają podłączone do gniazdka z prądem, a każda awaria, przerwa w dostawie energii czy podwyżka cen to katastrofa dla współczesnego stylu życia.

Aby sprostać temu zapotrzebowaniu elektrownie spalają paliwa kopalne, rośnie koncentracja gazów cieplarnianych w atmosferze, co przyczynia się do wysypu chorób odsmogowych. Według najnowszych danych zanieczyszczenie powietrza odpowiada w tej chwili za więcej zgonów niż palenie tytoniu, a konkretnie za około dziewięć milionów przedwczesnych śmierci rocznie.

A co, jeśli można znaczną część tej energii uzyskać bezpłatnie i jednocześnie nie wydzielać do atmosfery ton gazów cieplarnianych?

Po pierwsze warto uświadomić sobie jedno: dysponujemy odnawialnym i całkowicie ekologicznym oraz tanim źródłem energii. Jest nim Słońce, które w ciągu godziny emituje w kierunku Ziemi więcej energii niż cała ludzkość zużywa w ciągu roku. Trzeba tylko znaleźć sposób, by tę energię wydajnie wykorzystać. I tutaj na arenę wchodzą ogniwa fotowoltaiczne, ale nie te klasyczne, krzemowe, lecz na bazie perowskitu.

Perowskity to minerały mogące pochłaniać światło. Naturalny perowskit nie ma zdolności przewodzenia prądu, jednak zmieniając nieco jego strukturę w laboratorium można nadać mu tę zdolność. Staje się dzięki temu znakomitym materiałem do tworzenia ogniw fotowoltaicznych. Ogniw, które w przeciwieństwie do tradycyjnych paneli mogą być elastyczne, transparentne i bardzo lekkie, a co za tym idzie - mogą być umieszczone praktycznie naF całym budynku.

Co to konkretnie oznacza? Że budynek staje się jednym wielkim kolektorem słonecznym. Energię zbiera dach, ściany, a nawet - dzięki temu, że panele mogą być przezroczyste - szyby. Warte podkreślenia jest również to, że ogniwa perowskitowe są wydajne nawet wówczas, gdy promienie słoneczne nie padają pod optymalnym kątem.

Nad rozwojem technologii pracuje polska spółka Saule Technologies, która w tej chwili dysponuje ogniwami o efektywności 10 proc. Oznacza to, że jeden metr kwadratowy powierzchni pokrytej ogniwami na bazie perowskitu pozwala wytworzyć 100 watów. Firma opracowuje właśnie ogniwa o efektywności 15 proc., co da już 150 watów z metra kwadratowego.

Według wyliczeń spółki, dom o powierzchni niespełna 100 metrów kwadratowych, pokryty w całości (elewacja, dach, okna) ogniwami fotowoltaicznymi na bazie perowskitu o wydajności 12,6 proc., może nie tylko być samowystarczalny energetycznie. Może nawet zasilić trzy inne domy podobnej wielkości. W ciągu roku może wygenerować cztery razy więcej, niż zużywa w tym okresie przeciętna czteroosobowa rodzina.

A na tym nie koniec. Profesor Michael McGehee, związany z amerykańskim Narodowym Laboratorium Energii Odnawialnej, opublikował w październikowym wydaniu "Nature Energy" przełomowy artykuł. Twierdzi, że wraz ze swoim zespołem opracował metodę zwiększenia wydajności ogniw fotowoltaicznych na bazie perowskitu do 30 proc. Oznaczałoby to, że każdy metr kwadratowy takich paneli pozwalałby na wygenerowanie 300 watów energii.

- Deklaracja prof. Michaela McGehee nie powinna budzić zdziwienia. Nakładając jedno ogniwo perowskitowe na drugie, jak zrobił to prof. McGehee, można osiągnąć większą wydajność, korzystając tylko z pojedynczego ogniwa. Jest to możliwe, gdy ogniwa są częściowo przezroczyste – a jest to właśnie cecha ogniw perowskitowych - i każde jest dostrojone do innego zakresu spektrum światła - twierdzi Olaf Szewczyk z Saule Technologies.

Gdyby to się udało, to do rozwiązania pozostałaby jeszcze kwestia magazynowania tak zebranej energii. Ale nad tym problemem pracuje m.in. Tesla, tworząc coraz wydajniejsze powerwalle.

A co z kosztami? Według Saule Technologies pokrycie 100-metrowego domu ogniwami fotowoltaicznymi zwróciłoby się po dziewięciu latach eksploatacji. Co prawda nie znamy konkretnej detalicznej ceny paneli na bazie perowskitu. Ale zakładając, że będą one tańsze zaledwie o kilka proc. od tych krzemowych, przewidywalny zwrot jest możliwy.

- Nie sposób mówić dziś o finalnej cenie paneli na bazie perowskitu, bo wciąż nie są one masowo produkowane. Warto jednak zwrócić uwagę, że koszt produkcji tradycyjnych ogniw krzemowych znacząco podbija obróbka w bardzo wysokich temperaturach (kilkaset stopni Celsjusza). Notabene, to także istotnie zwiększa dług energetyczny zaciągnięty w trakcie produkcji, który te ogniwa będą spłacać – zauważa Olaf Szewczyk.

Z kolei produkcja ogniw perowskitowych jest dużo tańsza – wystarczy temperatura pokojowa. Można je drukować nawet na cienkiej folii, co obniża wagę i objętość, a więc zarazem koszty transportu, przechowywania, prawdopodobnie montażu. - Jest wiele powodów, by zakładać, że ogniwa perowskitowe będą stosunkowo łatwo dostępne także dla osób niezamożnych. W Saule Technologies wierzymy, że nasze ogniwa perowskitowe okażą się szansą dla ubogich społeczeństw krajów globalnego południa - dodaje Szewczyk.

I wszystko byłoby dobrze, gdyby nie to, że przynajmniej w naszym kraju Słońce jako źródło energii nie jest traktowane zbyt poważnie. W cytowanym powyżej badaniu GUS-u pojawia się informacja, że kolektory słoneczne wykorzystywało 1,7 proc. gospodarstw domowych, w tym do ogrzewania pomieszczeń tylko 0,14 proc. Na szczęście powoli się to zmienia. A kto wie, czy nie zmieni się szybciej, skoro we Wrocławiu powstaje właśnie pierwsza na świecie linia produkcyjna perowskitowych ogniw słonecznych.