Americké námořnictvo financovalo dánský výzkum prevence biologického znečištění při zachování propustnosti viditelného světla na podvodních solárních článcích. Vrchní roztok u nového povlaku využívá ultranízké koncentrace pigmentů rozpustných v mořské vodě v nano velikosti. Výroba energie zůstala téměř 100 % po 13 týdnech pod vodou.
Výzkumníci financovaní americkým námořnictvem vyvinuli nový povlak pro podvodní solární články. Ten zabraňuje biologickému znečištění a zároveň zachovává propustnost viditelného světla. Biologické znečištění, uchycení a růst organismů, může snížit optickou účinnost solárních článků. Tyto buňky se používají v bezpilotních a autonomních podvodních vozidlech pro námořní dohled, oceánografický výzkum a další aplikace.
,,Nezbytnost této studie je zdůrazněna současným nedostatkem nátěrových systémů, které jsou odolné vůči znečištění a samy si zachovávají propustnost světla,“ uvedli akademici. „Stávající nátěry vyžadují pravidelné lidské zásahy, jako je mechanické čištění a ošetřovací techniky. A to proto, aby byla zachována účinnost, což je únavný a pracný proces. Navrhovaná technologie samoleštění má potenciál eliminovat potřebu mechanického ošetřování a nabízí efektivnější a méně pracné řešení.“
Nové řešení využívá ultranízké koncentrace nanorozměrných pigmentů rozpustných v mořské vodě, jako je oxid měďný (Cu2O) a oxid zinečnatý (ZnO). A to v kombinaci s organickým biocidem a rychle se leštícím pojivem. Tým vysvětlil, že když jsou tyto povlaky vystaveny mořské vodě, částice pigmentu se rozpustí a vytvoří porézní vrstvu. Ta umožní mořské vodě difundovat do povlaku.
Nový povlak zabraňuje růstu rostlin na podvodních solárních článcích
,,Tato vyluhovaná vrstva umožňuje rozpuštěným biocidním sloučeninám difundovat z povlaku do mořské vody,“ uvedli. „Vyluhovaná pojivová matrice vrstvy reaguje s ionty mořské vody a řízeným způsobem tvoří rozpustné sloučeniny. Aby se to vyrovnalo a dosáhlo se vyšší nebo nižší rychlosti leštění, používají samolešticí povlaky kopolymery. Ty mohou nebo nemusí hydrolyzovat v mořské vodě. Jak hydrolýza pokračuje, erodující polymer a rozpouštějící se pigmentové fronty odhalují čerstvé vrstvy akrylátového polymeru a pigmentů. Což vede k samolešticímu efektu s víceméně stabilní tloušťkou vyluhované vrstvy.
Výzkumný tým testoval různé pojivové systémy pro nový povlak s použitím různých směsí částic. Jako pojiva použili silylakrylát (SA) samotný nebo kombinovaný s kalafunou (SA-R) v hmotnostním poměru 70:30. Směsi částic zahrnovaly oxid měďný v nano velikosti (NC), oxid zinečnatý v nano velikosti (NZ), organický kapalný biocid SeaNine 211 (SN), oxid měďný (MC) o velikosti mikronů a oxid zinečnatý (MZ) o velikosti mikronů.
Nátěry aplikovali na hladké, transparentní polykarbonátové substráty o tloušťce 6 mm o rozměrech 200 mm × 100 mm. Potažené panely se ponořily v Hundested Harbor v Dánsku na dva a půl měsíce. Přičemž kontroly a fotografie se pořídily po dvou, šesti a 10 týdnech.
„Kombinované působení NC, NZ a SN v nátěru SA-R poskytlo významnou odolnost vůči znečištění po dobu 12týdenní expozice, připisovanou synergické rychlosti rozpouštění a rychlé rychlosti leštění pojiva SA-R,“ řekli výzkumníci.
Dánský výzkum prevence biologického znečištění
Tento vítězný nátěr měl objemovou koncentraci pigmentu NC (PVC) 0,04 %, NZ PVC 0,08 % a hmotnostní procento bezrozpouštědlové nátěrové báze (SN) 3 %.
„Stejná formulace vykazovala úplné vyleštění do 12. týdne, po kterém se povlak začal znečišťovat, což znamená vysokou rychlost leštění asi 1,4 μm/den, která překonala konvenční rychlosti 5–15 μm/měsíc (0,15–0,5 μm/den ),“ uvedli vědci. „Další testování složení provedl Úřad pro námořní výzkum (ONR) na Floridě, kde povlak prokázal výjimečnou odolnost vůči biologickému znečištění v teplé (22 °C až 30 °C) mořské vodě s extrémními podmínkami znečištění. Výroba solární energie zůstala téměř 100 % účinnost po celých 13 týdnů.
Výzkumníci uvedli, že verze Cu2O a ZnO o velikosti nano jsou asi 20krát dražší než běžné verze o velikosti mikronů. Poznamenali však, že malý objem požadovaný ve vyvinutém roztoku udržuje náklady na formulaci relativně nízké.
Vědci z Technické univerzity v Dánsku popsali svou práci v „Samostatný antivegetativní povlak pro podvodní solární články“. Ten se nedávno publikoval v Progress in Organic Coatings.
Zdroj: pv-magazine, Vapol