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Pesquisadores desenvolvem filtro UV de base biológica com nanocelulose e cebola roxa, superando materiais convencionais em proteção e transparência para células solares
Pesquisadores desenvolveram uma película de proteção ultravioleta (UV) de base biológica que pode substituir materiais convencionais derivados do petróleo em células solares. O estudo, conduzido pela Universidade de Turku, na Finlândia, em parceria com a Universidade Aalto e a Universidade de Wageningen, representa a primeira análise abrangente comparando diferentes filtros UV de base biológica e sua eficácia a longo prazo.
As células solares são altamente vulneráveis à degradação provocada pela radiação UV. Para prolongar sua vida útil, filmes protetores são necessários. Os materiais convencionais usados nesses revestimentos incluem compostos à base de petróleo, como fluoreto de polivinila (PVF) e tereftalato de polietileno (PET).
No entanto, a busca por alternativas sustentáveis levou os cientistas a explorarem a nanocelulose, um biopolímero em nanoescala.
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Alternativa ecológica supera filtros convencionais
Os pesquisadores modificaram a nanocelulose com compostos específicos para melhorar a proteção UV sem comprometer a transparência. Um dos avanços mais significativos veio da infusão do material com extrato de casca de cebola vermelha.
O estudo revelou que os filmes de nanocelulose enriquecidos com esse extrato alcançaram uma absorção UV de 99,9% em comprimentos de onda de até 400 nanômetros, superando os filtros baseados em PET.
O pesquisador de doutorado Rustem Nizamov, da Universidade de Turku, destacou o potencial desses materiais. “Filmes de nanocelulose tratados com corante de cebola vermelha são uma opção promissora em aplicações onde o material protetor deve ser de base biológica”, afirmou.
Comparando diferentes filtros UV
A equipe testou quatro tipos distintos de filmes de nanocelulose modificados com diferentes substâncias, incluindo extrato de cebola roxa, lignina e íons de ferro.
Os resultados mostraram que o filtro enriquecido com cebola roxa ofereceu a melhor proteção UV. Além disso, conseguiu equilibrar proteção UV e transparência, fator essencial para a eficiência das células solares.
A radiação UV prejudica as células solares, mas a luz visível e a infravermelha próxima (entre 700 e 1.200 nanômetros) são fundamentais para a conversão fotovoltaica. O grande desafio é desenvolver materiais que bloqueiem a radiação prejudicial sem reduzir a transmissão de luz necessária para a geração de energia.
A lignina, por exemplo, mostrou-se ineficaz nesse equilíbrio. Embora tenha boas propriedades de bloqueio UV, sua coloração marrom escura prejudica a transparência óptica.
Em contraste, os filmes tratados com cebola vermelha mantiveram mais de 80% de transmissão de luz entre 650 e 1.100 nanômetros, tornando-se uma alternativa promissora para revestimentos fotovoltaicos.
Testes de durabilidade e aplicações futuras
Para avaliar a estabilidade dos filtros UV de base biológica, os pesquisadores realizaram testes de envelhecimento acelerado. Os materiais foram expostos à luz artificial por 1.000 horas, simulando um ano de exposição solar ao ar livre em um clima europeu.
Durante esse período, imagens digitais foram utilizadas para monitorar as mudanças visuais nos filmes protetores e nas células solares.
Segundo Nizamov, os testes ressaltaram a importância da avaliação de longo prazo. “O estudo enfatizou a importância de testes de longo prazo para filtros UV, pois a proteção UV e a transmitância de luz de outros filtros de base biológica mudaram significativamente ao longo do tempo. Por exemplo, os filmes tratados com íons de ferro tiveram boa transmitância inicial, que reduziu após o envelhecimento”, explicou.
Os filmes foram testados em células solares sensibilizadas por corantes, uma das tecnologias mais vulneráveis à degradação induzida por UV. No entanto, os cientistas acreditam que as descobertas podem ser aplicadas a outras tecnologias fotovoltaicas, como células de perovskita e células solares orgânicas.
Expansão para novas áreas
O estudo também sugere que esses filtros UV podem ser utilizados em outras aplicações que exijam proteção contra radiação ultravioleta. “Esses resultados também são relevantes para a proteção UV de outros tipos de células solares, bem como qualquer aplicação onde o uso de um filtro UV de base biológica seja primordial”, acrescentou Nizamov.
As próximas etapas da pesquisa incluem integrar componentes biodegradáveis em células solares, visando criar tecnologias energéticas sustentáveis.
Entre as possibilidades futuras, pesquisadores destacam o desenvolvimento de sensores autoalimentados para embalagens de alimentos e dispositivos eletrônicos transitórios.
A professora Kati Miettunen, especialista em engenharia de materiais, ressaltou o interesse da indústria florestal no avanço dessas pesquisas. “A indústria florestal está interessada em desenvolver novos produtos de alta qualidade. No campo da eletrônica, estes também podem ser componentes para células solares”, disse.
Com os resultados positivos, a nanocelulose modificada com corante de cebola vermelha surge como uma opção viável para aumentar a eficiência e durabilidade das células solares, reduzindo a dependência de materiais derivados do petróleo.
Com informações de Interesting Engineering.
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