Deze wetenschappelijke ontdekking maakt van een veelvoorkomend plantaardig afvalproduct de sleutel tot de bescherming van de zonnecellen van de toekomst.
Ergens in Finland beschermt een bijna onzichtbare film, gekleurd met het vervaagde violet van een uienvel, een zonnecel tegen dezelfde zon die hem van energie voorziet. Dit is geen moderne alchemistische truc of een excentrieke laboratoriumuitvinding. Het is toegepaste wetenschap, duurzaamheid en misschien wel de toekomst van fotovoltaïsche technologie.
De buitenste lagen van een rode ui, die in de compostbak of onderin de vuilnisbak belanden, bestaan uit meer dan alleen cellulose en pigmenten. Ze bevatten anthocyanen, verbindingen met een natuurlijke affiniteit voor ultraviolet licht. En dat is precies wat de aandacht heeft getrokken van een groep Europese onderzoekers die vastbesloten zijn om de manier waarop we onze zonnepanelen beschermen te veranderen.
Het onderzoek, gepubliceerd in ACS Applied Optical Materials en geleid door wetenschappers van de universiteiten van Turku en Aalto (Finland), samen met Wageningen (Nederland), heeft voor het eerst vier zonnefilters gemaakt van biogebaseerde materialen met elkaar vergeleken. Een daarvan, gemaakt van nanocellulose gekleurd met extract van rode uienschil (Allium cepa), overtrof zelfs de commerciële standaard op basis van PET-plastic. Dit is geen metafoor: het blokkeerde 99,9% van de ultraviolette straling onder 400 nanometer, een cijfer dat industriële filters gemaakt van aardoliederivaten ver achter zich liet.
Een plantaardig filter dat het goede licht doorlaat
Maar de echte verrassing was niet alleen het vermogen om schadelijk licht tegen te houden, maar ook het feit dat het tegelijkertijd meer dan 80% van het zichtbare en infrarode licht (tussen 650 en 1100 nanometer) ongehinderd doorliet. En dat alles zonder aan doeltreffendheid in te boeten tijdens meer dan 1000 uur continue blootstelling aan kunstlicht, wat overeenkomt met een volledig jaar onder de Midden-Europese zon.
Wetenschappers maken er geen geheim van: deze ontdekking is niet alleen technisch, maar ook symbolisch. In een wereld die verzadigd is met plastic en milieu-urgenties, heeft het omzetten van plantaardig afval in hightechoplossingen een krachtige culturele lading. De ui, alomtegenwoordig in de keuken, bescheiden van uiterlijk, wordt hier de onverwachte heldin in een strijd tegen de veroudering van schone energie.
“De film met uienextract is niet alleen efficiënt, maar gedraagt zich ook stabiel in de loop van de tijd”, zegt Rustem Nizamov, hoofdonderzoeker van de studie, in verklaringen die in verschillende persberichten zijn opgenomen. Hij spreekt voorzichtig, zoals past bij iemand die zijn uitvinding heeft getest in een van de meest vijandige omgevingen voor materialen: een met kleurstoffen gesensibiliseerde zonnecel (DSSC), die uiterst kwetsbaar is voor ultraviolet licht.
Op de afbeelding ligt een dunne laag, gekleurd met extract van rode uienschil, op met kleurstoffen gesensibiliseerde zonnecellen, zoals gebruikt in het experiment. Foto: Väinö Anttalainen
Van pigmenten naar zonne-energie
DSSC-technologie is weliswaar minder bekend dan traditioneel silicium, maar is populair in laboratoria vanwege de efficiëntie bij weinig licht en de esthetische aanpasbaarheid aan kleuren en vormen. Maar het is ook kwetsbaar: zonder bescherming kan het al na twee dagen beginnen te degraderen. Daarom is het succes van het plantaardige filter niet gering. Volgens de studie zou deze bescherming de levensduur van de cellen kunnen verlengen tot 8500 uur, tegenover de 1500 uur die het commerciële referentiefilter biedt.
De andere geteste materialen – lignine, een donker en robuust natuurlijk polymeer, en ijzer (III), bekend om zijn UV-absorberende eigenschappen – leverden op korte termijn acceptabele resultaten op, maar faalden na verloop van tijd. IJzer vertoonde bijvoorbeeld een goede initiële transmissie die afnam bij versnelde veroudering. Lignine is weliswaar effectief tegen UV-straling, maar kleurt de filters dofbruin, waardoor zichtbaar licht niet meer door kan dringen. En zonder zichtbaar licht is er geen elektriciteit.
De sleutel ligt in transparantie. Beschermen ja, maar zonder te blokkeren wat energie geeft. Hier maakt het uienextract het verschil. Het absorbeert niet alleen ultraviolet licht, maar doet dat zonder het nuttige licht te vertroebelen. Een soort onzichtbaar schild dat de cel beschermt zonder daar iets voor terug te vragen.
Het productieproces is niet ingewikkeld: de uienschillen worden gekookt in licht zuur water om de pigmenten, die rijk zijn aan anthocyanen, te extraheren. Vervolgens worden deze pigmenten in nanocellulosefilms aangebracht – een microscopisch netwerk van plantaardige vezels uit berkenhout – die de kleurstof als een spons absorberen. Het resultaat is een flexibele, biologisch afbreekbare film met verrassende optische eigenschappen.
De implicaties van dit werk reiken verder dan huishoudelijke zonnepanelen. Volgens de auteurs zouden deze films ook kunnen worden toegepast in opkomende technologieën zoals perovskietcellen of in biologisch afbreekbare elektronische apparaten. Ze zouden zelfs kunnen worden geïntegreerd in slimme voedselverpakkingen, waar sensoren die worden gevoed door minizonnepanelen verontreiniging of temperatuurschommelingen detecteren. Een universum van toepassingen waarin het natuurlijke niet in strijd is met het functionele.
Naast de wetenschap roept deze ontdekking een grotere vraag op: in hoeverre ligt de oplossing voor onze technologische problemen in het terugwinnen van vergeten kennis? Het idee om plantaardige kleurstoffen te gebruiken als bescherming tegen de zon is niet nieuw. Van met indigo geverfde stoffen in het oude Egypte tot paraplu’s van gewaxt papier in Japan: veel culturen wisten al vóór de komst van de moderne chemie hoe ze de hulpbronnen van de natuur konden gebruiken om bescherming tegen de zon te creëren.
Wat nu verandert, is de taal en de schaal. Wetenschappers extraheren pigmenten niet met een vijzel en de hand, maar met ultrasoon geluid en filtratie. De cellulosevezels worden niet geweven, maar verspreid op nanometerniveau. Maar de handeling is dezelfde, namelijk kijken naar de natuur, niet als een passieve bron van hulpbronnen, maar als een actieve bron van oplossingen.
Uiteindelijk stelt dit onderzoek niet alleen een technische verbetering voor, maar ook een verandering van perspectief. Tegenover de oneindige belofte van plastic, dat ons decennialang duurzaamheid zonder gevolgen verkocht, zoekt de wetenschap vandaag de dag naar materialen die goed functioneren en zonder geluid verdwijnen. Zoals uienvel, dat zijn taak vervult en elegant oplost.
