ژاپن اخیراً اولین پنل خورشیدی را معرفی کرده است که از تیتانیوم بهره می‌برد – فناوری‌ای که می‌تواند 1000 برابر قوی‌تر از سلول‌های خورشیدی سنتی باشد.
با استفاده از ویژگی‌های منحصربه‌فرد دی‌اکسید تیتانیوم و سلنیوم، این روش نوآورانه نه تنها بازدهی را به‌طور چشمگیری افزایش می‌دهد، بلکه پتانسیل تغییر کامل بخش تولید انرژی خورشیدی را نیز دارد.
پنل‌های خورشیدی تیتانیومی ارزان‌تر هستند
پنل‌های خورشیدی معمولی از مواد مبتنی بر سیلیکون استفاده می‌کنند، در حالی که فناوری جدید ژاپنی از لایه‌های تیتانیوم و سلنیوم در سلول‌های فتوولتائیک بهره می‌برد.
محققان دریافتند که با افزایش چسبندگی بین لایه‌های اکسید تیتانیوم و سلنیوم، بازدهی تبدیل انرژی بهبود می‌یابد و امکان تولید برق بیشتری از همان میزان نور خورشید فراهم می‌شود.
آن‌ها این فناوری را در مقاله‌ای که در نشریه Solar Energy Materials and Solar Cells منتشر شده، به جهانیان معرفی کردند.
تیتانیوم به دلیل استحکام فوق‌العاده و مقاومت بالای آن در برابر خوردگی، برای بسیاری از کاربردهای مهندسی مفید است. اما فرآیند استخراج پرمصرف آن همیشه استفاده گسترده از این فلز را بسیار پرهزینه کرده است.
انرژی خورشیدی و تیتانیوم
دانشمندان دانشگاه توکیو اکنون فرآیندی برای استخراج تیتانیوم طراحی کرده‌اند که ممکن است در نهایت سد هزینه‌ای این فلز را بشکند و آن را برای کاربردهای متعددی از جمله انرژی خورشیدی مقرون‌به‌صرفه‌تر کند.
نتایج این تحقیق که در نشریه Nature Communications منتشر شده است، پیامدهای گسترده‌ای دارد – نه تنها برای صنعت انرژی‌های تجدیدپذیر، بلکه برای سایر صنایعی که از تیتانیوم استفاده می‌کنند، مانند صنعت هوافضا و فناوری‌های پزشکی.
تورو اچ. اوکابه، نویسنده اصلی این مطالعه، توضیح می‌دهد:
“صنعت، فلزاتی مانند آهن و آلومینیوم را به‌صورت انبوه تولید می‌کند، اما تولید تیتانیوم دشوارتر است، زیرا حذف اکسیژن از سنگ معدن آن بسیار پرهزینه است.”
وی افزود: “ما از یک فناوری نوآورانه مبتنی بر فلزات نادر استفاده می‌کنیم که اکسیژن را از تیتانیوم تا سطح 0.02 درصد بر اساس جرم حذف می‌کند.”
هزینه بالای تیتانیوم دیگر مشکل‌ساز نیست
برای حذف اکسیژن از سنگ معدن تیتانیوم و تولید فلز خالص‌تر، انرژی زیادی لازم است. این موضوع باعث شده که تیتانیوم برای بسیاری از کاربردهای صنعتی بیش از حد گران باشد.
اما فرآیند استخراج جدید ژاپنی از یک عنصر کمیاب دیگر به نام ایتریوم استفاده می‌کند. این فلز معمولاً در فناوری‌های مختلفی مانند نمایشگرهای LED و ابررساناها به کار می‌رود.
محققان با واکنش دادن تیتانیوم مذاب با فلز ایتریوم، یک آلیاژ تیتانیوم کم‌هزینه و خالص‌تر تولید کردند.
ایتریوم؛ یک نعمت و یک چالش
ایتریوم به وضوح در خالص‌سازی تیتانیوم نقش مهمی دارد، اما یک چالش نیز به همراه دارد: محصول نهایی حاوی تا 1 درصد ایتریوم است که ممکن است بر دوام و مقاومت در برابر خوردگی تیتانیوم تأثیر بگذارد.
این اثرات می‌توانند برای صنایعی مانند الکترونیک و هوافضا مشکل‌ساز باشند.
با این حال، تلاش‌هایی برای حل این مسئله و کاهش آلودگی ناشی از ایتریوم در حال انجام است تا مزایای کاهش هزینه همچنان حفظ شود. در این صورت، تیتانیوم ارزان‌تر می‌تواند در کاربردهای بیشتری مورد استفاده قرار گیرد.
آینده انرژی خورشیدی
این مسیر نوآورانه علمی در همین‌جا متوقف نمی‌شود. بخش انرژی‌های تجدیدپذیر در آستانه یک تحول اساسی قرار دارد و هدف، استفاده هرچه مؤثرتر از منابع سبزتر است.
اگرچه مشکل ایتریوم باید حل شود، اما چشم‌انداز کلی مثبت است.
این حوزه، زمینه‌ای مساعد برای سرمایه‌گذاری‌های آینده است، زیرا ادامه تحقیقات و توسعه می‌تواند منجر به افزایش مقیاس‌پذیری و بازدهی بیشتر شود.
کلید تحقق این فناوری در سرمایه‌گذاری مستمر و همکاری جهانی نهفته است. موفقیت در این حوزه می‌تواند آغازگر عصری جدید برای انرژی خورشیدی باشد، عصری که انرژی پاک را قوی‌تر، در دسترس‌تر و مقرون‌به‌صرفه‌تر می‌کند.
با ورود پنل‌های خورشیدی نسل جدید و کاهش هزینه تیتانیوم، آینده انرژی‌های تجدیدپذیر هرگز تا این حد امیدوارکننده نبوده است.
ترسیم مسیر آینده
دستاورد ژاپن در توسعه پنل‌های خورشیدی تیتانیومی نه‌تنها یک پیشرفت در فناوری خورشیدی، بلکه یک تغییر بنیادین در چندین صنعت مختلف است.
با افزایش توجه جهان به راهکارهای انرژی پایدار، این نوآوری‌ها نشان‌دهنده دوره‌ای هستند که در آن مواد پیشرفته و مهندسی هوشمندانه مرزهای امکان‌پذیری را بازتعریف می‌کنند.
فراتر از انرژی‌های تجدیدپذیر، موفقیت پنل‌های مبتنی بر تیتانیوم می‌تواند پذیرش گسترده این فلز را در بخش‌هایی مانند الکترونیک و هوافضا تسریع کند، در عین حال هزینه تولید را کاهش داده و رشد اقتصادی را تقویت نماید.
سیاست‌گذاران و رهبران صنعتی اکنون فرصت منحصر‌به‌فردی برای حمایت از این پیشرفت‌ها دارند و می‌توانند راه را برای پیاده‌سازی گسترده و سرمایه‌گذاری‌های پژوهشی بیشتر هموار کنند.
در واقع، این نوآوری چیزی فراتر از یک دستاورد علمی است؛ بلکه یک گام جمعی به سمت آینده‌ای است که در آن انرژی پاک و کارآمد برای همه در دسترس خواهد بود.
جزئیات این تحقیقات در Solar Energy Materials and Solar Cells و Nature Communications منتشر شده است.
