Da li je moguće utkati solarne panele u tekstil?

Foto: Smithsonian

Prevela: Mirjana Dragović

Merijen Ferbenks, dizajnerka tekstilnih materijala, godinama je pravila torbe sa solarnim punjenjem. Njena kompanija „Nun Solar” (Noon Solar) je bila okrenuta ka imućnijim, urbanim kupcima i doživela je vrhunac kada je robu distribuirala za 30 radnji u Americi i Kanadi. Iako je „Nun Solar” prekinuo sa radom 2010. godine, Ferbenks, koja se zaposlila kao profesor asistent na univerzitetu Viskonsin-Medison 2014. godine i dalje je bila zainteresovana za koncept solarnog dizajna.

Kada je stigla na univerzitet, upoznala je Triš Endru. Endru je profesor asistent, trenutno predaje organsku hemiju na univerzitetu Masačusets-Amherst. Njena specijalnost je izgradnja lakih i jeftinih solarnih ćelija; tačnije, proizvela je organsku solarnu ćeliju na bazi boje.

Saradnja između njih dve je započela običnim telefonskim razgovorom. „Pitala sam Triš da li bismo na tekstilu mogle da primenimo ono što je ona primenila na papiru. Tako je počeo naš projekat”, objašnjava Ferbenks.

„Proces kojim se pravi današnja nosiva elektronika je jednostavan proces pakovanja”, rekla je Endru. Na primer Fitbit ili Apple sat - oni imaju ugrađenu štampanu ploču u kojoj se nalazi malo električno kolo. Dozvoljava vam da „nosite” taj uređaj, ali za mene to nije prava nosiva elektronika. To je samo nešto što je ušiveno u drugi materijal.”

download.jpg

Foto: Marianne Fairbanks

Njihova zajednička strast ka solarnoj inovaciji ih je dovela ka dovršavanju dizajna solarnog tekstila. Dok Ferbenks ima u planu da obrađuje gotovu tkaninu, Endru se nada da će od te tkanine moći da proizvodi tkaninu koja će moći da se prodaje. Endru zamišlja solarne panele na sedištima automobila sa toplotnom izolacijom ili čak male solarne panele utkane u veće odavne predmete.
Kako je poznato, solarni paneli se prave od stakla ili plastike - materijala koji su tvrdi i mogu lako biti uništeni.

Istraživači su se prvi put okrenuli tekstilu 2001. godine kako bi stvorili solarnu komponentu koja je savitljiva, prozračna i fleksibilna. Od tada je solarna tkanina postala deo krovova stadiona, garaža, pa čak i nosive umetnosti. Međutim, Endru i Ferbenks tvrde da je njihova tkanina bolja od ostalih: prozračnija je, jača i gušća. Ne samo da su osmislile kako da svoj proces stvaranja solarne tkanine upotrebe za bilo koju vrstu tkanine, već njih dve, naučnica i dizajnerka, zajedno mogu solarni tekstil da približe tržištu koje je komercijalnije i pristupačnije.

„Najveći problem je što je tekstil previše grub, kada se posmatra sa aspekta inženjeringa i hemije. To je trodimenzionalna podloga; dakle, nije ravna”, objašnjava Endru.

Njihova solarna ćelija se sastoji iz jednog sloja tkanine koji ima četiri različita sloja polimera. Prvi sloj je provodljivi polimerni kompleks poli (3.4-etilendioksitiofen) ili PEDOT. Endru i Lušuai Zeng, njen asistent za postdoktorsko istraživanje, otkrile su da ovaj kompleks može izuzetno dobro da poboljša provodljivost tkanine. Ostala tri sloja su različite poluprovodne boje, poput plavog bakarnog ftalocijanina, koji služe kao fotoaktivni slojevi ili apsorberi svetlosti ćelije. Endru i Ferbenks su više puta imale uspeha sa prva dva sloja, ali i dalje rade na trećem i četvrtom sloju.

-profesionalno_odevanje.gif

Tkanine su porozne, za razliku od glatkog sjajnog stakla ili plastike. Zbog toga ih je teško jednako obložiti specifičnim polimerima. Komad tkanine se pravi povezivanjem više vlakana. Svako vlakno je manje ili više grubo, a taj stepen grubosti se sa hemijske tačke gledišta meri u nanometrima, mikrometrima, i tako dalje.

„Kako bi se ta površina zapravo obložila elektronski provodnim polimerom, moraju se premostiti svi ovi različiti stepeni grubosti, što je veoma teško”, kaže Endru.

Kako bi rešila ovaj problem, Endru je odlučila da isproba tehniku taloženja hemijskih isparenja, koja se obično koristi za neorganske eksperimente u kojima se koriste tvrde podloge, poput metala ili plastike. Endru može jednako da obloži bilo koju proizvoljnu supstancu, uključujući i tkaninu tako što će iskoristiti transport mase ili opšte zakone fizike koji utiču na kretanje mase od jedne do druge tačke. To je moguće zato što se nanomaterijali koje koristi mogu upotrebiti bez obzira na površinu podloge. Štaviše, tkanine oblaže PEDOT-om u vakuumu.

Naredni korak je određivanje tkanine koja će im najviše odgovarati.

„Razmišljala sam o svili, vuni, najlonu - o svim ovim različitim podlogama”, rekla je Ferbenks, naglašavajući da su materijali standardni uzorci iz „Džoen Febriks” (Jo-Ann Fabrics). Kako bi testirala tkanine, sve ih je obložila PEDOT-om i drugim poluprovodnim materijalima, a zatim ih povezala sa elektrodnim spojnicama i žicama. Sprovele su napon i izmerile izlaznu struju svakog uzorka pojedinačno.

Smiling_web_0.jpg

Foto: Wisconsin Energy Institute

„Neki od njih bi se ugrejali i preuzeli energiju koju bi pretvorili u toplotu; neki su odbacili toplotu i bili su mnogo bolji provodnici”, rekla je Ferbenks.

„Provodljivost PEDOT-a je u potpunosti zavisila od podloge”, dodala je Endru. „Ako smo imali porozni tekstil, provodljivost je bila veća od one koju ima bakar. Ako smo imali paperjasti tekstil, poput džempera od paperjastog pamuka, filcovanu vunu ili tekstil veoma čvrstog tkanja, onda je provodljivost PEDOT-a bila veoma loša.”

Na osnovu njihovog početnog eksperimenta, Endru je pokušala da upotrebi prototip rukavice kako bi iskoristila različita svojstva svake tkanine. U suštini, za njihov dizajn su koristile specifičan tekstil kako bi sprovele struju radi zagrevanja različitih delova rukavice. Prototip je napravljen od vlakana ananasa, koji je dobar provodnik i upija toplotu i od pamuka, koji služi kao kočnica koja zadržava toplotu između slojeva. Ovo je prvi odevni predmet koji su njih dve napravile za tržište.

„Ono što je zaista fascinantno u ovoj saradnji jeste činjenica da se nismo udružile kako bismo napravile ovu rukavicu. Ona je jedan od onih sporednih rezultata originalnog istraživanja”, rekla je Ferbenks.

Kroz proces istraživanja i razvoja, Endru i Ferbenks su eksperimentisale i van svoje prvobitne ideje o solarnom tekstilu, procesu koji je još uvek u toku. Osmislile su još jednu solarnu inovaciju koja uključuje oblaganje svakog pojedinačnog vlakna PEDOT-om i međusobno tkanje delova kako bi se oformilo kolo koje će moći da funkcioniše kao triboelektrični uređaj koji mehanički pokret pretvara u silu. Njih dve su napravile uzorke različitih šara, širine i dužine od po 25 cm i najveća snaga koju su proizvele jeste 400 milivata, tako što su njima mahale kao zastavicama.

„Ako biste napravili običnu zavesu za vašu kuću, koja je visoka i široka 1 metar, to je i više nego dovoljno snage da napunite vaš smartfon”, tvrdi Endru. Dodaje i kako bi materijalu bio potreban samo povetarac kako bi proizveo potrebnu snagu.

Marianne_Side_Projects.jpg

Foto: Lula's Walls

Endru i Ferbenks rade sa više kompanija koje su zainteresovane da ove ideje pretoče u proizvode. Na primer, Endru ima stipendiju od „Er Forsa” (Air Force) za proizvodnju solarnih šatora za vojnike, a sa „Patagonijom” (Patagonia) radi na opremi za kampovanje, planinarenje i slično.

„To je za mene veoma uzbudljivo”, kaže Ferbenks, „zato što bi lovci mogli da je koriste u divljini ili se pak može koristiti na terenu u vojne i medicinske svrhe, na načine na koje se glomazni solarni paneli nikada neće koristiti.”

Ferbenks u ovome vidi beskonačan potencijal. Solarni tekstil, kako kaže, u budućnosti bi se mogao koristiti na različite načine: za kišobrane, nadstrešnice i izbeglička skloništa. Triboelektrična tkanina bi se mogla koristiti za kuhinjske alate ili sportsku opremu, poput majica i patika za trčanje - bilo šta za čije korišćenje je potrebno kretanje, pošto se tako proizvodi energija.

„Jedva čekam da dizajn počne u potpunosti da deluje i da ga koriste ljudi širom sveta”, kaže Ferbenks.


Izvor: Smithsonian


Mirjana je veliki filmofil, večiti optimista i veruje da je smeh najbolji lek.