shutterstock 1126007870

Lepkeszárnyból hasznosítanának napenergiát tudósok

2022.08.25. 12:29

A kinyert energiát a vizeket szennyező anyagok kémiájának megváltoztatására, ezáltal azok káros hatásainak csökkentésére fordítanák.

Bizonyos lepkefajok szárnyát cink-oxid vegyülettel bevonva környezetkímélő módon és olcsón állíthatók elő úgynevezett fotonikus nanoszerkezetek, amelyek lehetővé teszik a napenergia közvetlen hasznosítását kémiai folyamatok előidézésére – állapították meg az Eötvös Loránd Kutatási Hálózat Energiatudományi Kutatóközpont (ELKH EK) Műszaki Fizikai és Anyagtudományi, valamint Energia- és Környezetbiztonsági Intézetének kutatói.

Az eredmények új távlatokat nyithatnak többek között a vízben oldott szennyező anyagok – például festékek, gyógyszermaradványok, mikroműanyagok – káros hatásainak csökkentését célzó vízkezelés terén. A kutatást bemutató tanulmány a Royal Society Open Science című rangos szakfolyóiratban jelent meg.

Mint azt a közlemény kiemeli: a napfényt a jövő elsődleges megújuló energiaforrásaként tartják számon, amelynek egyik közvetlen felhasználási formája a fotokatalízis. Ennek során a napenergiát közvetlenül hasznosítják kémiai folyamatok előidézésére, ami sokkal hatékonyabb, mintha előbb elektromos energiává alakítanák – például napelemek segítségével -, majd az így nyert energiát használnák fel a kémiai folyamatokban.

Egyes félvezető anyagok, mint például a cink-oxid és a titán-dioxid képesek ilyen kémiai változásokat előidézni. Elnyelik a rájuk eső fényt, és ezzel olyan gerjesztések keletkeznek bennük, amelyek a különféle, vízben oldott nemkívánatos anyagokban – például festékekben, gyógyszermaradványokban, mikroműanyagokban – kémiai változásokat idéznek elő, ezzel csökkentve azok káros hatásait.

Tulajdonságaik révén a cink-oxid és a titán-dioxid is leginkább az ultraibolya fényt tudják hasznosítani fotokatalízis céljára, ami jelentősen bonyolítja és költségessé teszi felhasználásukat a vízkezelésben. Igen előnyös lenne, ha fokozni lehetne fotokatalitikus aktivitásukat a látható fény tartományában, hiszen akkor számos átlátszó műanyag és az üveg is használhatóvá válna, így olcsóbb lenne az alkalmazásuk.

via GIPHY

Ennek egyik lehetséges módja a fotonikus kristályokként ismert, a fény terjedését befolyásolni képes, különleges nanoszerkezetek használata, ám azok mesterséges előállítása drága és időigényes, valamint a folyamat során káros anyagok alkalmazására is szükség lehet. Ugyanakkor számos lepkefaj hímjeinek szárnyain előfordulnak fotonikus kristály jellegű – kitinből és levegőből felépülő – nanoarchitektúrák, amelyek a lepkék szexuális kommunikációjában játszanak meghatározó szerepet.

Az ELKH EK kutatói közönséges vagy Ikarusz boglárka lepkéket tenyésztenek, amelyek lehetővé teszik ezeknek a hasznos nanoszerkezeteknek a környezetkímélő és olcsó előállítását. A laboratóriumi körülmények között nevelt lepkék esetében egyetlen szaporodó párnak hat-hétszász utódja is lehet. 

Modern anyagtudományi eljárásokkal lehetséges a lepkék szárnyait borító fotonikus nanoarchitektúrák befedése cink-oxid réteggel, mely réteg vastagságának változtatásával a visszavert fény színe is hangolható. 

Ezzel az eljárással pedig fokozható a cink-oxid vegyület kémiai változásokat előidéző, napenergia-hasznosító tulajdonsága.

A kísérletekhez a kutatók különböző fajoktól származó, néhány nanométer vastagságú cink-oxid réteggel borított lepkeszárnyakat alkalmaztak.

(MTI)