Meie kodud ja kontorid täituvad peagi nutikate värkvõrguseadmetega (IoT) – näiteks liikumisandurite ja termostaatidega. Need ei tarbi palju energiat, mistõttu hakkavad neid toitma odavad ja paindlikud kolmanda põlvkonna päikeseelemendid, mis toodavad elektrit otse toavalgusest, kirjutab Tallinna Tehnikaülikooli järeldoktor-teadur Jekaterina Sydorenko.

Arendame Tallinna Tehnikaülikoolis just selliseid antimoniühenditel põhinevaid päikeseelemente. Kasutame neis valgusepüüdjana antimonsulfiidi, sest see neelab valgust tõhusalt juba üliõhukese kihina.

Antimoniühendeid on aastakümneid kasutatud eelkõige leegiaeglustites, akudes ja plastpudelite tootmisel. Nüüd lisatakse neid massiliselt ka päikeseklaasi tootmisse, mille tõttu on päikesetööstuse osa antimoni tarbimises hüpanud vaid ühelt protsendilt enam kui 26 protsendile. Lisaks on hüppeliselt kasvanud teadusuuringute arv, kus antimonsulfiidi kasutatakse uute päikeseelementide valgusepüüdjana.

Kui need päikeseelemendid aastakümne pärast massiliselt turule jõuavad, saab nende eluiga ükskord otsa. Ilma taaskasutuseta ei päästa uus tehnoloogia keskkonda – see uputab meid täiendava e-prügi alla ja kaotab väärtusliku antimoni otse prügimäele.

Antimoni teadaolevad maapõuevarud piirduvad 1,8 miljoni tonniga. See on üks kiiremini kuluvaid metalle maailmas. Globaalne ringlussevõtu määr on siiani olnud nutuselt madal – vaid 8,5 protsenti.

Olukorra muudab veelgi pingelisemaks tarnijate väike arv. Maailmaturul dikteerivad antimoni kättesaadavust peamiselt Hiina ja Venemaa. Sõltume neist kahest riigist peaaegu täielikult. See sõltuvus teeb meie rohetehnoloogiad tarneahela häirete suhtes äärmiselt haavatavaks.

Lahendus peab sünnima enne probleemi

Tallinna Tehnikaülikoolis ei istu me käed rüpes. Loome antimoni taaskasutuse meetodeid juba praegu, paralleelselt uute päikeseelementide arendamisega. Kui ootame hetkeni, mil antimonipõhised päikeseelemendid turule jõuavad, on juba hilja.

Viibin praegu Saksamaal Helmholtz-Erlangen-Nürnbergi instituudis (HI-ERN) järeldoktorantuuris. Minu uurimisprojekti kitsam eesmärk on luua toimivad keemilised võtted, millega võtta eluea lõppu jõudnud päikeseelemendid osadeks ning eraldada antimoni nii puhtalt, et seda saaks uuesti kasutada.

Päikeseelement on kui üliõhukestest materjalidest koosnev tihe võileib. Aluseks on juhtiv klaas, selle peal elektrit juhtiv pooljuhikiht, valgust neelav antimonsulfiid, augutranspordikiht ning kõige peal õhuke kuldne kontakt.

Me lammutame selle võileiva kihthaaval. Antimoni kättesaamiseks peseme esmalt orgaaniliste lahustitega maha pealmised kihid. Järgmisena lahustame antimonsulfiidi happega.

Raha ja keskkonna säästmiseks hoiame eeskätt alles kalli alusklaasi. Me ei tohi seda protsessis kahjustada, et võtta see uute päikeseelementide valmistamiseks kohe uuesti käiku. Meie lõppeesmärk on eraldada kõik toorained ja suunata need uude ringi.

Antimoni uus elu

Meie esimesed laborikatsed annavad põhjust olla lootusrikas. Oleme saavutanud antimoni kättesaamisel umbes 80-protsendilise saagise.

Eraldatud antimon ei rända aga purki riiulile. Muundame selle kolmeks väärtuslikuks ühendiks, mille kasutusvaldkonnad ulatuvad päikeseenergeetikast palju kaugemale. Näiteks sobib antimontrioksiid reovee puhastamiseks, kus see aitab lagundada ohtlikke orgaanilisi saasteaineid. Puhas metalliline antimon läheb uute akude tootmiseks, et lahendada energia salvestamise probleeme, ning antimonatsetaat rändab otse uute päikeseelementide ehituskiviks.

Nõnda paneme ühe materjali mitmel rindel korraga tööle. Iga gramm laborites ringlusse võetud metalli vähendab survet ammenduvatele maapõuevaradele, kärbib sõltuvust kriitilistest tarneahelatest ja hoiab meie elukeskkonna puhtana.