Растения поглощают свинец из перовскитных солнечных элементов больше, чем ожидалось

Свинец из металлоорганических перовскитных соединений может поглощаться растениями особенно легко. Его биодоступность значительно выше, чем у свинца из неорганических соединений, например, из аккумуляторов. Это показано в исследовании ученого HZB Антонио Абате с партнерами из Китая и Италии, опубликованном в Nature Communications.

Некоторые перовскитные соединения — кандидаты для создания более эффективных и дешевых солнечных элементов. Их кристаллическую решетку формируют органические катионы метиламмония (MA⁺), окруженные атомами тяжелых металлов (свинца или олова) и такими атомами, как йод. Лучшие современные перовскитные солнечные элементы создаются на основе свинца. За 10 лет исследований эффективность этих элементов в лаборатории выросла с 4% (2009) до более 25% (2019). Однако свинец токсичен и не должен попадать в пищевую цепь. С другой стороны, для солнечного модуля нужно очень мало свинца: квадратный метр перовскитного модуля содержит всего 0,8 грамма свинца, что очень мало по сравнению с другими техническими источниками (например, аккумуляторами).

Команда под руководством профессора Антонио Абате из Центра Гельмгольца в Берлине провела исследование для оценки этого риска. Они сотрудничали с учеными-растениеводами из Фуцзяньского университета сельского и лесного хозяйства (Китай), где проводились эксперименты, и с группой из университета Неаполя (Италия).

Эксперты подготовили образцы загрязненной почвы с разными концентрациями свинца из перовскитных солнечных элементов или других источников и вырастили на них различные растения. После периода роста они проанализировали содержание свинца в листьях и других частях растений. Оказалось, что свинец из перовскитных солнечных элементов в 10 раз более биодоступен, чем свинец из других промышленных источников.

«Более того, способность поглощать свинец увеличивается с ростом концентрации перовскита в почве», — говорит доктор Цюн Ван из команды Абате. Она предполагает, что это может быть связано с тем, что органические катионы в перовските изменяют pH почвы и тем самым способствуют поглощению свинца растениями. «Эти результаты показывают, что мы не можем рассматривать перовскит просто как еще один источник загрязнения свинцом», — заключает Абате.

Абате работает над созданием бессвинцовых перовскитных солнечных элементов на основе олова. Олово также высокотоксично, хотя быстро переходит в нерастворимые в воде формы. Серия экспериментов с мятой на загрязненной оловом почве показала, что растения поглощают лишь небольшое его количество. Однако бессвинцовые элементы пока уступают по эффективности содержащим свинец и имеют еще большие проблемы со стабильностью.

Центр Гельмгольца в Берлине обладает экспертизой в области перовскитных солнечных элементов. «Мы должны очень широко исследовать этот класс материалов, — говорит Абате. — Конечно, важно повышать эффективность и долговременную стабильность, но нам также необходимо убедиться, что эти материалы не представляют риска для окружающей среды».