
Verschillende herhalingen van de coating werden onder water getest voordat de onderzoekers het juiste recept voor de anti-fouling coating vonden. Credit: Narayanan Rajagopalan.
DTU -onderzoekers hebben een belangrijke coating ontwikkeld voor onderwaterdrones en zonnecelplatforms. De coating zal de drones niet in verschillende kleuren sieren, maar fungeert eerder als een zelfpolerende laag die algen en andere biofouling weghoudt van de ingebouwde zonnecellen van de drones wanneer ze op missies onder zeeniveau zijn.
De transparante coating werd ontworpen door professor Søren Kiil van DTU Chemical Engineering, die in samenwerking met assistent -professor Narayanan Rajagopalan, laboratoriummanager Claus Erik Weinell en een groep studenten. Het zorgt ervoor dat de energie van de zon erdoorheen gaat, terwijl ook voorkomen dat algen en andere vervuilingsmaterialen de zonnecellen beschermen.
SOS van de Amerikaanse marine
Onderwaterdrones worden gebruikt voor verschillende taken over de oceanen van de wereld, waaronder het onderzoeken van de zeebodem, bewaking en andere inspecties. Maar om de drones te laten functioneren, moeten ze in staat zijn om zonne -energie te absorberen wanneer de drones zich op het oceaanoppervlak positioneren.
Het Office of Naval Research, dat wetenschaps- en technologieprogramma’s ontwikkelt voor de US Navy and Marine Corps, benaderde DTU en sommige bedrijven en vroeg elk van hen om een oplossing voor het probleem te bedenken.
“Binnen een paar weken kwam ik met een idee en stelde ik een team samen. Door experimentele studies en proeven op ons teststation in de Hunded Harbor hebben we bewezen dat het idee werkt. Onze coating functioneert maximaal drie maanden zonder de noodzaak van mechanische schoonmaak van vervuiling,” zegt Kiil.
Het onderzoeksteam stuurde transparante panelen met de nieuw ontwikkelde coating naar Florida, waar het Office of Naval Research de coating testte door de panelen onder water te plaatsen met daaropvolgende evaluatie van zonnecellen.
Het recept is nanotechnologie
Algen-repellente coatings worden al op grote schaal gebruikt in de maritieme sector. Ongeveer 90% van de commerciële verzending maakt gebruik van chemisch actieve scheepsbodemcoatings (anti-fouling coatings), die bestaan uit complexe chemische samenstellingen met microscopische deeltjes. De grootste uitdaging was daarom om erachter te komen hoe de coating ook kon worden gebruikt op zonnecellen.
“Het maken van een coating die zowel transparant is en vrijblijven van biofouling is moeilijk. Je kunt nauwelijks alles toevoegen aan de coating, omdat het voorkomt dat het licht erdoorheen gaat,” legt Kiil uit.
Daarom was het een evenwichtsoefening voor het onderzoeksteam om de perfecte compositie te vinden. Wanneer hun nieuw ontwikkelde coating in contact komt met het zeewater, begint een zelfpolerend effect waar de buitenste deeltjes in de coating geleidelijk oplossen en worden vervangen door nieuwe actieve deeltjes die werken als een soort schild tegen vervuiling. Op deze manier zullen nieuwe deeltjes gedurende het leven van de coating constant klaar zijn om vervuiling te bestrijden terwijl de toplaag van deeltjes oplost.
Met bestaande methoden zou een pigmentlaag de stralen van de zon blokkeren, zodat de onderzoekers een nieuwe methode moesten vinden. Het recept bleek geïnspireerd te worden door een 20-jarig modellensimulatie-artikel.
Het model voorspelde dat door de al kleine deeltjes in de coating nog kleiner te maken, van micrometers tot nanometers, de deeltjes voldoende klein zouden worden om een pigment-uitgeputte poreuze laag niet achter te laten die zou voorkomen dat zonlicht de zonnecellen bereiken. Hierdoor kunnen de zonnecellen energie absorberen, terwijl de deeltjes de vervuiling weghouden.
“We hebben de grootte van de deeltjes en de hoeveelheid ingrediënten voldoende verminderd om de coating transparant te worden. Het blijkt dat nanodeeltjes van koper (I) oxide en zinkoxide bijzonder effectief zijn tegen vervuiling omdat ze klein zijn. Zelfs in ultra-lage concentraties zijn ze aanwezig in de coating in zeer grote aantallen met een zeer grote aantallen tussen de individuele particulieren en een verdieping van de coating. zegt.
Andere zonnecellen op zee
Niet alleen de Amerikaanse marine kan profiteren van de uitvinding: in de Noordzee zweven zonnecellen met de beweging van de golven als onderdeel van toekomstige groene energie -oplossingen. Hoewel de meeste zonnecellen worden gevonden op daken en in zonneboerderijen, kunnen vierkante panelen die de energie van de zon gebruiken om elektriciteit te produceren ook op of in de oceaan worden geplaatst.
Currently, the global capacity of floating solar cells is only about 4,000 megawatts (MW), but this is expected to increase to 30,000 MW by 2030. In comparison, the total capacity—including land-based solar cells—reached 2 million MW in 2024. Although the number of floating and underwater solar cells is just a drop in the ocean compared with the total capacity, they offer the opportunity to utilize open ocean space and existing infrastructure, such as in Tussen offshore windturbines.
Net als bij drones zullen echter ook zonnecellen onder water worden geblokkeerd door vervuiling, en er is een risico dat golven gunstige omstandigheden zullen veroorzaken voor vervuiling op de drijvende zonnecelplatforms. Daarom zien de DTU -onderzoekers ook een potentieel voor het gebruik van de nieuwe coating op zonnecellen onder water en op het zee -oppervlak. Op dit moment is de volgende taak echter om een coating te ontwikkelen die ook werkt op onderwatersensoren en camera’s, die een nog complexere coating vereist.
Verstrekt door de technische Universiteit van Denemarken