Recuperación de plata de residuos fotovoltaicos mediante grafeno verde

Un equipo de la Universidad James Cook de Australia ha sintetizado grafeno «independiente» utilizando aceite de cáscara de mandarina no tóxico y renovable que, según se informa, puede utilizarse para la recuperación de plata de dispositivos fotovoltaicos orgánicos al final de su vida útil.

«No sólo se obtuvo grafeno de alta calidad, sino que también se demostró una notable capacidad para recuperar selectivamente la plata de los residuos fotovoltaicos. Uno de los hallazgos más sorprendentes fue la excepcional selectividad del grafeno con respecto a la plata», explica a pv magazine Mohan Jacob, autor del trabajo.

La calidad de los materiales recuperados y sintetizados se demostró después en un dispositivo sensor de dopamina SPE mejorado con plata, que superó a dos sensores de dopamina de referencia fabricados sin el compuesto de grafeno y plata.

Síntesis del grafeno
El equipo comenzó la investigación sintetizando grafeno «mediante plasma de microondas aguas abajo» en condiciones atmosféricas. «Los componentes principales del sistema incluyen un generador de microondas de 2,45 GHz, una red de adaptación, un sistema de refrigeración y una cámara de reacción», se indica.

Un análisis del espectro Raman del grafeno mostró «un pico 2D característico» a potencias de microondas entre 200 W y 1000 W. «Las imágenes de microscopía electrónica de transmisión revelaron un espaciado intersticial de 0,34, que coincidía con el valor de difracción de rayos X calculado mediante la ley de Bragg», señaló el equipo.

Recuperación de plata de PV
A continuación, el equipo recuperó la plata de los dispositivos fotovoltaicos orgánicos mediante lixiviación en una solución de ácido nítrico. El recubrimiento fotovoltaico contenía óxido de indio y estaño (ITO), óxido de zinc (ZnO), óxido de molibdeno (MoO3) y plata (Ag).

Una vez finalizada la lixiviación, la solución se enfrió y se utilizó como solución madre para crear un SPE recubierto de grafeno. «Tras 10 min de electrodeposición, la concentración de Ag disminuyó ligeramente hasta 1,69 ppm. Esta disminución sugiere que algunos iones de Ag se estaban reduciendo y depositando en la superficie del electrodo durante el proceso electroquímico. Tras 20 minutos de electrodeposición, la concentración de iones de Ag volvió a disminuir hasta 1,62 ppm, lo que indica una reducción continua de la concentración de iones de Ag», señalan los académicos.

«Estos resultados sugieren que una mayor duración de la electrodeposición puede conducir a una mayor reducción de la concentración de plata». La deposición de Ag se confirmó mediante detección voltamperométrica cíclica.

«A pesar de la presencia de otros compuestos diversos en la solución de residuos fotovoltaicos, el grafeno mostró una extraordinaria capacidad para aislar y recuperar plata con gran precisión. Este doble beneficio de producir grafeno valioso y recuperar selectivamente la plata de una mezcla compleja fue un resultado emocionante y en cierto modo inesperado», afirmó Mohan.

El equipo afirma que el estudio «pone de relieve la notable eficacia» del grafeno para recuperar metales valiosos como la plata de los residuos electrónicos.

«Elegimos hacer la demostración con material fotovoltaico de desecho porque los residuos fotovoltaicos son una preocupación en rápido crecimiento debido a la creciente adopción de la energía solar. La eliminación de paneles fotovoltaicos, que contienen metales valiosos como la plata, plantea problemas medioambientales y económicos. Al centrarnos en los residuos fotovoltaicos, nos propusimos desarrollar una solución sostenible que responda a la necesidad urgente de métodos de reciclaje eficaces y, al mismo tiempo, recupere recursos valiosos», explica Jacob.

Demostración del sensor de dopamina
Para ilustrar la calidad del material compuesto en una aplicación real, el equipo fabricó un detector de grafeno-electrodo de plata (SPE/grafeno-Ag) y lo comparó con un detector SPE desnudo y un detector de grafeno/SPE. Los resultados de las pruebas mostraron que el electrodo SPE/grafeno-Ag presentaba «una mejora significativa en la corriente de pico» en comparación con las otras dos muestras.

Los investigadores sugirieron otras aplicaciones de los compuestos de grafeno y plata, como recubrimientos resistentes a la corrosión, tintas conductoras para utilizar dispositivos flexibles en la industria electrónica, recubrimientos antimicrobianos para su uso en industrias biomédicas, así como sensores para detectar gases, biomoléculas y contaminantes.

Su trabajo se detalla en el artículo «Green synthesis of graphene for targeted recovery of silver from photovoltaic waste» (Síntesis ecológica de grafeno para la recuperación selectiva de plata de residuos fotovoltaicos), publicado en Chemosphere.

Hasta la fecha, la respuesta a la investigación ha sido positiva. «Nuestro trabajo acaba de ponerse en marcha y estamos abrumados por la respuesta de nuestros colegas y su interés en nuestra investigación», dijo Jacob, añadiendo que el grupo ha recibido comentarios alentadores sobre la «aplicabilidad más amplia y el impacto potencial» del trabajo en los campos de la batería y los residuos electrónicos.

Los próximos pasos del equipo consisten en optimizar el proceso de síntesis ecológica para mejorar su escalabilidad y viabilidad económica, con el objetivo de conseguir un proceso que pueda integrarse en la infraestructura existente de reciclaje fotovoltaico y de residuos electrónicos. «Estamos buscando activamente la comercialización para llevar estos avances al mercado y tener un impacto significativo en la industria», dijo Jacob. «También estamos explorando alianzas con partes interesadas de la industria e inversores para pilotar implementaciones a mayor escala».

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