Bleimunition aus dem 17. Jahrhundert als Rohstoff für moderne Solarzellen? Was absurd klingt, haben Forscher im Labor umgesetzt. Ein elektrochemisches Verfahren verwandelt stark verunreinigtes Blei in hochreines Material für Perowskit-Solarzellen, die denselben Wirkungsgrad erreichen wie neue Zellen.
Was im 17. Jahrhundert als tödliches Projektil diente, könnte künftig Energieprobleme lösen. Denn: Historische Bleimunition ist stark mit Kohlenstoffrückständen, Metalleinschlüssen und einer ausgeprägten Patina belastet. Forscher nutzen diese verunreinigten Rückstände als extremen Belastungstest, um ihre Methode zur Gewinnung von hochreinem PbI2 für die Fotovoltaik zu validieren. Der Ansatz zielt darauf ab, gefährliche Bleiabfälle in einen geschlossenen Kreislauf zu überführen und gleichzeitig den Bedarf an umweltbelastendem Primärbergbau zu senken.
Bleimunition für Solarzellen: So funktioniert die Elektrolyse
Die Transformation beginnt mit der direkten anodischen Oxidation des metallischen Bleis in einem Elektrolyten. Während der Elektrolyse entstehen gelbe PbI2-Ablagerungen vorwiegend an der Kathode, was das spätere Einsammeln des Materials erheblich erleichtert.
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Im Vergleich zu klassischen wasserbasierten Verfahren spart der Prozess pro Kilogramm PbI2 etwa 50 bis 70 Liter Wasser ein. Die Nachhaltigkeit des Laborschritts demonstrierte die Forscher durch einen geringen Energiebedarf für das Rühren von lediglich 0,01 bis 0,1 kWh pro Durchlauf.
Wie wird aus Bleimunition ein Kristall für Solarzellen?
Um das Blei von den Elektroden zu lösen, überführten die Wissenschaftler es chemisch in eine Lösung. Im Resultat entstand unreines Perowskit-Pulver. Dieses Pulver bildete die Basis für die anschließende Reinigung mittels inverser Temperaturkristallisation (ITC).
Dabei löste sich das PbI2 in einem Lösungsmittel und wird anschließend mit einem weiteren Gemisch vermengt. Erst durch diese chemische Kombination können unter kontrollierter Erwärmung die für Solarzellen benötigten FAPbI3-Einkristalle entstehen.
Die Zugabe von Ameisensäure stabilisiert die gewünschte Kristallphase und schützt das Material vor Oxidation. Ein wesentlicher Kritikpunkt an der industriellen Skalierbarkeit ist jedoch die Prozessdauer von etwa 70 Stunden pro Charge.
Mit einer laborseitigen Produktivität von lediglich 0,05 g h-1 stellt dieser zeitliche Aufwand aktuell noch einen massiven Flaschenhals dar. Dennoch beweist das Verfahren, dass selbst hochgradig verschmutzte Ausgangsstoffe für Hightech-Anwendungen nutzbar sind.
Solarzellen aus Bleimunition erreichen 21 Prozent Wirkungsgrad
Die aus dem recycelten Blei gefertigten Solarzellen erreichen im Labor einen Wirkungsgrad (PCE) von 21 Prozent. Statistische Auswertungen zeigen, dass diese Leistung absolut identisch mit Geräten ist, die aus kommerziellem Hochreinheitsmaterial (5N-Standard) gefertigt wurden.
Auch Messungen der externen Quanteneffizienz (EQE) bestätigen, dass das recycelte Material keine spektralen Stromverluste verursacht. Dies belegt die hohe Selektivität des Kristallisationsprozesses, der störende Fremdionen wie Kupfer oder Silber effektiv aus dem Gitter verdrängt.
In Zukunft könnte sich diese Strategie laut den Forschern auch auf massenrelevante Abfallströme wie alte Autobatterien oder Dachblei übertragen lassen. Selbst heterogene Quellen aus dem Elektronikschrott sollen nach einer entsprechenden physikalischen Vorbehandlung für die Perowskit-Fotovoltaik nutzbar sein.
Die ökologischen Vorteile eines solchen geschlossenen Kreislaufs hingen jedoch stark von einer effizienten Lösungsmittelrückgewinnung ab. Letztlich würde eine Verkürzung der Kristallisationszeiten die wirtschaftliche Attraktivität dieses Upcycling-Modells maßgeblich bestimmen.
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