Resumen:
El poli(metacrilato de metilo) (PMMA) es el material huésped más utilizado para los concentradores solares luminiscentes (LSC), tanto en forma de películas delgadas como de placas. Suponiendo una producción industrial de LSC, la cantidad de material polimérico que se introduciría en el mercado sería considerable, lo que plantea interrogantes sobre la sostenibilidad de este enfoque. Una opción para evitar este problema es utilizar procesos de reciclaje químico del PMMA, mediante los cuales se regenera un monómero de alta pureza, adecuado para una nueva reacción de polimerización y con un impacto considerablemente menor en términos de potencial de calentamiento global (GWP). En este trabajo proponemos el uso de metacrilato de metilo regenerado químicamente (r-MMA) para la fabricación de placas LSC macizas que contienen el fluoróforo de última generación Lumogen F Red 305, en concentraciones que varían entre 200 y 500 ppm. El desempeño de estos dispositivos, así como sus propiedades químicas, térmicas y mecánicas, resultó equivalente al de aquellos fabricados con MMA virgen disponible comercialmente, a pesar de las impurezas presentes de forma inherente en el r-MMA. Sin embargo, estas impurezas afectan negativamente la vida útil de los LSC, debido a las reacciones de fotodegradación que inducen. Aun así, una purificación adicional del monómero regenerado permitiría aprovechar los beneficios sostenibles del proceso de producción sin comprometer la durabilidad de los dispositivos.
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Conclusiones:
En este estudio, fabricamos concentradores solares luminiscentes (LSCs) en forma de placas de 5 × 5 × 0.3 cm³, mediante polimerización por radicales libres de metacrilato de metilo (MMA) virgen o regenerado químicamente, mezclado con el fluoróforo Lumogen F Red 305. El MMA regenerado (r-MMA) presenta una pureza de aproximadamente 99 %, con impurezas compuestas principalmente por ésteres de metilo y etilo con cadenas de 3 a 4 átomos de carbono. El uso de monómero reciclado en la fabricación de LSCs da como resultado dispositivos comparables a los producidos con MMA sintético, mostrando propiedades termo-mecánicas, apariencia óptica y rendimiento funcional prácticamente idénticos.
Cabe destacar que la presencia de MMA no reaccionado afectó negativamente la eficiencia fotónica de los LSCs, mientras que la presencia de isobutirato de metilo (MIB) en la composición del r-MMA aceleró la fotodegradación de los dispositivos, posiblemente debido a mecanismos de degradación inducidos por la radiación ultravioleta. No obstante, con base en los datos de desempeño ambiental publicados en el Sistema Internacional EPD, es posible afirmar que el reciclaje de PMMA permite reducir el potencial de calentamiento global (GWP) de los dispositivos finales a aproximadamente una cuarta parte en comparación con el uso de materiales vírgenes. Esta diferencia se vuelve aún más relevante al compararse con el impacto ambiental de la producción de celdas fotovoltaicas de silicio. En particular, el impacto de producir LSCs pasa de ser más de 30 veces mayor a solo 6 veces mayor que el de fabricar la celda de silicio asociada, al reemplazar el MMA virgen por r-MMA en la síntesis del PMMA. La optimización del proceso de purificación del r-MMA, para eliminar MIB y otras impurezas similares, resultaría claramente beneficiosa para la durabilidad del dispositivo.
En conjunto, el estudio demuestra la viabilidad de utilizar r-MMA obtenido a partir de residuos de procesamiento de PMMA para ampliar el uso de LSCs en aplicaciones fotovoltaicas urbanas de forma aún más sostenible. Sin embargo, subraya la importancia de la pureza del r-MMA en este tipo de aplicaciones, si se desea lograr dispositivos con larga vida útil.
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Información tomada y traducida del artículo científico.
