Това може само лазерът: 6 приложения за повече устойчивост

Най-големият проблем при рециклирането се нарича разделяне. Колкото по-прецизно и правилно се разделят непотребните устройства и вещи, толкова повече суровини могат да бъдат възстановени. Но много неща, които са съединени при производството, не могат да бъдат разделени толкова лесно:

Теорията: За целите на рециклирането ние разбиваме нещата на техните компоненти и връщаме материалите в циркулационния кръг без загуба на качество. Реалността: огромна купчина боклуци. Как се постига сортирането на различните типове материали? Fraunhofer институтът за лазерна техника ILT разработва нов метод за тази цел: сензор използва лазерна емисионна спектроскопия, за да идентифицира химичния състав на даден скрап, преминаващ върху транспортния конвейер под него. След това хората или поддържаната от AI автоматична система ги сортират. Лазерният метод е подходящ и за неприятни отпадъци като електронен скрап и автомобилни части. Той открива най-малки количества или дори само сплавни компоненти на ценни суровини като молибден, кобалт или волфрам. С лазерния детектив много повече материали от преди ще намерят своя път обратно в циркулационния кръг. 

Още два примера: При производството на електроди за батерии за електрически автомобили компаниите покриват фолио с ценен литий, кобалт и никел. Не всички от тях преминават проверката за качество. Лазерен лъч премахва изключително тънкия слой, ценният прах се събира и се връща в циркулационния кръг. И ако даден алуминиев пътен знак вече не е актуален или надписът е станал неугледен, той отива на боклука. Причина за това са специалните фолиа, които не могат да бъдат премахнати. Но с CO₂ лазера те могат да бъдат отстранени бързо и без никакви остатъци.

Най-добрият начин за използване на ресурсите винаги е бил следният: да се постигне поне същото с по-малко усилия. Не е смело твърдение, че лазерното обработване на материали поддържа това мото за ефективност от десетилетия. 

Още по-голяма ефективност е възможна и при фотоволтаиците и корабоплаването: само за един месец фотоволтаичен модул в пустинята губи до 30 процента от мощността си поради нарастващия слой прах. Припокриващите се лазерни лъчи създават активна прахоотблъскваща повърхностна структура. А микроорганизми, водорасли, растения, миди и раковини се заселват върху корпусите на корабите. Това увеличава разхода на гориво с до 60 процента. Лъчите от диоден лазер могат безопасно и напълно да премахнат растежа под водата.

Твърдите рентгенови лъчи са ефективна терапия срещу раковите клетки. Но лечението е и много натоварващо за пациентите. Терапията с електронни лъчи би била както по-щадяща, така и по-обещаваща, тъй като електронните лъчи могат да се фокусират по-прецизно и следователно да удрят раковите клетки по-прецизно, без да засягат околната тъкан. Апаратите за електронно лъчение обаче са огромни и изключително скъпи, така че почти не се намират такива. И двата фактора сега се променят благодарение на така наречения метод на лазерната ударна вълна, който ускорява електроните по напълно различен начин. Това ще направи по-добрите и щадящи терапии срещу рак възможни за много повече хора от преди. 

И в други области лазерите могат да помогнат за това повече хора по света да получат достъп до добро здравеопазване: Въпреки че използва изключително високотехнологични методи като дигитална холографска микроскопия с помощта на лазер, Бахрам Джавиди, професор в университета в Кънектикът, успява да създаде устройство за бърз кръвен тест, използвайки възможно най-евтините и здрави материали, особено за региони с лоша медицинска инфраструктура. Към това се добавя още: Много хора не могат да си позволят висококачествени зъбни протези. Огромният прогрес в лазерното наваряване и 3D принтирането води до по-достъпни зъбни протези за всички.

Енергийният преход е повече от масово инсталиране на фотоволтаични системи, вятърни турбини и водноелектрически централи (това също!). Става въпрос и за това да направим електрическата мрежа годна и гъвкава за новото производство на електроенергия и да използваме по-добре алтернативни енергийни източници като водорода. 

Големите превозни средства като камиони, строителни машини или автобуси се нуждаят от по-мощен акумулатор на енергия, за да захранват своите двигатели с електричество: например водород и горивни клетки. Добро решение са така наречените PEM горивни клетки (Proton Exchange Membrane – протонообменна мембрана). Ключово предизвикателство при този дизайн е да поддържате транспорта на вода и газ в клетката ефективен в дългосрочен план. И тук влизат в действие лазерите с ултракъси импулси: те създават функционални структури и микропробивания вътре в клетката. Благодарение на този трик PEM горивните клетки стават по-мощни, по-ефективни и издържат по-дълго.

Високоефективните слънчеви клетки с хетеропреход се нуждаят от ценно сребро за своите проводници и контакти. Германска стартираща компания разработва метод за замяна на среброто с мед. За целта те използват процес, който комбинира галванотехника с лазерно структуриране. И за да могат собствениците на фотоволтаични и вятърни системи да поддържат своите електрически мрежи стабилни ден и нощ, те се нуждаят от гъвкави междинни акумулатори, като батерии с редокс поток. Новоразработен метод за лазерно заваряване, базиран на VCSEL, сега прави производството им значително по-евтино.

Дисплеите на смартфони, таблети и електронни четци трябва винаги да осигуряват оптимално изображение. Дори при попадаща ярка светлина. С други думи: Не трябва да отразяват и трябва да са матови. И досега това е било възможно само чрез потапяне на стъклото на дисплея в може би най-неприятния и опасен химикал, познат на индустрията: флуороводородна киселина. Но инженерите от TRUMPF в момента разработват лазерен метод, който ще изгони флуороводородна киселина от производството завинаги. Чисти лазери с ултракъси импулси върху стъклото на дисплея създават същия матиращ ефект като отровната бухалка. Резултатите са безупречни, сега е само въпрос на мащабиране на лазерния процес.

Лазерите правят и други зони по-чисти: компонентите често са намазани с масло, мръсни или имат окислен слой. Лазерните лъчи изпаряват замърсителите или просто премахват окислените слоеве. Ако има само няколко контактни повърхности, лазерът се грижи специално за тях. Химически отпадъци, които следва да се изхвърлят по време на леко почистване: нула. Когато се консервират печатни платки, също е обичайна практика да се ецва горният проводящ слой (най-често злато и мед). Това създава трудни за изхвърляне токсични отпадъци. Ултракъсите импулси премахват медта или златото около проводниците. Толкова насочени, че никаква топлина не прониква в материала отдолу – и без никакви корозивни химикали.

Микропластмасите са частици, които са по-малки от пет милиметра, до нано диапазона. Сега те могат да бъдат открити навсякъде, от морските дълбини до Антарктида, както в рибите, така и в човешката кръв. Ефектите върху живите същества и екосистемите все още не са напълно проучени, но първоначалните открития са тревожни. Следователно има много какво да се каже за филтрирането на микропластмасата поне от отпадните води и намаляването на общото замърсяване. За съжаление, микропластмасата е – малка. Съответно дупките във филтрите също трябва да бъдат малки. Консорциум от компании и учени вече успява да използва лазер с ултракъси импулси, за да пробие десетки милиони дупки за така наречения циклонен филтър. За да направят метода по-икономичен, те разделят лазерния лъч и пробиват повече от сто дупки едновременно. Филтърът улавя пластмасови частици, по-големи от десет микрометра.

Европейски съюз от изследователски центрове, университети, компании и селскостопански асоциации изгражда прототип за борба с плевелите с помощта на лазери: поддържаното от AI разпознаване на изображения на автономното мобилно съоръжение идентифицира плевелите. Енергиен импулс с точност до милиметър от фибролазерния източник – това е краят за плевелите. Лазерът може да бъде полезен и при определяне на пола на кокошите яйца. Въпросът: петел или кокошка? Отговорът: важен. Защото обичайна практика е всички мъжки пилета да се нарязват живи. Автоматизираният лазерен метод вече слага край на тази жестокост, тъй като може да открие пола на животните, докато още са ембриони в яйцето.