Ezt csak a lézer tudja: 6 alkalmazás a még nagyobb fenntarthatóságért

Az újrahasznosítás legnagyobb problémája a szétválasztás. Minél finomabban és rendezettebben szedhetők szét az elhasznált készülékek és tárgyak, annál több nyersanyag nyerhető vissza belőlük. De sok minden, amit a gyártás során összeillesztettek, utána nem választható szét egykönnyen:

Az elmélet: Az újrahasznosításhoz a dolgokat alkotóelemeire szedjük szét, és az anyagokat minőségveszteség nélkül visszavezetjük a körforgásba. A valóság: egy óriási halom hulladék. Hogyan lehet ezt szétszortírozni? A Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT egy új eljárást fejlesztett ki ehhez: Egy érzékelő lézerspektroszkópiával azonosítja az alatta egy szállítószalagon végighaladó hulladék vegyi tulajdonságait. Utána emberek vagy egy AI-támogatott automatikus berendezés végzi a szortírozást. A lézeres módszer olyan komplikált hulladékhoz is alkalmas, mint az elektronikai hulladék és a járműalkatrészek. Ezek a drága nyersanyagok legkisebb mennyiségét is felismerik, vagy akár csak az ötvözetrészeit, mint a molibdén, kobalt vagy wolfram. A lézerdetektív segítségével sokkal több anyag kerül majd vissza a körforgásba, mint eddig. 

Két további példa: Az elektromos autóakkumulátorok elektródáinak gyártásánál a vállalatok a fóliákat értékes lítiummal, kobalttal és nikkellel bevonatolják. Nem mindegyik megy át a minőségellenőrzésen. Egy lézersugár ismét leválasztja a leheletvékony réteget, a drága port felfogják, és visszakerül a körforgásba. És akkor is, amikor egy forgalmi alumínium tábla már nem aktuális vagy a felirat olvashatatlan, a hulladékba vándorol. Az oka az előírt fólia, ami utána nem jön le. Egy CO₂ lézerrel ez azonban gyorsan maradékmentesen leválik.

Az erőforrások felhasználásának járható útja mindig is ez volt: csekély ráfordítással minimum ugyanazt elérni. Nem meredek feltételezés, hogy a lézeres megmunkálás ezt a hatékonysági mottót már évtizedek óta megéli. 

Nagyobb hatékonyság lehetséges a fényelektromosság és a hajózás területén is: A sivatagban egy fotovoltaikus modul csupán egy hónap leforgása alatt akár 30 százalék teljesítményt veszít a növekvő porréteg miatt. Az egymást átfedő lézersugarak egy aktív portaszító felületszerkezetet alkalmaznak. És a hajótesten mikroorganizmusok, algák, gombák, kagylók és tengeri makkok telepednek meg. Ez akár 60 százalékkal is növeli a hajtóanyagfogyasztást. Egy diódalézer sugarai biztonságosan és teljesen le tudják választani a víz alatti képződményeket.

A kemény röntgensugarak egy hatékony terápiát jelentenek a rákos sejtek ellen. De a sugárzás nagyon megterhelő a páciensek számára. Az elektronsugaras terápia enyhébb lenne és több eredményt ígérne, mivel az elektronsugarak pontosabban fókuszálhatók és ezért célzottabban jutnak a rákos sejtekhez, a környező szövetek károsítása nélkül. Az elektronsugarakat generáló készülékek azonban hatalmasak és rendkívül drágák, így alig léteznek. Mindkét aspektus változik most az úgynevezett lézer orrhullám módszernek köszönhetően, amely teljesen másképp gyorsítja az elektronokat. Ez jobb és enyhébb rákterápiákat tesz lehetővé az eddiginél sokkal több ember számára. 

A lézerek más területeken is el tudják érni, hogy az emberek világszerte jobb egészségügyi ellátáshoz férjenek hozzá: Mert annak ellenére, hogy az úgynevezett lézer által támogatott digitális holografikus mikroszkópiával abszolút csúcstechnológiai módszereket használ, Bahram Javidi, a Connecticut-i egyetem professzorának sikerült a lehető legolcsóbb és legrobusztusabb anyagokból egy vér gyorstesztelő készüléket megalkotnia, speciálisan a rossz orvosi infrastruktúrával rendelkező régiók számára. Ehhez még hozzájön, hogy sok ember nem tudja magának megengedni a kitűnő minőségű fogpótlást. A lézeres felrakóhegesztés és a fém 3D-nyomtatás hatalmas fejlődése előnyösebb fogpótláshoz vezet mindenki számára.

Az energetikai átállás több, mint csak a fotovoltaikus berendezések, szélkerekek és vízerőművek tömeges felállítása (de ez is!). Emellett arról is szó van, hogy az elektromos hálózatot alkalmassá és rugalmassá tegyék az új energiatermelés számára, és jobban kihasználják az alternatív energiaforrásokat, mint például a hidrogént. 

A nagy gépjárművek, mint a tehergépkocsik vagy buszok, nagyobb teljesítménysűrűségű energiatárolókat igényelnek, amelyek motorjaikat elektromossággal ellássák: például hidrogént és üzemanyagcellákat. Az úgynevezett PEM üzemanyagcellák (Proton Exchange Membrane) egy jó megoldást jelentenek. Ennél a kialakításnál egy központi kihívás a cellán belüli víz- és gázszállítás hatékonyságának megőrzése hosszú távon. Itt jönnek képbe most az ultrarövid impulzusú lézerek: Funkcionális struktúrákat és mikrofuratokat alkalmaznak a cella belsejében. Ennek a trükknek köszönhetően a PEM üzemanyagcellák nagyobb teljesítménnyel rendelkeznek, hatékonyabbak és tartósabbak.

A rendkívül hatékony heterojunkciós napelemek értékes ezüstöt igényelnek a vezetőpályákhoz és az érintkezőkhöz. Egy német start-up kifejlesztett egy módszert az ezüst rézzel való helyettesítésére. Ehhez egy olyan eljárást használnak, amely a galvanikus folyamatokat lézeres strukturálással kombinálja. És ahhoz, hogy a napelemes és szélerőművek üzemeltetői éjjel-nappal stabilan tartsák elektromos hálózataikat, rugalmas köztes tárolókra van szükségük, mint amilyenek a redox-flow akkumulátorok. Egy új fejlesztésű VCSEL-alapú lézerhegesztési eljárás most jelentősen előnyösebbé teszi ezek gyártását.

Az okostelefonok, a táblagépek és az e-book olvasók kijelzőinek mindig optimális képet kell szolgáltatniuk. Vakító beeső fény esetén is. Azaz: Nem szabad tükrözzenek és homályosítottnak kell lenniük. És ez csak akkor lehetséges, ha a kijelző üvegét a valószínű legrémesebb és legveszélyesebb vegyszerbe merítik, amit az ipar ismer: fluorsav. Azonban a TRUMPF mérnökök épp egy olyan lézersugaras eljárást fejlesztenek ki, melynek segítségével a fluorsav örökre kiűzhető a gyártásból. Tiszta, ultra rövid lézerimpulzusok a kijelző üvegén ugyanolyan homályosító hatást biztosítanak a kijelző üvegén, mint a méreg. Az eredmények kifogástalanok, most már csak a lézerfolyamatot kell skálázni.

És más területeken is a lézer segítségével tisztábbak a dolgok: Az alkatrészek gyakran olajosak, piszkosak vagy oxidréteget képeztek. A lézersugarak elpárologtatják a szennyeződéseket, vagy egyszerűen eltávolítják az oxidrétegeket. Amikor csak kevés érintkezési felületről van szó, a lézer célzottan foglalkozik vele. A fénytisztításnál keletkező ártalmatlanítandó vegyi hulladék: nulla. A nyomtatott áramköri lapok létrehozásánál is el szokták távolítani marással a felső vezető réteget (legtöbbször arany vagy réz). Ekkor nehezen ártalmatlanítható toxikus hulladék keletkezik. Az ultrarövid impulzusok eltávolítják a rezet vagy aranyat a vezetőpályákról. Annyira célzottan, hogy közben nem hatol meleg az anyagba - és teljesen maró hatású vegyi anyagok nélkül.

A mikroműanyagok olyan részecskék, amelyek öt milliméternél kisebbek, egészen a nanotartományig. Mindenhol jelen vannak, a mélytengertől az Antarktiszig, a halakban és az emberi vérkeringésben egyaránt. Az élőlényekre és az ökoszisztémákra gyakorolt hatásukat még nem tárták fel, az első felismerések azonban nyugtalanítóak. Tehát egy és más amellett szól, hogy a mikroműanyagot ki kell szűrni legalább a szennyvizekből, és csökkenteni kell az összterhelést. De sajnos a mikroműanyag kicsi. A szűrőlyukak is megfelelően kicsik kell legyenek. Egy vállalatokból és tudósokból álló szövetségnek közben sikerült egy ultrarövid impulzusú lézerrel sok millió lyukat fúrni egy úgynevezett ciklonszűrőhöz. Az eljárás gazdaságosabbá tételéhez felosztották a lézersugarat és több száz lyukat fúrtak egyszerre. A szűrő a tíz mikrométernél nagyobb műanyag részecskéket fogja fel.

A kutatóközpontokból, egyetemből, vállalatokból és mezőgazdasági szövetkezetekből álló európai csoportosulás megépített egy lézeres gyomirtó prototípust: Az autonóm jármű AI-támogatott képfelismerése azonosítja a gyomokat. Egy milliméterpontos energia-impulzus a szálas lézerforrásból - és a gyomoknak annyi. És a lézer még a tyúktojás nemének felismerésében is hasznos lehet. A kérdés: kakas vagy tyúk? A válasz: fontos. Mert minden hímnemű csibét élve el szokás távolítani. Egy automatizált lézersugaras eljárás véget vet most ennek a kegyetlenségnek, mivel már a tojásban lévő embrió fázisban felismeri az állatok nemét.