Jouw energie van Morgen brengt zonnecel practicum naar Cambodja

Jonge Cambodjanen interesseren voor schone energie – hoe doe je dat? Studenten Kim van Maldegem en Mare Dijkstra reisden in februari af naar het Aziatische land om hier in drie weken tijd hun kennis van en enthousiasme over zonnepanelen te delen met duizenden middelbare scholieren. Als onderdeel van de Solar Lab Tour hebben zij het zonnecel practicum uit de Jouw Energie van Morgen truck naar scholen in verschillende provincies gebracht.

De twee Nederlandse studenten kenden elkaar niet voordat zij aan dit avontuur begonnen, maar vulden elkaar goed aan. Als student Natuurkunde en student-assistent bij de Jouw Energie van Morgen truck van Science LinX was het zonnecel practicum voor Mare bekend terrein. Met de Jouw Energie van Morgen truck heeft zij vele scholen bezocht, om leerlingen uit te dagen om mee te denken over oplossingen voor de energie van de toekomst. Het zonnecel practicum is hier onderdeel van. Student Moleculaire Biologie Kim kende dit practicum nog niet, maar had eerder al wel meegewerkt aan een duurzaamheidsproject over wegwerpplastic met scholieren in Borneo, ook in Azië. Met gebundelde kennis en met een koffer vol materialen stapten zij eind februari in het vliegtuig. Niet zonder spanning, vertelt Mare: ‘We hadden alle benodigdheden voor het practicum meegenomen, ook titaniumdioxide.’ Ze grijnst. ‘Dat is een wit poeder. We hadden er heel veel potjes vol van in onze koffer. Ondanks dat het legaal is om titaniumdioxide te vervoeren per vliegtuig maakten ons best een beetje zorgen of we het mee konden krijgen. Uiteindelijk bleek het geen probleem.’

Veel tijd om van de reis bij te komen was er niet. De meiden werden de dag na aankomst op het EnergyLab hoofdkantoor in Phnom Penh verwacht. Gedurende de eerste week van het project leerden zij hier de staf en ambassadeurs kennen, bereidden ze het practicum voor en gaven ze uitleg aan de staf. Aansluitend stapten zij twee weken lang zes dagen per week bij het krieken van de dag in de auto, om samen met twee Cambodjaanse studenten en een doos vol benodigdheden af te reizen naar een publieke middelbare school in de provincies Phnom Penh, Kandal, Kampong Speu en Takeo.

Hibiscusthee

Zonnecellen kunnen licht omzetten in elektrische spanning. Maar hoe werkt dat? Dit lieten Mare en Kim de Cambodjaanse scholieren zien tijdens de Solar Lab Tour. Vervolgens mochten de studenten de gehandschoende handen uit de mouwen van hun labjassen steken en zelf een werkende zonnecel bouwen die kleurstof gebruikt om zonlicht om te zetten in elektrische energie. Zo’n zonnecel wordt een dye-sensitized solar cell (DSSC) of Grätzel-zonnecel genoemd.

Een DSSC maak je gemakkelijk zelf met een aantal materialen die je gemakkelijk via het internet kunt bestellen. Allereerst heb je twee glasplaatjes nodig, voorzien van een geleidende coating (TCO). Op het eerste glasplaatje breng je een laagje grafiet aan door het in te kleuren met een potlood. Dit glasplaatje is straks de negatieve elektrode ofwel kathode van de zonnecel. Op het andere glasplaatje breng je een laagje titaniumdioxide (TiO₂) aan, dit is straks de positieve elektrode ofwel anode van de zonnecel. Titaniumdioxide is een witte kleurstof die vaak wordt gebruikt in tandpasta en verf.

Nu is het tijd om er een kopje hibiscusthee bij te pakken. Niet om op te drinken, maar om over de TiO₂ heen te druppelen. Het rode pigment in de hibiscusthee dient in dit experiment als kleurstof en vormt een complex met de TiO₂ nanodeeltjes. Tenslotte druppel je er een elektrolyt-vloeistof overheen en druk je beide glasplaatjes op elkaar, met de ingevulde kanten naar elkaar toe. De TiO₂, hibiscusthee en grafiet zitten nu tegen elkaar, met hiertussen een laagje elektrolyt. Om alles vast te zetten zet je een aan beide kanten een krokodillenklem op je zonnecel.

Als er nu licht op de zonnecel valt, dan gebeurt er van alles tussen die twee kleine glasplaatjes. De energie van het licht kan in de vorm van fotonen worden opgenomen in de kleurstof. Die extra energie maakt de kleurstof instabiel. Daarom laat de kleurstof de extra energie weer vrij, in de vorm van een elektron. Dat elektron reist via de TiO₂ naar de positieve elektrode (anode) toe. Pas als het elektron via de negatieve elektrode (kathode) weer terug komt is de cirkel rond en kan er een nieuwe reactie plaatsvinden.

De effectiviteit van het proces in de zonnecel is te meten door de zonnecel met koperdraadjes aan te sluiten op een voltmeter. Daarom verzamelden alle leerlingen en begeleiders zich in de brandende zon rondom zo’n apparaat om het resultaat van hun harde werken te kunnen zien.

Extra handen

Een practicum leiden in Cambodja is wel heel anders dan in Nederland, vertelt Kim: ‘Er was vaak geen elektriciteit op de scholen. We hadden een presentatie met PowerPoint voorbereid, maar die konden we dan niet geven. Gelukkig konden er papieren hand-outs worden geregeld.’ Ook het experiment zelf moest een beetje aan de omstandigheden worden aangepast. Mare legt uit: ‘In Nederland laten we de TiO₂ goed drogen met gebruik van een föhn, terwijl we de leerlingen een video laten zien. Nu was hier geen tijd en geen stroom voor.’ Maar zoals verwacht deed de Cambodjaanse hitte het droogproces veel goeds en leverde de verandering geen problemen op.

Anders dan in de Jouw Energie van Morgen truck waren ook de aanwezige extra handen. De Nederlandse studentes werkten tijdens hun reis samen met 24 studenten van Cambodjaanse universiteiten die voor hen vertaalden en assisteerden tijdens de practica. Dat was maar goed ook, want de klassen kunnen in Cambodja tot wel honderd leerlingen bevatten. Aan je eigen twee handen heb je dan niet genoeg.

Voor de Cambodjaanse leerlingen was de Solar Lab Tour een unieke ervaring. Velen van hen hadden niet eerder deelgenomen aan een practicum en daarom nog nooit een labjas en labbril gedragen. Dit resulteerde in veel enthousiasme en veel selfies. De Nederlandse studenten konden op die foto's natuurlijk niet ontbreken. Ook de presentaties en het praktische werk vielen in de smaak. De leerlingen luisterden geboeid naar de uitleg en gingen ijverig aan de slag met de opdrachten. Ze kregen het voor elkaar om mooie, goed werkende zonnecellen te maken. Naderhand hielpen ze energiek mee met opruimen.

Na drie weken zat het avontuur erop. Mare en Kim zijn inmiddels veilig terug in Nederland, maar de voltmeters, labjassen, brillen en andere materialen hebben hun nieuwe, permanente thuis gevonden in Cambodja, zodat er in de komende jaren nog vele practica kunnen volgen.

De Solar Lab Tour vond plaats van 24 februari tot en met 7 maart 2020. Het is een project dat als doel heeft de middelbare scholieren van Cambodja enthousiast te maken voor groene energie. De tour werd georganiseerd vanuit een samenwerking tussen Rijksuniversiteit Groningen en EnergyLab Asia . Uiteindelijk heeft deze tournee zo’n 3600 leerlingen van 24 verschillende scholen bereikt.

• Zelf ook zo'n zonnecel bouwen? Een stap voor stap handleiding vind je in het lesboekje van Jouw Energie van Morgen.
• Ook een practicum doen met jouw klas? Boek de truck!
• Video: De werking van een Grätzel zonnecel.

Tekst: Kaila Ronde