Енергетика
Енергията често е първото нещо, за което се сещаме, когато стане въпрос за устойчивост. Нарастващото търсене на енергия в световен мащаб представлява сериозно предизвикателство не само по отношение на генерирането на енергията, от която се нуждаем, но и за нейното пестене, разпределение и съхранение.
От производството на електроенергия до електрическите автомобили и мобилните устройства преходът на европейския енергиен сектор от използването на изкопаеми горива към производството на устойчива енергия изисква няколко технологични нововъведения.
Това включва батерии, способни да съхраняват постоянно нарастващи количества електроенергия, като същевременно се намаляват теглото и разходите, както и генерирането и преносът на огромни количества зелена електроенергия, което само по себе си изисква по-ефективни слънчеви панели и вятърни турбини. Тук изследваме важната роля на наноматериалите в опитите за справяне с тези предизвикателства.
Как се използват наноматериалите и нанотехнологиите?
Наноматериалите се използват за разработване на съществуващи видове възобновяема енергия и за намиране на нови енергийни източници. Продължава проучването на ефективността на батериите, а наноматериалите могат да удължат живота им дори когато се съхраняват за по-дълги периоди от време.
Нанотехнологиите могат също така да намалят потреблението на енергия за продукти, например електрически крушки, където наноинженерните полимери могат да доведат до по-голяма ефективност.
Основните материали, които понастоящем се изследват в областта на енергетиката, включват материали на основата на графен, които са по-здрави от стоманата и диамантите, като същевременно са изключително леки и гъвкави; нетоксични силициеви наночастици, които могат да излъчват светлина и да предават енергия; и наноцелулоза — органично съединение, което е електрически проводимо, леко и твърдо.
Нов енергиен източник от наноматериали: термоклетки
Термоклетките са нови енергийни източници, направени от електроди с въглеродни нанотръби, които събират нискотемпературна топлинна енергия. Поради свойствата на въглеродните нанотръби термоклетките могат да генерират електричество непрекъснато.
В бъдеще те могат да се използват за генериране на електрическа енергия от топлина, изхвърляна от химически инсталации, автомобили и ферми със слънчеви клетки, за да се пести енергия и да се използва тя по-устойчиво.
Развитие на вятърната и слънчевата енергия
Бързото приемане на вятърната и слънчевата енергия дава надежда, че ЕС и светът ще могат да ускорят прехода от зависимостта от изкопаеми горива. Разходите за двете технологии са намалели през последните десетилетия, докато тяхната ефективност се е увеличила. Наноматериалите изиграха важна роля в това отношение и се очаква да намалят допълнително разходите и да увеличат ефективността през следващите години.
Слънчева енергия
Понастоящем на пазара доминират слънчеви клетки, известни още като фотоволтаични клетки, базирани на кристален силиций. Въпреки че могат да бъдат високоефективни, те също имат някои ограничения. Нанотехнологиите отварят вратата за други технологии като тънкослойни слънчеви клетки, които използват нанокристален силиций, светлочувствителни слънчеви клетки, използващи наночастици от титанов диоксид, или слънчеви клетки на базата на квантови точки.
Наночастиците могат да намалят производствените разходи и разходите за инсталиране на соларни панели, което ще направи по-евтино за промишлеността и обществото да започнат да ги използват.
Що се отнася до съхранението на енергия, едно от основните предизвикателства на слънчевата енергия, се изпитват полупроводящи нанопроводници поради уникалната им физическа абсорбция на светлина, която им позволява да съхраняват по-големи количества енергия в сравнение с други материали.
Вятърна енергия
Наноматериалите могат да се използват и за подобряване на ефективността на вятърната енергия. Например въглеродните нанотръби, използвани при вятърните турбинни лопатки, ги правят по-леки и по-здрави. Лекото тегло на лопатките от своя страна дава възможност за използването на по-големи лопатки и генерирането на повече енергия.