Energie
Energetika je často první věcí, která nás napadne, když přemýšlíme o udržitelnosti. Rostoucí celosvětová poptávka po energii představuje vážnou výzvu nejen z hlediska výroby potřebné energie, ale také z hlediska úspor, distribuce a skladování energie.
Přechod evropské energetiky od využívání fosilních paliv k výrobě udržitelné energie vyžaduje několik technologických inovací – od výroby elektřiny až po elektromobily a mobilní zařízení.
Patří sem baterie schopné uchovávat stále větší množství elektřiny při současném snižování jejich hmotnosti a ceny a také výroba obrovského množství ekologické elektřiny, což samo o sobě vyžaduje účinnější solární panely a větrné turbíny, a její přenos. Zde se zabýváme důležitou úlohou nanomateriálů při řešení těchto výzev.
Jak se nanomateriály a nanotechnologie používají?
Nanomateriály se používají k rozvoji stávajících typů obnovitelných zdrojů energie a k hledání nových zdrojů energie. Probíhá výzkum výkonnosti baterií, přičemž nanomateriály by mohly prodloužit jejich životnost i při delším skladování.
Nanotechnologie mohou také snížit spotřebu energie u výrobků, jako jsou žárovky, kde mohou nanotechnologické polymery vést k vyšší účinnosti.
Mezi hlavní materiály, které se v současné době zkoumají v oblasti energetiky, patří materiály na bázi grafenu, které jsou pevnější než ocel a diamant a zároveň jsou velmi lehké a pružné, dále netoxické křemíkové nanočástice, které mohou vyzařovat světlo a přenášet energii, nebo nanocelulóza, organická sloučenina, která je elektricky vodivá, lehká a tuhá.
Nový zdroj energie z nanomateriálů: termočlánky
Termočlánky jsou nové zdroje energie vyrobené z elektrod z uhlíkových nanotrubic, které získávají tepelnou energii při nízkých teplotách. Díky vlastnostem uhlíkových nanotrubic mohou termočlánky vyrábět elektřinu nepřetržitě.
V budoucnu by se mohly využívat k výrobě elektrické energie z nepotřebného tepla vyprodukovaného chemickými závody, automobily a farmami solárních článků, aby se energie šetřila a využívala udržitelnějším způsobem.
Rozvoj větrné a solární energie
Rychlé zavádění větrné a sluneční energie dává naději, že EU i celý svět budou schopny urychlit odklon od závislosti na fosilních palivech. Náklady na obě technologie se v posledních desetiletích snížily, zatímco jejich účinnost se zvýšila. Důležitou roli v tom hrají nanomateriály, od nichž se v nadcházejících letech očekává další snížení nákladů a zvýšení efektivity.
Solární energie
V současné době na trhu dominují solární články, známé také jako fotovoltaické články, založené na krystalickém křemíku. Přestože mohou být velmi účinné, mají také určitá omezení. Nanotechnologie otevírá dveře dalším technologiím, jako jsou tenkovrstvé solární články využívající nanokrystalický křemík, solární články citlivé na světlo pomocí nanočástic oxidu titaničitého nebo solární články založené na kvantových tečkách.
Nanočástice mohou snížit náklady na výrobu a instalaci solárních panelů, což zlevní jejich používání v průmyslu i pro veřejnost.
Pro ukládání energie, což je jeden z hlavních problémů solární energie, se testují polovodičové nanodrátky, které díky své jedinečné fyzikální absorpci světla dokážou ukládat větší množství energie než jiné materiály.
Větrná energie
Nanomateriály lze využít také ke zlepšení účinnosti větrné energie. Například uhlíkové nanotrubice používané v lopatkách větrných turbín je činí lehčími a pevnějšími. Nízká hmotnost lopatek zase umožňuje použít větší lopatky, a vyrobit tak více energie.