Energi
Energi er ofte den første ting, man kommer til at tænke på, når man taler om bæredygtighed. Den øgede efterspørgsel verden over efter energi udgør en alvorlig udfordring, ikke kun i forhold til at skabe den energi, som vi har behov for, men også i forhold til at opbevare, distribuere og lagre den.
Fra kraftproduktion til elbiler og mobile enheder kræver omstillingen af den europæiske energisektor fra anvendelse af fossile brændstoffer til fremstilling af bæredygtig energi flere teknologiske nyskabelser.
Det omfatter batterier, der er i stand til at lagre stadigt større mængder elektricitet, mens deres vægt og omkostning reduceres, og generering og overførsel af store mængder grøn elektricitet, hvilket i sig selv kræver mere effektive solcellepaneler og vindmøller. Vi undersøger her nanomaterialernes vigtige rolle i forsøget på at løse disse udfordringer.
Hvordan anvendes nanomaterialer og nanoteknologi?
Nanomaterialer anvendes til at videreudvikle eksisterende typer af vedvarende energi og finde nye energikilder. Forskningen i batteriers ydeevne fortsætter, og nanomaterialer kan måske forlænge deres levetid, selv ved opbevaring i længere tid.
Nanoteknologi kan også sænke energiforbruget for produkter som f.eks. lyspærer, hvor nanofremstillede polymerer kan øge effektiviteten.
De primære materialer, der aktuelt undersøges inden for energiområdet, omfatter grafenbaserede materialer, der er stærkere end stål og diamanter, samtidig med at de er ekstremt lette og fleksible, ikketoksiske siliciumnanopartikler, der kan udsende lys og overføre energi, samt nanocellulose, der er et let og stift organisk stof, som kan lede elektricitet.
Nye energikilder fra nanomaterialer: termoceller
Termoceller er nye energikilder, der er fremstillet af kulstofnanorør-elektroder, som høster termisk energi ved lave temperaturer. Som følge af kulstofnanorørenes egenskaber kan termoceller generere elektricitet kontinuerligt.
De vil måske i fremtiden kunne anvendes til at skabe elektrisk energi fra varme, der afgives fra kemikalieanlæg, biler og solcelleanlæg, med henblik på at spare energi og anvende det på en mere bæredygtig måde.
Udvikling af vind- og solenergi
Hurtig omstilling til vind- og solenergi giver håb om, at EU og resten af verden vil være i stand til at fremskynde afviklingen af afhængigheden af fossile brændstoffer. Omkostningerne ved begge teknologier er faldet gennem de seneste årtier, samtidig med at deres effektivitet er steget. Nanomaterialer har spillet en vigtig rolle i dette og forventes yderligere at reducere omkostningerne og øge effektiviteten i de kommende år.
Solenergi
I øjeblikket dominerer solceller (også kaldet fotovoltaiske celler), der er baseret på krystallinsk silicium, markedet. De kan være meget effektive, men har også en række begrænsninger. Nanoteknologi åbner døren for andre teknologier som f.eks. tynde filmsolceller, hvor der anvendes nanokrystallinsk silicium, farvestofsensibiliserede solceller, hvor der anvendes titandioxidnanopartikler, eller solceller baseret på kvanteøer.
Nanopartikler kan mindske omkostningerne ved fremstilling og installation af solcellepaneler og derved gøre det billigere for virksomheder og forbrugere at begynde at bruge dem.
I forhold til lagring af energi, som er en af de største udfordringer ved solenergi, afprøves halvledende nanoledninger på grund af deres unikke fysiske lysoptagelse, der gør dem i stand til at lagre større mængder energi end andre materialer.
Vindenergi
Nanomaterialer kan også anvendes til at forbedre effektiviteten af vindenergi. Eksempelvis medvirker kulstofnanorør i vindmøllevinger til at gøre dem lettere og stærkere. Vingernes lette vægt gør det tilmed muligt at anvende større vinger og derigennem generere mere energi.