Ενέργεια

Συνήθως, το πρώτο πράγμα που έρχεται στο νου μας όταν σκεφτόμαστε τη βιωσιμότητα είναι η ενέργεια. Η αυξανόμενη παγκόσμια ζήτηση ενέργειας συνιστά σοβαρή πρόκληση, όχι μόνο όσον αφορά την παραγωγή ενέργειας που χρειαζόμαστε αλλά και την εξοικονόμηση, τη διανομή και την αποθήκευσή της.

Από την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας μέχρι τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα και τις φορητές συσκευές, η μετάβαση του ευρωπαϊκού τομέα ενέργειας από τη χρήση ορυκτών καυσίμων προς την παραγωγή βιώσιμης ενέργειας απαιτεί τεχνολογικές καινοτομίες.

Στις εν λόγω καινοτομίες περιλαμβάνονται οι μπαταρίες με δυνατότητα αποθήκευσης ολοένα αυξανόμενων ποσοτήτων ηλεκτρικής ενέργειας και, παράλληλα, μείωση του βάρους και τους κόστους τους, καθώς και η παραγωγή και μετάδοση τεράστιων ποσοτήτων πράσινης ηλεκτρικής ενέργειας, η οποία απαιτεί καθαυτή πιο αποτελεσματικούς ηλιακούς συλλέκτες και ανεμογεννήτριες. Στο παρόν έγγραφο διερευνούμε τον σημαντικό ρόλο των νανοϋλικών στην προσπάθεια αντιμετώπισης αυτών των προκλήσεων.

 

Πώς χρησιμοποιούνται τα νανοϋλικά και η νανοτεχνολογία;

Τα νανοϋλικά χρησιμοποιούνται για την ανάπτυξη των υφιστάμενων μορφών ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές και για την εξεύρεση νέων πηγών ενέργειας. Η έρευνα όσον αφορά τις επιδόσεις των μπαταριών είναι σε εξέλιξη και αφορά τη δυνατότητα των νανοϋλικών να παρατείνουν τη διάρκεια ζωής των μπαταριών, ακόμη και όταν αποθηκεύονται για μεγαλύτερα χρονικά διαστήματα.

Η νανοτεχνολογία μπορεί, επίσης, να μειώσει την ενέργεια που καταναλώνουν προϊόντα όπως οι λαμπτήρες, όπου ο συνδυασμός πολυμερών με νανοϋλικά μπορεί να αυξήσει την αποδοτικότητα.

Τα κύρια υλικά που ερευνώνται επί του παρόντος στον τομέα της ενέργειας είναι, μεταξύ άλλων, υλικά με βάση το γραφένιο, τα οποία είναι ανθεκτικότερα από τον χάλυβα και το διαμάντι και, ταυτόχρονα, είναι εξαιρετικά ελαφριά και εύκαμπτα· μη τοξικά νανοσωματίδια πυριτίου που μπορούν να εκπέμπουν φως και να μεταδίδουν ενέργεια, καθώς και η νανοκυτταρίνη, μια οργανική ένωση που είναι ηλεκτρικά αγώγιμη, ελαφριά και άκαμπτη.

 

Νέα πηγή ενέργειας από νανοϋλικά: θερμικές κυψέλες (thermocells)

Οι θερμικές κυψέλες είναι νέες πηγές ενέργειας που κατασκευάζονται από ηλεκτρόδια νανοσωλήνων που συλλέγουν θερμική ενέργεια χαμηλής θερμοκρασίας. Λόγω των ιδιοτήτων των νανοσωλήνων άνθρακα, οι θερμικές κυψέλες μπορούν να παράγουν ηλεκτρική ενέργεια αδιάλειπτα.

Στο μέλλον, μπορεί να χρησιμοποιούνται για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από τη θερμότητα που αποβάλλουν χημικά φυτά, τα αυτοκίνητα και τα πάρκα ηλιακών κυψελών για την εξοικονόμηση ενέργειας και τη χρήση της με πιο βιώσιμο τρόπο.

 

Ανάπτυξη της αιολικής και ηλιακής ενέργειας

Η ταχεία αξιοποίηση της αιολικής και ηλιακής ενέργειας δημιουργεί ελπίδες στην ΕΕ και τον κόσμο ότι θα μπορέσει να επιταχύνει την εγκατάλειψη της χρήσης των ορυκτών καυσίμων. Το κόστος αμφότερων των τεχνολογιών έχει μειωθεί τις τελευταίες δεκαετίες, ενώ η αποδοτικότητά τους έχει αυξηθεί. Σημαντικό ρόλο σε αυτό έχουν διαδραματίσει τα νανοϋλικά, τα οποία αναμένεται να μειώσουν περαιτέρω το κόστος και να αυξήσουν την αποδοτικότητα τα επόμενα έτη.

 

Ηλιακή ενέργεια

Επί του παρόντος, στην αγορά κυριαρχούν οι ηλιακές κυψέλες, γνωστές ως φωτοβολταϊκές κυψέλες, που βασίζονται στο κρυσταλλικό πυρίτιο. Παρότι μπορούν να είναι ιδιαίτερα αποδοτικές, έχουν και ορισμένους περιορισμούς. Η νανοτεχνολογία ανοίγει τις πόρτες για την ανάπτυξη άλλων τεχνολογιών όπως οι ηλιακές κυψέλες λεπτού υμενίου που χρησιμοποιούν νανοκρυσταλλικό πυρίτιο, οι ηλιακές κυψέλες φωτοευαισθητοποιημένης χρωστικής που χρησιμοποιούν νανοσωματίδια διοξειδίου του τιτανίου ή οι ηλιακές κυψέλες που βασίζονται στις κβαντικές τελείες.

Τα νανοσωματίδια μπορούν να μειώσουν το κόστος κατασκευής και εγκατάστασης ηλιακών συλλεκτών, ώστε να είναι φθηνότεροι προς χρήση από τις βιομηχανίες και το ευρύ κοινό.

Όσον αφορά την αποθήκευση ενέργειας, που αποτελεί μία από τις κυριότερες προκλήσεις της ηλιακής ενέργειας, υποβάλλονται σε δοκιμές τα ημιαγώγιμα νανοσύρματα, λόγω της μοναδικής απορροφητικότητας του φυσικού φωτός, γεγονός που τα επιτρέπει να αποθηκεύουν μεγαλύτερες ποσότητες ενέργειας σε σύγκριση με άλλα υλικά.

 

Αιολική ενέργεια

Τα νανοϋλικά μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για τη βελτίωση της αποδοτικότητας της αιολικής ενέργειας. Για παράδειγμα, οι νανοσωλήνες άνθρακα που χρησιμοποιούνται στα πτερύγια των ανεμογεννητριών τα καθιστούν ελαφρύτερα και ανθεκτικότερα. Το μικρό βάρος των πτερυγίων επιτρέπει την κατασκευή μεγαλύτερων πτερυγίων και την αύξηση της παραγόμενης ενέργειας.