Energia
Energia on sageli esimene, mis meenub, kui mõelda kestlikkusele. Üha kasvav üleilmne energianõudlus on suur probleem peale vajaliku energia tootmise ka selle säästmise, jaotamise ja salvestamise mõttes.
Alates elektrienergia tootmisest ning lõpetades elektriautode ja mobiilseadmetega vajab Euroopa energeetikasektor üleminekuks fossiilkütuste kasutamiselt kestliku energia tootmisele palju tehnoloogilisi uuendusi.
See hõlmab akusid, mis suudavad salvestada üha rohkem elektrienergiat, kuid on samas kergemad ja odavamad, ning tohutu koguse rohelise elektri tootmist ja ülekandmist, mis iseenesest vajab tõhusamaid päikesepaneele ja tuuleturbiine. Uurime nanomaterjalide tähtsust nende probleemide lahendamisel.
Kuidas kasutatakse nanomaterjale ja nanotehnoloogiat?
Nanomaterjale kasutatakse olemasolevate taastuvenergialiikide arendamiseks ja uute energiaallikate leidmiseks. Uuritakse akude toimivust ja nanomaterjalidega saaks nende kasutuskestust pikendada isegi siis, kui neid hoiustatakse kauem.
Nanotehnoloogiaga saab vähendada ka näiteks lampide energiatarvet, suurendades tõhusust nanopolümeeride abil.
Peamiselt uuritakse energeetikas praegu grafeenipõhiseid materjale, mis on tugevamad kui teras ja kõvemad kui teemant, kuid samal ajal ülikerged ja painduvad; mittetoksilisi räni nanoosakesi, mis suudavad kiirata valgust ja edastada elektrit; ning nanotselluloosi, mis on orgaaniline ühend, mis juhib elektrit, on kerge ja jäik.
Uus nanomaterjalidest energiaallikas: termorakud
Termorakud on uued energiaallikad, mis koosnevad süsiniknanotorudest valmistatud elektroodidest, mis koguvad madaltemperatuurset soojusenergiat. Tänu süsiniknanotorude omadustele suudavad termorakud toota elektrit pidevalt.
Tulevikus võidakse nendega toota elektrienergiat keemiatehaste, sõidukite ja päikeseelektrijaamade jääksoojusest, et säästa energiat ja kasutada seda kestlikumalt.
Tuule- ja päikeseenergia arendamine
Tuule- ja päikeseenergia kiire kasutuselevõtt annab lootust, et EL ja kogu maailm suudavad kiirendada fossiilkütustest sõltuvuse vähendamist. Mõlema tehnoloogia kulud on viimaste aastakümnetega vähenenud ja tõhusus suurenenud. Selles on oluline roll olnud nanomaterjalidel, mistõttu prognoositakse, et lähiaastatel vähenevad kulud ja suureneb tõhusus veelgi.
Päikeseenergia
Praegu valdavad turul päikeseelemendid ehk fotoelektrilised elemendid, mis põhinevad kristalsel ränil. Kuigi need võivad olla väga tõhusad, on neil ka mõningad piirangud. Nanotehnoloogia võimaldab kasutada ka muid tehnoloogiaid, nagu nanokristalse räniga õhekiht-päikeseelemendid, titaandioksiidi nanoosakestega kerged orgaanilisel värvainel põhinevad päikeseelemendid või kvanttäppidel põhinevad päikeseelemendid.
Nanoosakestega saab vähendada päikesepaneelide tootmis- ja paigaldamiskulusid, tänu millele on nende kasutuselevõtt tööstusele ja üldsusele odavam.
Päikeseenergeetikas on üks peamisi probleeme energia akumuleerimine. Selleks katsetatakse pooljuhtnanotraate, millel on ainulaadne füüsikaline valguse neeldumine, mis võimaldab neil salvestada rohkem energiat kui muud materjalid.
Tuuleenergia
Nanomaterjalide abil saab tõhustada ka tuuleenergiat, näiteks tuuleturbiinide labad on kergemad ja tugevamad, kui nendes kasutada süsiniknanotorusid. Labade kergus võimaldab omakorda suurendada labasid ja toota rohkem energiat.