Energia
Usein ensimmäinen asia, joka tulee mieleemme ajatellessamme kestävää kehitystä, on energia. Kasvava maailmanlaajuinen energiantarve on vakava haaste, ei ainoastaan tarvitsemamme energian tuottamisen vaan myös sen säästämisen, jakelun ja varastoinnin kannalta.
Jotta Euroopan energiasektori voisi siirtyä fossiilisten polttoaineiden käytöstä kohti kestävän energian tuotantoa, tarvitaan useita teknologisia innovaatioita. Tämä pätee sähköntuotannosta aina sähköautoihin ja mobiililaitteisiin asti.
Tarvitaan esimerkiksi akkuja, joihin voidaan varastoida yhä enemmän sähköä ja jotka samalla ovat yhä keveämpiä ja edullisempia, sekä vihreän sähkön suurten määrien tuotantoa ja siirtämistä, mikä edellyttää entistä tehokkaampia aurinkopaneeleja ja tuuliturbiineja. Tässä tutustumme nanomateriaalien tärkeään asemaan pyrkiessämme vastaamaan näihin haasteisiin.
Miten nanomateriaaleja ja nanoteknologiaa käytetään?
Nanomateriaaleja käytetään uusiutuvan energian nykyisten muotojen kehittämiseen ja uusien energianlähteiden löytämiseen. Meneillään on akkujen suorituskykyä koskeva tutkimus. Nanomateriaalit voisivat pidentää akkujen käyttöikää silloinkin, kun akkuja varastoidaan pitkiä ajanjaksoja.
Nanoteknologian avulla voidaan myös vähentää energiankulutusta lampuissa ja muissa vastaavissa tuotteissa, joissa nanotekniikalla valmistetut polymeerit voivat parantaa tehoa.
Energia-alalla nykyään tutkittavista materiaaleista tärkeimpiä ovat grafeenipohjaiset materiaalit, jotka ovat vahvempia kuin teräs tai timantti ja ovat silti erittäin kevyitä ja joustavia, myrkyttömät piin nanohiukkaset, jotka voivat emittoida valoa ja siirtää energiaa, sekä nanoselluloosa, joka on sähköä johtava, kevyt ja jäykkä orgaaninen yhdiste.
Uusia energianlähteitä nanomateriaaleista: lämpökennot
Lämpökennot (thermocells) ovat uusia energianlähteitä. Ne on valmistettu hiilinanoputkielektrodeista, jotka keräävät matalan lämpötilan lämpöenergiaa. Hiilinanoputkien ominaisuuksien vuoksi lämpökennot pystyvät tuottamaan sähkövirtaa jatkuvasti.
Tulevaisuudessa niillä voidaan ehkä tuottaa sähköenergiaa kemiallisten tehtaiden, autojen ja aurinkovoimaloiden poistolämmöstä. Näin säästetään energiaa ja käytetään sitä kestävämmin.
Tuuli- ja aurinkoenergian kehittäminen
Tuuli- ja aurinkoenergian nopea käyttöönotto antaa toivoa siitä, että EU ja koko maailma pystyy nopeuttamaan siirtymistä pois fossiilisista polttoaineista. Näiden molempien teknologioiden kustannukset ovat pienentyneet viime vuosikymmenten aikana samalla kun niiden tehokkuus on kasvanut. Nanomateriaaleilla on ollut tässä tärkeä asema, ja niiden odotetaan edelleen pienentävän kustannuksia ja parantavan tehokkuutta tulevina vuosina.
Aurinkoenergia
Aurinkokennot (eli valokennot), jotka nykyään hallitsevat markkinoita, perustuvat kiteiseen piihin. Vaikka ne voivat olla erittäin tehokkaita, niillä on myös joitakin rajoituksia. Nanoteknologia avaa oven muille teknologioille, joita ovat esimerkiksi nanokiteistä piitä hyödyntävät ohutkalvoaurinkokennot, titaanidioksidin nanohiukkasia hyödyntävät väriaineherkistetyt aurinkokennot sekä kvanttipisteisiin perustuvat aurinkokennot.
Nanohiukkaset voivat pienentää aurinkokennojen valmistus- ja asennuskustannuksia, jolloin kennojen käytön aloitus tulee halvemmaksi teollisuudelle ja julkiselle sektorille.
Yksi aurinkoenergian käytön suurimmista haasteista on energian varastointi. Tätä varten testataan puolijohtavia nanojohtimia, jotka absorboivat fyysistä valoa ainutlaatuisella tavalla ja pystyvät siksi varastoimaan suurempia energiamääriä kuin muut materiaalit.
Tuulienergia
Nanomateriaaleilla voidaan myös parantaa tuulienergian tehokkuutta. Esimerkiksi hiilinanoputkilla saadaan tuuliturbiinien lavoista kevyempiä ja vahvempia. Kun lavat ovat kevyitä, voidaan rakentaa suurempia lapoja ja tuottaa enemmän energiaa.