Energia
Ha a fenntarthatóságra gondolunk, gyakran az energia az első, ami az eszünkbe jut. Az energia iránti világszerte növekvő igény komoly kihívást jelent, nemcsak a szükséges energia előállítása, hanem annak megtakarítása, elosztása és tárolása szempontjából is.
A villamosenergia-termeléstől az elektromos autókig és a mobil eszközökig az európai energiaágazat átállása a fosszilis tüzelőanyagok felhasználásáról a fenntartható energia előállítására számos technológiai újítást igényel.
Ez magában foglalja az egyre növekvő mennyiségű villamosenergia tárolására képes, ugyanakkor kisebb tömegű és kevesebb költséggel járó akkumulátorokat, valamint a nagy mennyiségű zöldenergia előállítását és szállítását, amely maga is hatékonyabb napelemeket és szélturbinákat igényel. Jelen részben megvizsgáljuk, hogy a nanoanyagok milyen fontos szerepet játszanak e kihívások leküzdésében.
Hogyan használják a nanoanyagokat és a nanotechnológiát?
A nanoanyagokat a megújuló energia meglévő típusainak továbbfejlesztésére és új energiaforrások felkutatására használják. Folyamatban vannak az akkumulátorok teljesítményével kapcsolatos kutatások, amelynek eredményeképp a nanoanyagok képesek lennének meghosszabbítani az akkumulátorok élettartalmát, még hosszabb ideig tartó tárolás esetén is.
A nanotechnológia csökkentheti az olyan termékek energiafogyasztását is, mint például az izzók, amelyeknél mesterséges nanopolimerekkel növelhető a hatékonyság.
Az energia területén jelenleg kutatás alatt álló fő anyagok közé tartoznak a grafénalapú anyagok, amelyek erősebbek, mint az acél és a gyémánt, ugyanakkor rendkívül könnyűek és rugalmasak; nem mérgező szilícium nanorészecskék, amelyek fényt bocsátanak ki és energiát továbbítanak; valamint nanocellulóz, amely elektromosan vezető, fényes és merev szerves vegyület.
Nanoanyagokból származó új energiaforrás: a hőelemek
A hőelemek olyan, szén nanocső-elektródákból álló energiaforrások, melyek alacsony hőmérsékleten használják fel a hőenergiát. A szén nanocsövek tulajdonságainak köszönhetően a hőelemek folyamatosan képesek villamosenergia termelésére.
A jövőben villamosenergia előállítására használhatják fel őket a vegyipari üzemek, autók és napelemparkok által leadott hőből az energia megtakarítása és a fenntarthatóbb felhasználása érdekében.
A szél- és napenergia fejlesztése
A szél- és napenergia gyors elterjedése reményt ad arra, hogy az EU és a világ is képes lesz felgyorsítani a fosszilis tüzelőanyagoktól való eltávolodás folyamatát. Az elmúlt évtizedekben mindkét technológia költségei csökkentek, hatékonyságuk pedig nőtt. A nanoanyagok fontos szerepet játszottak ebben, és az elkövetkező években várhatóan tovább csökkentik a költségeket és növelik a hatékonyságot.
Napenergia
Jelenleg a kristályos szilíciumon alapuló napelemek – más néven fotovoltaikus elemek – uralják a piacot. Bár ezek rendkívül hatékonyak lehetnek, vannak bizonyos korlátaik. A nanotechnológia megnyitja az utat más technológiák, például a nanokristályos szilíciumot használó vékonyfilm-napelemek, a titán-dioxid nanorészecskéket alkalmazó, festékanyaggal érzékenyített napelemek vagy a kvantumegységeken alapuló napelemek előtt.
A nanorészecskék csökkenthetik a napelemek gyártási és telepítési költségeit, ami olcsóbbá teszi azok használatát az ipar és a lakosság számára.
Az energiatárolást illetően, amely a napenergia egyik fő kihívása, folyamatosan vizsgálják a félvezető nanovezetékeket egyedi fizikai fényelnyelésük szempontjából, ami lehetővé teszi, hogy más anyagoknál nagyobb mennyiségű energiát tároljanak.
Szélenergia
A nanoanyagok a szélenergia hatékonyságának fokozására is felhasználhatók. Például a szélturbinalapátok könnyebbé és erősebbé tehetők szén nanocsövek felhasználásával. A lapátok kis tömege pedig nagyobb lapátméretet, így fokozott energiatermelést tesz lehetővé.