Energie
Energie is vaak het eerste waar men aan denkt als het gaat over duurzaamheid. De toenemende wereldwijde vraag naar energie vormt een grote uitdaging, niet alleen wat betreft de opwekking van energie die we nodig hebben, maar ook wat betreft het besparen, distribueren en opslaan ervan.
Van elektriciteitsopwekking tot elektrische auto’s en mobiele apparaten, de overstap van de Europese energiesector van fossiele brandstoffen naar de productie van duurzame energie vereist technologische innovaties op uiteenlopende gebieden.
Voorbeelden zijn accu’s die steeds grotere hoeveelheden elektriciteit kunnen opslaan en tegelijkertijd lichter en goedkoper zijn, en de productie en transmissie van grote hoeveelheden groene elektriciteit, waarvoor efficiëntere zonnepanelen en windturbines nodig zijn. Hier onderzoeken we de belangrijke rol die nanomaterialen bij deze uitdagingen spelen.
Hoe worden nanomaterialen en nanotechnologie gebruikt?
Nanomaterialen worden gebruikt om bestaande soorten hernieuwbare energie te ontwikkelen en nieuwe energiebronnen te vinden. Er wordt onderzoek gedaan naar de prestaties van accu’s, waarbij nanomaterialen de levensduur kunnen verlengen, zelfs wanneer accu’s langdurig worden opgeslagen.
Nanotechnologie kan ook het energieverbruik van producten zoals gloeilampen verlagen, waarbij nano-engineeringpolymeren de efficiëntie kunnen verhogen.
De belangrijkste materialen die momenteel op energiegebied worden onderzocht, zijn op grafeen gebaseerde materialen die sterker zijn dan staal en diamant, maar uiterst licht en flexibel zijn; niet-toxische nanodeeltjes van silicium die licht kunnen uitstralen en energie kunnen overbrengen, en nanocellulose, een organische verbinding die elektrisch geleidend, licht en stijf is.
Nieuwe energiebron uit nanomaterialen: thermocellen
Thermocellen zijn nieuwe energiebronnen op basis van koolstofnanobuiselektroden die thermische energie bij lage temperaturen verzamelen. Door de eigenschappen van de koolstofnanobuizen kunnen thermocellen continu elektriciteit opwekken.
In de toekomst kunnen ze worden gebruikt voor de opwekking van elektrische energie uit warmte die wordt afgegeven door chemische installaties, auto’s en zonnecelbedrijven, om zo energie te besparen en duurzamer gebruik te maken van energie.
Ontwikkeling van wind- en zonne-energie
De snelle invoering van wind- en zonne-energie geeft de hoop dat de EU en de wereld in staat zullen zijn de afhankelijkheid van fossiele brandstoffen sneller af te bouwen. De kosten van beide technologieën zijn de afgelopen decennia gedaald, terwijl de efficiëntie ervan is toegenomen. Nanomaterialen spelen hierbij een belangrijke rol en zullen naar verwachting de komende jaren verdere kostenverlagingen en efficiëntieverbeteringen mogelijk maken.
Zonne-energie
Momenteel wordt de markt gedomineerd door zonnecellen op basis van kristallijn silicium, ook bekend als fotovoltaïsche cellen. Hoewel ze zeer efficiënt kunnen zijn, hebben ze ook een aantal beperkingen. Nanotechnologie opent de deur voor andere technologieën, zoals dunne-film-cellen op basis van nanokristallijn silicium, Dye-sensitized Solar Cells (DSC) met nanodeeltjes van titaandioxide of zonnecellen op basis van kwantumpunten.
Nanodeeltjes kunnen de productie- en installatiekosten van zonnepanelen verlagen, waardoor het voor de industrie en het publiek goedkoper wordt om ze te gaan gebruiken.
Voor de opslag van energie, een van de belangrijkste uitdagingen voor zonne-energie, worden halfgeleidernanodraden getest vanwege hun unieke lichtabsorberende eigenschappen waarmee ze grotere hoeveelheden energie kunnen opslaan dan andere materialen.
Windenergie
Nanomaterialen kunnen ook worden gebruikt om de efficiëntie van windenergie te verbeteren. Toepassing van koolstofnanobuizen maakt windturbinebladen bijvoorbeeld lichter en sterker. Door het geringe gewicht van de bladen kunnen daarnaast grotere bladen worden gemaakt en kan meer energie worden opgewekt.