Energia

Energia jest często pierwszą rzeczą, która kojarzy się ze zrównoważonym rozwojem. Rosnące zapotrzebowanie na energię na świecie stanowi poważne wyzwanie, nie tylko ze względu na wytwarzanie potrzebnej energii, ale także jej oszczędzanie, dystrybucję i magazynowanie.

Począwszy od wytwarzania energii elektrycznej, skończywszy na pojazdach elektrycznych i urządzeniach przenośnych, przejście europejskiego sektora energetycznego od paliw kopalnych do energii wytwarzanej w sposób zrównoważony wymaga wielu innowacji technologicznych.

Dotyczy to akumulatorów pozwalających magazynować coraz większą ilość energii elektrycznej przy mniejszej masie i kosztach oraz wytwarzania i przesyłu ogromnych ilości zielonej energii, co z kolei wymaga wydajniejszych ogniw fotowoltaicznych i turbin wiatrowych. Poniżej zajmiemy się istotną rolą nanomateriałów w działaniach na rzecz sprostania tym wyzwaniom.

 

W jaki sposób wykorzystuje się nanomateriały i nanotechnologię?

Nanomateriały stosuje się w pracach rozwojowych nad istniejącymi typami energii odnawialnej oraz do opracowywania nowych źródeł energii. Badania wydajności akumulatorów są w toku, a nanomateriały mogą zapewnić dłuższy ich okres użytkowania, nawet po przechowywaniu przez dłuższy czas.

Nanotechnologia może ponadto pozwolić na zmniejszenie zużycia energii w produktach, takich jak żarówki, w których polimery nanotechnologiczne mogą zwiększyć wydajność.

Do głównych materiałów badanych obecnie w dziedzinie energetyki należą materiały grafenowe mocniejsze od stali i diamentu, a jednocześnie niezwykle lekkie i elastyczne; nietoksyczne nanocząstki krzemu, które mogą emitować światło i przekazywać energię, oraz nanoceluloza, związek organiczny przewodzący prąd elektryczny, lekki i sztywny.

 

Nowe źródła energii z nanomateriałów: termoogniwa

Termoogniwa to nowe źródła energii zawierające elektrody z nanorurek węglowych, które gromadzą energię cieplną w niskiej temperaturze. Dzięki właściwościom nanorurek węglowych termoogniwa wytwarzają energię elektryczną w sposób ciągły.

Być może będą one wykorzystywane w przyszłości do wytwarzania energii elektrycznej z ciepła generowanego przez zakłady chemiczne, pojazdy i farmy fotowoltaiczne, aby oszczędzać energię i używać jej w sposób bardziej zrównoważony.

 

Prace rozwojowe nad energetyką wiatrową i słoneczną

Szybkie wdrożenie wykorzystania energii wiatrowej i słonecznej daje nadzieję, że proces uniezależniania się od paliw kopalnych przyspieszy w UE i na całym świecie. Koszty obu technologii w ciągu minionych dziesięcioleci się zmniejszyły, a jednocześnie ich wydajność wzrosła. Nanomateriały mają istotne znaczenie w tym procesie: oczekuje się, że w przyszłości pozwolą dalej zmniejszać koszty i zwiększać wydajność.

 

Energetyka słoneczna

Na rynku dominują obecnie ogniwa słoneczne, czyli ogniwa fotowoltaiczne, oparte na krzemie krystalicznym. Mają wysoką wydajność, lecz charakteryzują się także pewnymi ograniczeniami. Nanotechnologia pozwala na rozwój innych technologii, takich jak cienkowarstwowe ogniwa fotowoltaiczne, w których wykorzystuje się krzem nanokrystaliczny, ogniwa fotowoltaiczne uczulane barwnikami wrażliwymi na światło, w których wykorzystuje się nanocząstki dwutlenku tytanu, i ogniwa fotowoltaiczne z kropkami kwantowymi.

Nanocząstki mogą zmniejszyć koszty produkcji i instalacji ogniw fotowoltaicznych, dzięki czemu zmniejszają się wydatki na ich wprowadzenie, ponoszone przez przemysł i społeczeństwo.

Jeżeli chodzi o magazynowanie energii, czyli jedno z głównych wyzwań dla energetyki słonecznej, bada się nanodruty półprzewodzące, które mają unikatowe właściwości fizyczne pochłaniania światła, dzięki czemu mogą magazynować więcej energii niż inne materiały.

 

Energetyka wiatrowa

Nanomateriały można także wykorzystać do zwiększenia sprawności energetyki wiatrowej. Na przykład dzięki nanorurkom węglowym uzyskuje się lżejsze i wytrzymalsze łopaty turbin wiatrowych. Z kolei mniejsza masa łopat umożliwia zwiększenie ich rozmiarów i wytwarzanie większej ilości energii elektrycznej.