Energie
Atunci când ne gândim la sustenabilitate, primul lucru care ne vine în minte este adesea energia. Cererea tot mai mare de energie la nivel mondial reprezintă o provocare serioasă, nu doar din punctul de vedere al generării energiei de care avem nevoie, ci și din cel al economisirii, al distribuirii și al stocării ei.
De la generarea curentului electric până la autovehiculele electrice și la dispozitivele mobile, tranziția sectorului energetic european de la utilizarea combustibililor fosili la producția de energie durabilă presupune o serie de inovații tehnologice.
Astfel, ar fi nevoie de baterii cu capacitate de stocare a unor cantități din ce în ce mai mari de electricitate, dar cu greutate și costuri mai mici, precum și de generarea și transportarea unor cantități uriașe de electricitate verde, care la rândul său necesită panouri solare și turbine eoliene mai eficiente. În această secțiune explorăm rolul important al nanomaterialelor în efortul de a face față acestor provocări.
În ce mod se folosesc nanomaterialele și nanotehnologia?
Nanomaterialele se folosesc la dezvoltarea tipurilor existente de energie din surse regenerabile și la găsirea unor surse noi de energie. Sunt în curs cercetări legate de performanța bateriilor, a căror viață ar putea fi extinsă prin utilizarea nanomaterialelor chiar și în cazul depozitării pe perioade mai îndelungate.
De asemenea, nanotehnologia poate reduce consumul de energie al unor produse precum becurile, iar polimerii obținuți prin nanoinginerie pot duce la creșterea eficienței acestora.
Principalele materiale studiate în prezent în domeniul energiei sunt materialele pe bază de grafen, care sunt mai rezistente decât oțelul și diamantul, dar totodată extrem de ușoare și de flexibile, nanoparticulele de silicon netoxic, care pot să emită lumină și să transmită energie, și nanoceluloza, un compus organic conductor de electricitate care este ușor și rigid.
O nouă sursă de energie din nanomateriale: termocelulele
Termocelulele sunt surse noi de energie fabricate din nanotuburi de carbon cu rol de electrozi, care captează energie termică la temperaturi joase. Datorită proprietăților nanotuburilor de carbon, termocelulele pot genera electricitate în mod continuu.
În viitor, ele ar putea fi folosite pentru generarea de energie electrică din căldura reziduală a uzinelor chimice, a automobilelor și a parcurilor fotovoltaice, astfel încât energia să fie economisită și utilizată într-un mod mai durabil.
Extinderea energiei eoliene și solare
Adoptarea rapidă a energiei eoliene și solare ne dă motive să sperăm că UE și întreaga lume vor reuși să lase mai repede în urmă dependența de combustibilii fosili. Costurile ambelor tipuri de tehnologii au scăzut în ultimele decenii, iar eficiența lor a crescut. Nanomaterialele joacă un rol important în acest proces și au potențialul de a ajuta și mai mult la reducerea costurilor și la creșterea eficienței în anii următori.
Energia solară
În prezent, piața este dominată de celulele solare (cunoscute și sub denumirea de celule fotovoltaice) bazate pe siliciu cristalin. Deși pot fi foarte eficiente, acestea prezintă însă și unele limitări. Nanotehnologia deschide ușa altor tehnologii, cum sunt celulele solare cu aspect de peliculă subțire care folosesc siliciu nanocristalin, celulele solare ușoare sensibilizate cu pigmenți, care folosesc nanoparticule de dioxid de titan, sau celulele solare bazate pe puncte cuantice.
Nanoparticulele pot scădea costurile de fabricare și instalare a panourilor solare, iar ieftinirea acestora va ajuta industria și publicul larg să înceapă să le folosească.
În ceea ce privește stocarea energiei, care reprezintă una din principalele provocări în domeniul energiei solare, sunt în curs de testare nanofire semiconductoare a căror proprietate unică de absorbție fizică a luminii le face capabile să înmagazineze cantități mai mari de energie decât alte materiale.
Energia eoliană
Nanomaterialele se pot folosi și la îmbunătățirea eficienței energiei eoliene. De exemplu, nanotuburile de carbon utilizate în paletele turbinelor scad greutatea și cresc rezistența acestora. La rândul său, greutatea mai mică face posibilă construirea unor palete mai mari și generarea unei cantități sporite de energie.