Energia
Keď uvažujeme nad udržateľnosťou, energia je často prvá vec, ktorá nám napadne. Zvýšený celosvetový dopyt po energii predstavuje vážnu výzvu nielen z hľadiska výroby energie, ktorú potrebujeme, ale aj z hľadiska jej úspor, distribúcie a skladovania.
Od výroby energie pre elektrické vozidlá a mobilné zariadenia, prechod európskeho energetického odvetvia z používania fosílnych palív smerom k výrobe energie z obnoviteľných zdrojov vyžaduje viacero technologických inovácií.
Zahŕňa to batérie, ktoré dokážu skladovať neustále sa zvyšujúce množstvo elektrickej energie pri súčasnom znížení ich hmotnosti a ceny, ako aj výrobu a prenos veľkého množstva ekologickej elektrickej energie, čo samotné vyžaduje efektívnejšie solárne panely a veterné turbíny. Práve tu, pri úsilí o splnenie týchto výziev, preskúmame dôležitú úlohu nanomateriálov.
Ako sa nanomateriály a nanotechnológia používajú?
Nanomateriály sa používajú na rozvoj existujúcich typov energie z obnoviteľných zdrojov a na vývoj nových zdrojov energie. Prebieha výskum zameraný na výkonnosť batérií, nanomateriály by mohli predĺžiť ich životnosť, aj pri dlhodobom skladovaní.
Nanotechnológia dokáže tiež znížiť spotrebu energie v prípade výrobkov, ako sú žiarovky, kde polyméry vyrobené nanotechnológiou dokážu prispieť k zvýšenej účinnosti.
Hlavné materiály, ktoré sa v súčasnosti skúmajú v oblasti energie, zahŕňajú materiály na báze grafénu, ktorý je odolnejší než oceľ a diamant, ale súčasne mimoriadne ľahký a pružný; netoxické silikónové nanočastice, ktoré dokážu vyžarovať svetlo a prenášať energiu; a nanocelulózu, organickú zlúčeninu, ktorá je elektricky vodivá, ľahká a pevná.
Nový zdroj energie z nanomateriálov: termočlánky
Termočlánky predstavujú nové zdroje energie a sú vyrobené z uhlíkových nanorúrok, ktoré získavajú nízkoteplotnú termálnu energiu. Vďaka vlastnostiam uhlíkových nanorúrok dokážu termočlánky nepretržite vyrábať energiu.
V budúcnosti by sa mohli použiť na výrobu elektrickej energie z tepla produkovaného chemickými prevádzkami, automobilmi a solárnymi článkami s cieľom ušetriť energiu a využívať ju udržateľným spôsobom.
Rozvoj veternej a solárnej energie
Rýchle zavedenie veternej a solárnej energie poskytuje nádej, že EÚ a svet dokážu urýchliť ukončenie závislosti od fosílnych palív. Náklady na obe technológie sa za posledné desaťročia znížili, pričom sa súčasne zvýšila ich účinnosť. Nanomateriály v tom hrajú dôležitú úlohu a očakáva sa, že v nadchádzajúcich rokoch budú naďalej znižovať náklady a zvyšovať účinnosť.
Solárna energia
V súčasnosti dominujú na trhu solárne články, známe aj ako fotovoltaické články, založené na kryštalickom kremíku. Hoci dokážu byť vysoko účinné, majú aj niektoré obmedzenia. Nanotechnológia otvára dvere ďalším technológiám, ako sú tenkovrstvové solárne články, ktoré používajú nanokryštalický kremík, farbivom fotosenzitizované solárne články používajúce nanočastice z oxidu titaničitého alebo solárne články na báze kvantových bodiek.
Nanočastice dokážu znížiť náklady na výrobu a inštaláciu solárnych panelov, čím sú lacnejšie pre priemyselné odvetvie a verejnosť, ktorá ich začína používať.
Na skladovanie energie, čo je jedna z hlavných výziev solárnej energie, sa testujú polovodivé nanodrôty vďaka ich jedinečnej fyzikálnej absorpcii svetla, ktorá im umožňuje skladovať vyššie množstvo energie než iné materiály.
Veterná energia
Nanomateriály sa môžu použiť aj na zlepšenie účinnosti veternej energie. Napríklad uhlíkové nanorúrky používané v lopatkách veterných turbín znižujú ich hmotnosť a zvyšujú pevnosť. Nízka hmotnosť lopatiek zase umožňuje väčší rozmer lopatiek a výrobu väčšieho množstva energie.