Energija
Pri razmišljanju o trajnostnosti pogosto najprej pomislimo na energijo. Čedalje večje povpraševanje po energiji po celem svetu pomeni resen izziv, ne le v smislu ustvarjanja energije, ki jo potrebujemo, ampak tudi v smislu njenega prihranka, distribucije in shranjevanja.
Prehod evropskega energetskega sektorja z uporabe fosilnih goriv na proizvodnjo trajnostne energije zahteva številne tehnološke inovacije, od proizvodnje električne energije do električnih avtomobilov in prenosnih naprav.
To vključuje baterije, ki bodo omogočile shranjevanje čedalje večjih količine elektrike in bodo hkrati lažje in cenejše, ter proizvodnjo in prenos ogromnih količin zelene elektrike, ki sama po sebi zahteva učinkovitejše sončne panele in vetrne turbine. Tu preučujemo pomembno vlogo nanomaterialov pri spoprijemanju s temi izzivi.
Kako se uporabljajo nanomateriali in nanotehnologija?
Nanomateriali se uporabljajo za razvoj obstoječih vrst energije iz obnovljivih virov in za iskanje novih virov energije. Potekajo raziskave učinkovitosti baterij, pri čemer bi nanomateriali lahko podaljšali njihovo življenjsko dobo tudi med dolgotrajnejšim shranjevanjem.
Z nanotehnologijo lahko tudi zmanjšamo porabo energije pri proizvodih, kot so žarnice, pri katerih lahko polimeri, izdelani z nanotehnologijo, prinesejo večjo učinkovitost.
Glavni materiali, ki jih trenutno raziskujejo na področju energije, vključujejo materiale na osnovi grafena, ki so močnejši od jekla in diamantov, hkrati pa so izjemno lahki in prožni, netoksične silicijeve nanodelce, ki lahko oddajajo svetlobo in prenašajo energijo, ter nanocelulozo, organsko spojino, ki je električno prevodna, lahka in toga.
Novi viri energije iz nanomaterialov: termocelice
Termocelice so nov vir energije, narejen iz elektrod z ogljikovimi nanocevkami, ki zajemajo nizkotemperaturno toplotno energijo. Zaradi lastnosti ogljikovih nanocevk lahko termocelice elektriko proizvajajo neprekinjeno.
V prihodnosti bi se lahko uporabljale za proizvodnjo električne energije iz odpadne toplote, ki jo oddajajo kemijski obrati, avtomobili in sončne farme, s čimer bi energijo prihranili in jo uporabili bolj trajnostno.
Razvoj vetrne in sočne energije
Hiter prehod na vetrno in sončno energijo daje upanje, da bosta EU in svet lahko hitreje postala neodvisna od fosilnih goriv. Stroški obeh tehnologij so se v zadnjih desetletjih zmanjšali, njuna učinkovitost pa se je povečala. Pri tem so imeli pomembno vlogo nanomateriali, z njimi pa naj bi v prihodnjih letih še bolj znižali stroške in povečali učinkovitost.
Sončna energija
Trenutno na trgu prevladujejo sončne celice, znane tudi kot fotonapetostne celice, na osnovi kristalnega silicija. Lahko so sicer zelo učinkovite, vendar imajo tudi nekatere omejitve. Nanotehnologija odpira vrata drugim tehnologijam, kot so tankoplastne sončne celice, pri katerih se uporablja nanokristalni silicij, s svetlobo in barvilom senzibilizirane sončne celice, pri katerih se uporabljajo nanodelci titanovega dioksida, ali sončne celice na osnovi kvantnih pik.
Nanodelci lahko zmanjšajo stroške proizvodnje in vgradnje sončnih panelov, zato bi jih začele uporabljati različne industrije in splošna javnost.
Kar zadeva shranjevanje energije, ki je eden glavnih izzivov v zvezi s sončno energijo, potekajo preskusi polprevodniških nanožic, katerih edinstvena fizična absorpcija svetlobe omogoča shranjevanje večjih količin energije v primerjavi z drugimi materiali.
Vetrna energija
Nanomateriali se lahko uporabljajo tudi za izboljšanje učinkovitosti vetrne energije. Zaradi ogljikovih nanocevk, ki se uporabljajo v lopaticah vetrnih turbin, so te na primer lažje in močnejše. Ker so lopatice lažje, to posledično omogoča izdelavo večjih lopatic in proizvodnjo večje količine energije.