Energi
Energi är ofta det första man tänker på när det gäller hållbarhet. Den ökande globala efterfrågan på energi är en stor utmaning, inte bara när det gäller att generera energin vi behöver utan även att lagra och distribuera den.
Från kraftproduktion till elbilar och mobila enheter kräver den europeiska energisektorns omställning från fossila bränslen till produktion av hållbar energi ett antal tekniska innovationer.
Det gäller bland annat att få fram batterier som kan lagra allt större mängder energi samtidigt som de väger mindre och är billigare, och att överföra stora mängder grön el, vilket i sig kräver effektivare solpaneler och vindturbiner. Här utforskar vi nanomaterialens viktiga roll när det gäller att möta dessa utmaningar.
Hur används nanomaterial och nanoteknik?
Nanomaterial används för att utveckla befintliga former av förnybar energi och för att hitta nya energikällor. Forskning om batteriers prestanda pågår, där nanomaterial kan förlänga deras livslängd även med längre lagringsperioder.
Nanoteknik kan även minska energianvändningen för produkter som glödlampor, där polymerer tillverkade med nanoteknik kan ge ökad effektivitet.
De material det forskas mest om inom energiområdet är bland annat grafenbaserade material som är starkare än stål och diamant, samtidigt som de är oerhört lätta och flexibla, ogiftiga kiselnanopartiklar som kan sända ut ljus och överföra energi och nanocellulosa, en organisk förening som är elektriskt ledande, lätt och styv.
Nya energikällor av nanomaterial: termoceller
Termoceller är nya energikällor som tillverkas av nanorörselektroder som skördar värmeenergi vid låga temperaturer. På grund av kolnanorörens egenskaper kan termoceller generera elektricitet kontinuerligt.
I framtiden skulle de kunna användas för att generera elektrisk energi från spillvärme från kemikaliefabriker, bilar och solcellsparker för att spara energi och använda den på ett mer hållbart sätt.
Utveckling av vind- och solenergi
Det snabba införandet av vind- och solenergi är hoppingivande för EU och övriga världen och kommer att kunna snabba på övergången från beroendet av fossilt bränsle. Kostnaden har minskat både för vind- och solenergitekniken under de senaste tjugo åren, samtidigt som denna typ av energi har blivit effektivare. Nanomaterial har spelat en viktig roll för detta och förväntas bidra till att sänka kostnaderna och öka effektiviteten ytterligare under de kommande åren.
Solenergi
Idag är det kristallint kisel som dominerar på marknaden för solceller, eller fotovoltaiska celler. Solpaneler med den tekniken kan vara högeffektiva men har vissa begränsningar. Nanoteknik öppnar för andra tekniker, såsom solceller med film av nanokristallin kisel, grätzelsolceller – som även kallas nanosolceller – med färgämnen och nanopartiklar av titandioxid eller solceller som bygger på kvantprickar.
Nanopartiklar kan minska både tillverknings- och installationskostnaderna för solpaneler och göra det billigare både för industrin och allmänheten att börja använda dem.
När det gäller lagring av energi, som är en av de stora utmaningarna för solenergin, testas halvledarnanokablar på grund av sin unika fysiska ljusabsorption som gör att de kan lagra större mängder energi än andra material.
Vindenergi
Nanomaterial kan även användas för att göra vindenergi effektivare. Exempelvis gör kolnanorören i vindturbinernas blad att de blir både lättare och starkare. Genom att bladen kan göras lätta går det att göra dem större, så att mer energi kan genereras.