خلاصه :
شرکت Nano Markets، بر این اعتقاد است که هم اکنون فناوری‌نانو تمام فناوری‌های انرژی کنونی را تحت تأثیر قرار داده و تغییر شگرفی در تصور ما از دنیای انرژی ایجاد خواهد کرد. برای آنها که به منابع انرژی قابل اطمینان دسترسی ندارند، راه حل‌های جدید مهندسی نانو کمک شایانی است تا کیفیت زندگی آنان را بهبود بخشد. فناوری‌نانو برای آنها که از ناکارآمدی ذخیره، تولید و تبدیل انرژی رنج می‌برند منابع انرژی جدیدی فراهم آورده و علاوه بر آن، هزینه تولید هر کیلووات انرژی را هم کاهش داده و یا حداقل به بهبود کیفیت تولید آن کمک خواهد کرد.
شرکت Nano Markets، بر این اعتقاد است که هم اکنون فناوری‌نانو تمام فناوری‌های انرژی کنونی را تحت تأثیر قرار داده و تغییر شگرفی در تصور ما از دنیای انرژی ایجاد خواهد کرد. برای آنها که به منابع انرژی قابل اطمینان دسترسی ندارند، راه حل‌های جدید مهندسی نانو کمک شایانی است تا کیفیت زندگی آنان را بهبود بخشد. فناوری‌نانو برای آنها که از ناکارآمدی ذخیره، تولید و تبدیل انرژی رنج می‌برند منابع انرژی جدیدی فراهم آورده و علاوه بر آن، هزینه تولید هر کیلووات انرژی را هم کاهش داده و یا حداقل به بهبود کیفیت تولید آن کمک خواهد کرد.
برای سرمایه گذارانی که به بازار انرژی‌های جایگزین علاقه دارند، فناوری نانو گزینه مناسبی است و فرصت‌هایی را برای آنها ایجاد می‌کند. البته در این زمینه خطرپذیری‌هایی که در بازار تمام فناوری‌های نوظهور باید متحمل شد را نباید از نظر دور داشت.
در این گزارش به مرور راه‌های مختلف تأثیر فناوری نانو بر صنعت (راه‌های کنونی و آینده) می‌پردازیم.
سوخت‌های فسیلی و نانوکاتالیزورها
علی‌رغم تمام جنجال‌هایی که در مورد منابع انرژی جایگزین وجود دارد، باید گفت در واقع هیچ کس قاطعانه در مورد اینکه به زودی وابستگی ما به انرژی‌های فسیلی قطع خواهد شد قاطعانه اظهار نظری نکرده است؛ اما در عین حال این حرف به معنای آن نیست که میزان وابستگی فعلی دنیا به نفت اوپک هم همچنان در همین سطح باقی بماند. ضمن آنکه هنوز منابع گاز طبیعی و حتی زغال سنگ فراوانی پیرامون ما وجود دارد.
همان طور که می‌دانیم از دهه 1920 به این طرف با استفاده از روش فیشر - تروپس (Fischer Tropsch) امکان تولید سوخت‌های هیدروکربنی مایع چه از زغال سنگ و چه از گاز فراهم شده بود اما با بالا رفتن قیمت نفت، نوع تمیزی از این سوخت دیزلی( گازوئیل) به طور تجاری تولید شد و اخیراً چنین با استفاده از نانوفناوری گام‌هایی در این زمینه برداشته است. انتظار می‌رود پروژه 2 میلیارد دلاری مایع سازی ذغال سنگ شنهوان(Shenhuan) که ازفناوری نانوکاتالیزوری آمریکا استفاده می‌کند بتوانند به عنوان یک روش اقتصادی قابل رقابت با دیگر روش‌ها در تولید سوخت مطرح شود.
تأثیر کلیدی فناوری نانو در این بخش از انرژی، بهبود کارآمدی واکنش‌ها و کنترل فرآیندها به شیوه نانوساختارسازی می‌باشد. به این ترتیب به ازای یک حجم معین، سطح بیشتری در معرض کاتالیزوری که روی آن ریخته شده قرار می‌گیرد در نتیجه باعث افزایش سرعت واکنش‌ها می‌گردد. البته این کار به این سادگی هم نیست و لازم است مواد واکنش گر با سرعت مناسب، خود را به سایت‌های کاتالیزوری برسانند. انجام این کار متضمن آن است که ساختارهای ما دارای ترکیبی از مقیاس‌ها باشد. اما ایجاد چنین ساختارهای بزرگ و مجتمعی آن هم به شیوه از پایین به بالا (bottom up) کاری است که تنها در حوزه فناوری نانو قابل انجام است.
سیستم‌های احتراقی پیشرفته و پیل‌های سوختی
اخیراً پیشرفت‌های بسیاری از ساخت و توسعه مینی‌توربین‌ها (mini-
urbines) با استفاده از همان اصول و قوانین نیروگاه‌های بزرگ در مقیاس کوچک‌تر مشاهده شده است؛ لذا تأثیر فناوری نانو بر چنین فناوری جا افتاده‌ای یک تأثیر متحول کننده نخواهد بود اما قطعاً کاربردهایی از فلزها، سرامیک‌ها و کامپوزیت‌های نانوبلوری را در این زمینه می‌توان یافت که موجب بهبود پارامترهایی از جمله زمان عمر قطعات خواهند شد.
این سیستم‌ها مستقیماً با پیل‌های سوختی بزرگ‌تر برای استفاده‌های صنعتی کوچک مقیاس (Smal Scale) رقابت می‌کند. به طور کلی می‌توان گفت پیل‌های سوختی از چند طریق تحت تأثیر فناوری نانو قرار دارند. به عنوان مثال استفاده از فولرین در این پیل‌ها جایگزین پلیمرهای بزرگی شده است که در غشاهای الکترولیتی به کار می‌روند و به این ترتیب امکان کار پیل سوختی حتی در دماهای پایین تر هم فراهم شده‌است . همچنین از فولرین‌ها در غشاهای مبادله پروتون(Proton exchange membrane) برای کمک به حرکت پروتون ها استفاده می‌شود. از کربن نانوحفره‌ای هم می‌توان در الکترودها استفاده نمود. که در سال‌های اخیر شکل‌های جدیدی از آن ساخته شده است. کاتالیزورهایی که دارای نانوذرات هستند نیز یکی دیگر از کاربردهای نانو در زمینه پیل‌های سوختی است که از آن در جداسازی الکترون/پروتون استفاده می‌شود.
ضمناً گفتنی است که کاربرد BuckyPaper به صورت ماده الکترودی ترکیبی (Combined) و پایه کاتالیزور (Catalyst Support) بسیار موفقیت‌آمیز بوده و این در حالی است که نانوحسگرها هم جای خود را در زمینه آشکار سازی هیدروژن در پیل‌های سوختی به دست آورده‌اند. در واقع باید گفت بعد از سال‌ها که تغییرات قابل توجهی در زمینه پیل‌های سوختی وجود نداشت، فناوری نانو را می‌توان از عوامل عمده پیشرفت‌های اخیر در این زمینه دانست.
انرژی خورشیدی
امروزه انرژی خورشیدی که دارای ابداعات جدید فناوری‌نانو می‌باشد نیز همچون پیل‌های سوختی بسیار مورد توجه است. اما مشکلی که تاکنون درباره توسعه انرژی خورشیدی علی‌رغم بازگشت سرمایه طولانی مدت آن وجود داشته، هزینه اولیه بالای آن می‌باشد که بسیاری را از این کار باز داشته است. از سوی دیگر و بالعکس سیستم‌های فوتوولتاتیک Photovoltaic) طی سال‌های اخیر شاهد توسعه‌ای سریع، هم در زمینه بهبود کارآمد واقع شدن و هم در راستای کاهش هزینه‌های مربوط به آن بوده است.
تا مدتها بازده کار آن هم در محیط آزمایشگاه چیزی در حد 30 درصد بود اما با بهره‌گیری از طول موج‌های چند گانه دانشمندان موفق به افزایش این رقم تا 50 درصد شدند. در این زمینه روش‌های متعدد جدیدی که از نانوساختارهای مختلف استفاده می‌کنند نویدبخش تولید پانل‌های خورشیدی (Solar Panels) ارزان می‌باشد، اگر چه که بازدهی این پانلها در حد 5 درصد ثابت است. به این منظور استفاده از روش‌های لوله‌ای (roll Processes) و حتی رنگ‌آمیزی موادی که روی دیوار بلوک‌های اداری واقعند مورد بحث قرار گرفته است. جالب اینکه حتی برخی پیش بینی کرده‌اند که موادی با بازده بهتر از انواع پیل‌های سیلیکونی امروزی تولید شود هزینه آن که یک دهم تا یک بیستم قیمت اولیه این قبیل پیل‌ها می‌باشد.
چنین تلاش‌هایی در صورت وقوع، متحول کننده خواهند بود؛ چرا که اقتصاد به تنهایی دچار جهش و رشد سریع در بسیاری از نقاط جهان می‌شود. در عین حال با در نظر داشتن دوام و طول عمر محصول باید به ارزیابی صحیح هزینه‌ها پرداخت و این که یکی از ضعف‌های برخی از مواد جدید است.
ممکن است این سؤال مطرح شود که چرا باید تصور ایجاد تحول در انرژی خورشیدی پس از سال‌ها رکورد نسبی باید تصور کرد؟ پاسخ این سؤال را می‌توان در تنوع پیشرفت‌های ایجاد شده در فناوری‌هایی دانست که در این زمینه تأثیرگذار بوده و همان طوری که شروع اولیه و توسعه پیل‌های سوختی را باعث شده در مورد انرژی خورشیدی هم چنین خواهد بود.
پیشرفت‌های اساسی ایجاد شده تاکنون در زمینه نانوساختارهای نیمه هادی و مواد هادی الکترون که دارای بازده بیشتر بوده‌اند، می‌باشد که از جمله آنها می‌توان مواد فولرینی را نام برد.
کاربرد این مواد و نقش آنها در زمینه انرژی خورشیدی همانند کاربردشان در پیل‌های سوختی است به این ترتیب که قبل از ترکیب شدن خود به خودی و بی‌فایده الکترون‌ها با حفره‌هایی که در مسیرشان وجود دارد، آنها را از محل تولیدشان دور می‌کند.
انرژی باد، زیست توده و زمین گرمایی
برای منابع انرژی جایگزین متعدد دیگری نیز وجود دارد که به کمک فناوری نانو استفاده از آنها بسیار عملی تر و معقول‌تر خواهد بود که از آن جمله می‌توان انرژی باد زیست توده (biomass) و زمین گرمایی (geothermal) اشاره کرد.
گرچه استفاده از انرژی باد یکی از قدیمی‌ترین راه‌های تولید انرژی است اما اخیراً استفاده از دستگاه‌های بادی مولد برق در بسیاری از کشورها و با بهبود وضعیت اقتصادی آنها رشد قابل ملاحظه‌ای داشته است . در عین حال مقدار انرژی که یک کشور به آن نیاز دارد و می‌تواند آن را تولید کند محدود است که این امر به ویژه برای کشورهای فاقد سواحل آبی گسترده به منظور ایجاد نیروگاه های برق آبی حائز اهمیت بوده و می‌توانند مقدار زیادی از زمین‌های دور از ساحل را به این کار اختصاص دهند.
ممکن است به نظر عجیب برسد که چگونه فناوری نانو که فناوری مدرن و جدیدی است می‌تواند چیزی به قدمت نیروگاه‌های بادی را تحت تأثیر قرار دهد؟ پاسخ این سؤال در مواد مورد استفاده نهفته است . همان طور که می‌دانیم توان یک توربین بادی متناسب با مربع طول تیغه آن افزایش می‌یابد در حال حاضر از پیشرفته‌ترین کامپوزیت‌های فیبرکربنی در این تیغه ها استفاده می‌شود اما در صورت استفاده از کامپوزیت هایی از نوع نانولوله‌های کربنی در آنها، نسبت توان به وزن آنها تا چند برابر افزایش می‌یابد.
از دیگر انرژی‌های جایگزین، زیست توده است که توجه فزاینده‌ای را به خود جلب کرده است و فناوری‌نانو بر آن تأثیری همانند تأثیری است که بر سوخت‌های فسیلی داشته است، می‌گذارد؛ یعنی کاتالیزورهای بهبود یافته و جدا سازی گاز. همچنین در این زمینه جزئیات بسیاری وجود دارد که به فناوری پیل‌های سوختی مربوط می‌شود.
در این بین، انرژی زمین گرمایی توجه کمتری را به خود جلب کرده است و بسیاری آن را تنها به بخش‌های معینی از دنیا چون جزایر یخی محدود می‌دانند. اما در واقع باید گفت این انرژی تقریباً یکی از ذخایر نامحدود انرژی به شمار می‌آید که هر کجا باشید زیر پایتان قرار دارد.البته تعریفی این گونه از این انرژی را در حال حاضر می‌تواند در کتاب‌های زمین شناسی یافت . زیرا برای رسیدن به عمق مناسب و لازم جهت استفاده از گرمای درونی زمین، فناوری حفاری موجود باید بهبود یافته و یا اینکه ما به توان لازم جهت استفاده از گرمای زمین در سطوح بالاتر زمین دست یابیم.