براي سرمايه گذاراني كه به بازار انرژي‌هاي جايگزين علاقه دارند، فناوري نانو گزينه مناسبي است و فرصت‌هايي را براي آنها ايجاد مي‌كند. البته در اين زمينه خطرپذيري‌هايي كه در بازار تمام فناوري‌هاي نوظهور بايد متحمل شد را نبايد از نظر دور داشت.
در اين گزارش به مرور راه‌هاي مختلف تأثير فناوري نانو بر صنعت (راه‌هاي کنوني و آينده) مي‌پردازيم.
سوخت‌هاي فسيلي و نانوكاتاليزورها
علي‌رغم تمام جنجال‌هايي كه در مورد منابع انرژي جايگزين وجود دارد، بايد گفت در واقع هيچ كس قاطعانه در مورد اينكه به زودي وابستگي ما به انرژي‌هاي فسيلي قطع خواهد شد قاطعانه اظهار نظري نكرده است؛ اما در عين حال اين حرف به معناي آن نيست كه ميزان وابستگي فعلي دنيا به نفت اوپك هم همچنان در همين سطح باقي بماند. ضمن آنكه هنوز منابع گاز طبيعي و حتي زغال سنگ فراواني پيرامون ما وجود دارد.
همان طور كه مي‌دانيم از دهه 1920 به اين طرف با استفاده از روش فيشر - تروپس (Fischer Tropsch) امكان توليد سوخت‌هاي هيدروكربني مايع چه از زغال سنگ و چه از گاز فراهم شده بود اما با بالا رفتن قيمت نفت، نوع تميزي از اين سوخت ديزلي( گازوئيل) به طور تجاري توليد شد و اخيراً چنين با استفاده از نانو‌فناوري گام‌هايي در اين زمينه برداشته است. انتظار مي‌رود پروژة 2 ميليارد دلاري مايع سازي ذغال سنگ شنهوان(Shenhuan) كه ازفناوري نانوكاتاليزوري آمريكا استفاده مي‌كند بتوانند به عنوان يك روش اقتصادي قابل رقابت با ديگر روش‌ها در توليد سوخت مطرح شود.
تأثير كليدي فناوري نانو در اين بخش از انرژي، بهبود كارآمدي واكنش‌ها و كنترل فرآيندها به شيوه نانوساختارسازي مي‌باشد. به اين ترتيب به ازاي يك حجم معين، سطح بيشتري در معرض كاتاليزوري كه روي آن ريخته شده قرار مي‌گيرد در نتيجه باعث افزايش سرعت واكنش‌ها مي‌گردد. البته اين كار به اين سادگي هم نيست و لازم است مواد واكنش گر با سرعت مناسب، خود را به سايت‌هاي کاتاليزوري برسانند. انجام اين كار متضمن آن است كه ساختارهاي ما داراي تركيبي از مقياس‌ها باشد. اما ايجاد چنين ساختارهاي بزرگ و مجتمعي آن هم به شيوه از پايين به بالا (bottom up) كاري است كه تنها در حوزة فناوري نانو قابل انجام است.
سيستم‌هاي احتراقي پيشرفته و پيل‌هاي سوختي
اخيراً پيشرفت‌هاي بسياري از ساخت و توسعه ميني‌توربين‌ها (mini- turbines) با استفاده از همان اصول و قوانين نيروگاه‌هاي بزرگ در مقياس كوچك‌تر مشاهده شده است؛ لذا تأثير فناوري نانو بر چنين فناوري جا افتاده‌اي يك تأثير متحول كننده نخواهد بود اما قطعاً كاربردهايي از فلزها، سراميك‌ها و كامپوزيت‌هاي نانوبلوري را در اين زمينه مي‌توان يافت كه موجب بهبود پارامترهايي از جمله زمان عمر قطعات خواهند شد.
اين سيستم‌ها مستقيماً با پيل‌هاي سوختي بزرگ‌تر براي استفاده‌هاي صنعتي كوچك مقياس (Smal Scale) رقابت مي‌كند. به طور كلي مي‌توان گفت پيل‌هاي سوختي از چند طريق تحت تأثير فناوري نانو قرار دارند. به عنوان مثال استفاده از فولرين در اين پيل‌ها جايگزين پليمرهاي بزرگي شده است كه در غشاهاي الكتروليتي به كار مي‌روند و به اين ترتيب امكان كار پيل سوختي حتي در دماهاي پايين تر هم فراهم شده‌است . همچنين از فولرين‌ها در غشاهاي مبادله پروتون(Proton exchange membrane) براي كمك به حركت پروتون ها استفاده مي‌شود. از کربن نانوحفره‌اي هم مي‌توان در الكترودها استفاده نمود. كه در سال‌هاي اخير شکل‌هاي جديدي از آن ساخته شده است. كاتاليزورهايي كه داراي نانوذرات هستند نيز يكي ديگر از كاربردهاي نانو در زمينه پيل‌هاي سوختي است كه از آن در جداسازي الكترون/پروتون استفاده مي‌شود.
ضمناً گفتني است كه كاربرد BuckyPaper به صورت مادة الكترودي تركيبي (Combined) و پاية كاتاليزور (Catalyst Support) بسيار موفقيت‌آميز بوده و اين در حالي است كه نانوحسگرها هم جاي خود را در زمينة آشكار سازي هيدروژن در پيل‌هاي سوختي به دست آورده‌اند. در واقع بايد گفت بعد از سال‌ها كه تغييرات قابل توجهي در زمينة پيل‌هاي سوختي وجود نداشت، فناوري نانو را مي‌توان از عوامل عمدة پيشرفت‌هاي اخير در اين زمينه دانست.
انرژي خورشيدي
امروزه انرژي خورشيدي كه داراي ابداعات جديد فناوري‌نانو مي‌باشد نيز همچون پيل‌هاي سوختي بسيار مورد توجه است. اما مشكلي كه تاكنون درباره توسعه انرژي خورشيدي علي‌رغم بازگشت سرمايه طولاني مدت آن وجود داشته، هزينه اوليه بالاي آن مي‌باشد كه بسياري را از اين كار باز داشته است. از سوي ديگر و بالعكس سيستم‌هاي فوتوولتاتيك (Photovoltaic) طي سال‌هاي اخير شاهد توسعه‌اي سريع، هم در زمينه بهبود كارآمد واقع شدن و هم در راستاي كاهش هزينه‌هاي مربوط به آن بوده است.
تا مدتها بازده كار آن هم در محيط آزمايشگاه چيزي در حد 30 درصد بود اما با بهره‌گيري از طول موج‌هاي چند گانه دانشمندان موفق به افزايش اين رقم تا 50 درصد شدند. در اين زمينه روش‌هاي متعدد جديدي كه از نانوساختارهاي مختلف استفاده مي‌كنند نويدبخش توليد پانل‌هاي خورشيدي (Solar Panels) ارزان مي‌باشد، اگر چه كه بازدهي اين پانلها در حد 5 درصد ثابت است. به اين منظور استفاده از روش‌هاي لوله‌اي (roll Processes) و حتي رنگ‌آميزي موادي كه روي ديوار بلوك‌هاي اداري واقعند مورد بحث قرار گرفته است. جالب اينكه حتي برخي پيش بيني كرده‌اند كه موادي با بازده بهتر از انواع پيل‌هاي سيليكوني امروزي توليد شود هزينة آن كه يک دهم تا يک بيستم قيمت اوليه اين قبيل پيل‌ها مي‌باشد.
چنين تلاش‌هايي در صورت وقوع، متحول کننده خواهند بود؛ چرا كه اقتصاد به تنهايي دچار جهش و رشد سريع در بسياري از نقاط جهان مي‌شود. در عين حال با در نظر داشتن دوام و طول عمر محصول بايد به ارزيابي صحيح هزينه‌ها پرداخت و اين كه يكي از ضعف‌هاي برخي از مواد جديد است.
ممكن است اين سؤال مطرح شود كه چرا بايد تصور ايجاد تحول در انرژي خورشيدي پس از سال‌ها ركورد نسبي بايد تصور كرد؟ پاسخ اين سؤال را مي‌توان در تنوع پيشرفت‌هاي ايجاد شده در فناوري‌هايي دانست كه در اين زمينه تأثيرگذار بوده و همان طوري كه شروع اوليه و توسعه پيل‌هاي سوختي را باعث شده در مورد انرژي خورشيدي هم چنين خواهد بود.
پيشرفت‌هاي اساسي ايجاد شده تاكنون در زمينه نانوساختارهاي نيمه هادي و مواد هادي الکترون كه داراي بازده بيشتر بوده‌اند، مي‌باشد كه از جمله آنها مي‌توان مواد فولريني را نام برد.
كاربرد اين مواد و نقش آنها در زمينه انرژي خورشيدي همانند كاربردشان در پيل‌هاي سوختي است به اين ترتيب كه قبل از تركيب شدن خود به خودي و بي‌فايده الكترون‌ها با حفره‌هايي كه در مسيرشان وجود دارد، آنها را از محل توليدشان دور مي‌كند.
انرژي باد، زيست توده و زمين گرمايي
براي منابع انرژي جايگزين متعدد ديگري نيز وجود دارد كه به کمک فناوري نانو استفاده از آنها بسيار عملي تر و معقول‌تر خواهد بود كه از آن جمله مي‌توان انرژي باد زيست توده (biomass) و زمين گرمايي (geothermal) اشاره كرد.
گرچه استفاده از انرژي باد يكي از قديمي‌ترين راه‌هاي توليد انرژي است اما اخيراً استفاده از دستگاه‌هاي بادي مولد برق در بسياري از كشورها و با بهبود وضعيت اقتصادي آنها رشد قابل ملاحظه‌اي داشته است . در عين حال مقدار انرژي كه يك كشور به آن نياز دارد و مي‌تواند آن را توليد كند محدود است كه اين امر به ويژه براي كشورهاي فاقد سواحل آبي گسترده به منظور ايجاد نيروگاه‌هاي برق آبي حائز اهميت بوده و مي‌توانند مقدار زيادي از زمين‌هاي دور از ساحل را به اين كار اختصاص دهند.
ممكن است به نظر عجيب برسد كه چگونه فناوري نانو كه فناوري مدرن و جديدي است مي‌تواند چيزي به قدمت نيروگاه‌هاي بادي را تحت تأثير قرار دهد؟ پاسخ اين سؤال در مواد مورد استفاده نهفته است . همان طور كه مي‌دانيم توان يك توربين بادي متناسب با مربع طول تيغة آن افزايش مي‌يابد در حال حاضر از پيشرفته‌ترين كامپوزيت‌هاي فيبركربني در اين تيغه ها استفاده مي‌شود اما در صورت استفاده از كامپوزيت هايي از نوع نانولوله‌هاي كربني در آنها، نسبت توان به وزن آنها تا چند برابر افزايش مي‌يابد.
از ديگر انرژي‌هاي جايگزين، زيست توده است كه توجه فزاينده‌اي را به خود جلب كرده است و فناوري‌نانو بر آن تأثيري همانند تأثيري است كه بر سوخت‌هاي فسيلي داشته است، مي‌گذارد؛ يعني كاتاليزورهاي بهبود يافته و جدا سازي گاز. همچنين در اين زمينه جزئيات بسياري وجود دارد كه به فناوري پيل‌هاي سوختي مربوط مي‌شود.
در اين بين، انرژي زمين گرمايي توجه كمتري را به خود جلب كرده است و بسياري آن را تنها به بخش‌هاي معيني از دنيا چون جزاير يخي محدود مي‌دانند. اما در واقع بايد گفت اين انرژي تقريباً يكي از ذخاير نامحدود انرژي به شمار مي‌آيد كه هر كجا باشيد زير پايتان قرار دارد.البته تعريفي اين گونه از اين انرژي را در حال حاضر مي‌تواند در كتاب‌هاي زمين شناسي يافت . زيرا براي رسيدن به عمق مناسب و لازم جهت استفاده از گرماي دروني زمين، فناوري حفاري موجود بايد بهبود يافته و يا اينكه ما به توان لازم جهت استفاده از گرماي زمين در سطوح بالاتر زمين دست يابيم.
از سراميك‌ها و نانوبلورهاي فلزي، مواد جديدي در دست تهيه است كه مي‌توان از آنها در فناوري حفاري استفاده نمود. اما جالب ترين پيشرفتي كه در اين زمينه رخ داده استفاده از روش تونل زني ترموالكتريكي براي توليد الكتريسيته از گرماي سطوح بالايي زمين است. هم اكنون چندين شركت براي بهره‌وري از اين فناوري ايجاد شده كه اساس آنها بر استفاده از نانولايه‌هاي عايق الكتريسيته با ابعاد بسيار دقيق و كنترل شده مي‌باشد.
بازارهايي كه اين شركت‌ها در نظر دارند موارد بسيار عادي‌تر از بازار مربوط به انرژي زمين گرمايي در مقياس بزرگ مي‌باشد. از جمله اهداف اين شركت‌ها بهره‌وري از گرماي خروجي از اگزوز موتور خودروها براي توليد الكترسيته (و افزايش بازده) است ضمن آنكه از همين فناوري و مشابه آن مي‌توان در بهره‌وري از گرمايي كه در محيط‌هاي توليد سنتي به هدر مي‌رود نيز استفاده نمود.
منبع :سايت نانو
نانوذرات، روان كننده، كاهش اصطكاك