فناوری نانو ومبحث انرژی(1)
برای آنها كه به منابع انرژی قابل اطمینان دسترسی ندارند، راه حل‌های جدید فناوری نانوكمك شایانی است تا كیفیت زندگی آنان را بهبود بخشد. فناوری‌نانو برای آنها كه از ناكارآمدی ذخیره، تولید و تبدیل انرژی رنج می‌برند منابع انرژی جدیدی فراهم آورده و علاوه بر آن، هزینه تولید هر كیلووات انرژی را هم كاهش داده و یا حداقل به بهبود كیفیت تولید آن كمك خواهد كرد.
فناوری نانو به سبب ارتباط با عناصر پایه ایجاد کننده خواص، با بسیاری از کاربردها درزمینه انرژی در ارتباط است و به تمامی سوالات پیرامون این بحث پاسخ می دهد.
فناوری نانو کمک می کند تا انرژی های مختلف با بازدهی بیشتری برق تأمین کنند یا حتی روش های دیگری برای تأمین انرژی ایجاد شود. در انتقال انرژی تا تحویل آن به واحدهای مصرف کننده فناوری نانو کمک می کند که اتلاف انرژی کاهش یابد. در ذخیره انرژی به طور مشخص ذخیره انرژی در باتری ها و خازن ها به کمک فناوری نانو افزایش یافته است. فناوری نانو در کاهش میزان مصرف برق و بهینه سازی مصرف سوخت و کاهش آلاینده ها نیز موثر است و روش هایی را پیشنهاد می کند که با تغییری اندک، آسیب های وارد به محیط کاهش می یابد.
[h=2]فناوری نانو وتولید انرژی
روش های زیادی طراحی شده اند که از منابع طبیعی مانند خورشید، آب یا باد انرژی بسازند. در همه موارد فناوری نانو می تواند اثرگذار باشد و تغییرات چشم گیری ایجاد کند. تولید و استفاده از نفت و دیگر سوخت های فسیلی سالانه با یک روند مشخص در حال افزایش است و در آینده ای نزدیک تولیدات نفتی دیگر قادر به پاسخ گویی به نیازهای جمعیت دنیا نخواهند بود. پایان یافتن منابع نفتی تنها مشکل ما نیست، بلکه با استفاده روز افزون سوخت های فسیلی در حال حاضر با تولید روزافزون گازهای گل خانه ای و گرم شدن جهان، محیط زیست در معرض خطر جدی قرار گرفته است. برخی از منابع جدیدی که می توانند جایگزین سوخت های فسیلی شوند شناخته شده اند، اما هنوز از نظر اقتصادی بازدهی لازم را ندارند. پیشرفت های فناوری نانو می تواند این مشکل را بهبود بخشد. با فناوری نانو می توان مواد و روش های جدیدی ایجاد کرد که تحولی اساسی در زمینه انرژی رقم می زنند. در حال حاضر نوربین های بادی، صفحات سلول های خورشیدی و سوخت های طبیعی به عنوان اهداف اصلی در تأمین انرژی های تجدیدپذیر مطرح هستند. چون منشاء آن ها تمیز، ارزان و همیشگی است.
[h=2]سوخت های فسیلی ونانو کاتالیزورها
تأثیر كلیدی فناوری نانو در این بخش از انرژی، بهبود كارآمدی واكنش‌ها و كنترل فرآیندها به شیوه نانوساختارسازی می‌باشد. به این ترتیب به ازای یك حجم معین، سطح بیشتری در معرض كاتالیزوری كه روی آن ریخته شده قرار می‌گیرد در نتیجه باعث افزایش سرعت واكنش‌ها می‌گردد. البته این كار به این سادگی هم نیست و لازم است مواد واكنش گر با سرعت مناسب، خود را به سایت‌های کاتالیزوری برسانند. انجام این كار متضمن آن است كه ساختارهای ما دارای تركیبی از مقیاس‌ها باشد. اما ایجاد چنین ساختارهای بزرگ و مجتمعی آن هم به شیوه از پایین به بالا (bottom up) كاری است كه تنها در حوزه فناوری نانو قابل انجام است.
[h=2]انرژی خورشیدی خورشید یکی از منابع مهم تجدید پذیر بدون آلودگی است. انرژی خورشید را می توان به وسیله سلول های مولد ولتاژ از نور (سلول های خورشیدی) به برق تبدیل کرد. برخی از ماشین حساب های نوری، فانوس های دریایی، خطوط تلفن در نواحی دور، سفینه های فضایی و نانوبری شناورها در اقیانوس، سلول های خورشیدی دارند.
برای ایجاد یک سلول خورشیدی ایجاد یک اتصال از نیمه رساناهای نوع Pو N ضروری است. این اتصال موجب حرکت الکترون ها می شود.
برخلاف مولدهای معمول سلول های خورشیدی انرژی شیمیایی را استفاده نمی کنند، سلول های خورشیدی همان طور که از نامشان پیدا است، نور را به برق تبدیل می کنند، کاری که گیاهان طی میلیون ها سال انجام می دهند. بیشتر سلول های خورشیدی، علیرغم محدودیت میزان بازدهی آن از ورود آلاینده ها به محیط زیست جلوگیری کرده و برق نامحدود و فراوان خورشید را ذخیره می کند. محققان در تلاش اند سلول هایی با بازدهی بیش از 50 درصد و وزن و هزینه کم بسازند و بتوانند برق بیشتری نسبت به سلول های گران قیمت و کم بازده کنونی ذخیره کنند. انعطاف و سبکی، نیاز به مراقبت کم و قابلیت تلفیق با لباس، ساختمان، بادبان ها، شیشه، بام و انواع سطوح، مواردی است که نیاز به توجه به فناوری نانو در ساخت سلول های خورشیدی و افزایش بازدهی آن ها را ضروری می سازد. فناوری نانو در سال های اخیر توانسته است به عنوان یک بخش پر ارتباط با کاربردها و خواص متعدد، بهبودهای مهمی را در سلول های خورشیدی ایجاد نماید، به طوری که هزینه سلول های خورشیدی کنونی با حفظ بازدهی به یک سوم رسیده است.
در فناوری نانو مباحث، متعدد و وسیع است و در حیطه دانش و فن یک رشته قرار نمی گیرد. این تنوع از حیث مواد نانوساختار، خواص، سیستم های نانومتری و حتی روش های ساخت و قابلیت هایی است که در هر کاربرد به آن ها نیاز است. این فناوری می تواند به کاهش هزینه ها و افزایش کارایی سلول های خورشیدی کمک کند. نانوالیاف، نانولوله ها، مواد متخلخل کاتالیستی و مواد جاذب، نقاط کوانتومی و حتی نانوکامپوزیت ها می توانند در سلول های خورشیدی مورد استفاده قرار بگیرند. در توسعه سیستم های انرژی زا، علم مواد اهمیت بسیار زیادی دارد. زیرا مواد بیشترین هزینه ها و تأثیرات را در بازدهی این سیستم ها ایجاد می کنند. برای مثال فرایند تولید و به کاربردن سیلیکون که مهم ترین نیمه رسانایی است که از آن برای استخراج الکترون از نور خورشید استفاده شده است، بخش زیادی از هزینه های ساخت یک واحد سلول خورشیدی را به خود اختصاص می دهد.
كارایی یك سلول خورشیدی به این بستگی دارد كه چه میزان از نور خورشید را جذب می كند و چه مقدار از آن منعكس شده و یا به صورت گرما در مدارهای سلول خورشیدی هدر می‌رود و در نهایت با چه بازدهی انرژی دریافتی را به الكتریسیته تبدیل می‌كند. تاکنون تحقیقات بسیار زیادی در مورد سلول های خورشیدی انجام گرفته و همچنان ادامه دارد. مشكل سلول های خورشیدی فعلی، هزینه بالا، گران بودن مواد و كارایی نسبتاً كم آنها می‌باشد. این به آن معناست كه انرژی خورشیدی چندین برابر گران‌تر از انرژی به دست آمده از مصرف سوخت‌های فسیلی می‌باشد. مهم ترین مشکل سلول های خورشیدی بازده اندک آن ها است. مشکلی که استفاده از نانومواد به حل آن کمک می کند. سلول های خورشیدی جدید کارایی بالاتر از این سلول ها را نسبت به سیلیکون های مصرفی در صفحات خورشیدی امروزی ایجاد کرده اند. فناوری نانو گزینه‌های جدیدی مثل صفحات انعطاف پذیر رانیز ارائه دهد.
ادامه دارد...
انرژی یکی از مسائل مهم امروز و آینده است. انرژی از تولید تا مصرف مسائلی دارد که در فناوری نانو می توان به دنبال پاسخ آن گشت .فناوری‌نانو تمام فناوری‌های انرژی كنونی را تحت تأثیر قرار داده و تغییر شگرفی در تصور ما از دنیای انرژی ایجاد كرده است.
برای آنها كه به منابع انرژی قابل اطمینان دسترسی ندارند، راه حل‌های جدید فناوری نانوكمك شایانی است تا كیفیت زندگی آنان را بهبود بخشد. فناوری‌نانو برای آنها كه از ناكارآمدی ذخیره، تولید و تبدیل انرژی رنج می‌برند منابع انرژی جدیدی فراهم آورده و علاوه بر آن، هزینه تولید هر كیلووات انرژی را هم كاهش داده و یا حداقل به بهبود كیفیت تولید آن كمك خواهد كرد.
فناوری نانو به سبب ارتباط با عناصر پایه ایجاد کننده خواص، با بسیاری از کاربردها درزمینه انرژی در ارتباط است و به تمامی سوالات پیرامون این بحث پاسخ می دهد.
فناوری نانو کمک می کند تا انرژی های مختلف با بازدهی بیشتری برق تأمین کنند یا حتی روش های دیگری برای تأمین انرژی ایجاد شود. در انتقال انرژی تا تحویل آن به واحدهای مصرف کننده فناوری نانو کمک می کند که اتلاف انرژی کاهش یابد. در ذخیره انرژی به طور مشخص ذخیره انرژی در باتری ها و خازن ها به کمک فناوری نانو افزایش یافته است. فناوری نانو در کاهش میزان مصرف برق و بهینه سازی مصرف سوخت و کاهش آلاینده ها نیز موثر است و روش هایی را پیشنهاد می کند که با تغییری اندک، آسیب های وارد به محیط کاهش می یابد.
[h=2]فناوری نانو وتولید انرژی
روش های زیادی طراحی شده اند که از منابع طبیعی مانند خورشید، آب یا باد انرژی بسازند. در همه موارد فناوری نانو می تواند اثرگذار باشد و تغییرات چشم گیری ایجاد کند. تولید و استفاده از نفت و دیگر سوخت های فسیلی سالانه با یک روند مشخص در حال افزایش است و در آینده ای نزدیک تولیدات نفتی دیگر قادر به پاسخ گویی به نیازهای جمعیت دنیا نخواهند بود. پایان یافتن منابع نفتی تنها مشکل ما نیست، بلکه با استفاده روز افزون سوخت های فسیلی در حال حاضر با تولید روزافزون گازهای گل خانه ای و گرم شدن جهان، محیط زیست در معرض خطر جدی قرار گرفته است. برخی از منابع جدیدی که می توانند جایگزین سوخت های فسیلی شوند شناخته شده اند، اما هنوز از نظر اقتصادی بازدهی لازم را ندارند. پیشرفت های فناوری نانو می تواند این مشکل را بهبود بخشد. با فناوری نانو می توان مواد و روش های جدیدی ایجاد کرد که تحولی اساسی در زمینه انرژی رقم می زنند. در حال حاضر نوربین های بادی، صفحات سلول های خورشیدی و سوخت های طبیعی به عنوان اهداف اصلی در تأمین انرژی های تجدیدپذیر مطرح هستند. چون منشاء آن ها تمیز، ارزان و همیشگی است.
فناوری‌نانو برای آنها كه از ناكارآمدی ذخیره، تولید و تبدیل انرژی رنج می‌برند منابع انرژی جدیدی فراهم آورده و علاوه بر آن، هزینه تولید هر كیلووات انرژی را هم كاهش داده و یا حداقل به بهبود كیفیت تولید آن كمك خواهد كرد
[h=2]سوخت های فسیلی ونانو کاتالیزورها
تأثیر كلیدی فناوری نانو در این بخش از انرژی، بهبود كارآمدی واكنش‌ها و كنترل فرآیندها به شیوه نانوساختارسازی می‌باشد. به این ترتیب به ازای یك حجم معین، سطح بیشتری در معرض كاتالیزوری كه روی آن ریخته شده قرار می‌گیرد در نتیجه باعث افزایش سرعت واكنش‌ها می‌گردد. البته این كار به این سادگی هم نیست و لازم است مواد واكنش گر با سرعت مناسب، خود را به سایت‌های کاتالیزوری برسانند. انجام این كار متضمن آن است كه ساختارهای ما دارای تركیبی از مقیاس‌ها باشد. اما ایجاد چنین ساختارهای بزرگ و مجتمعی آن هم به شیوه از پایین به بالا (bottom up) كاری است كه تنها در حوزه فناوری نانو قابل انجام است.
[h=2]انرژی خورشیدی خورشید یکی از منابع مهم تجدید پذیر بدون آلودگی است. انرژی خورشید را می توان به وسیله سلول های مولد ولتاژ از نور (سلول های خورشیدی) به برق تبدیل کرد. برخی از ماشین حساب های نوری، فانوس های دریایی، خطوط تلفن در نواحی دور، سفینه های فضایی و نانوبری شناورها در اقیانوس، سلول های خورشیدی دارند.
برای ایجاد یک سلول خورشیدی ایجاد یک اتصال از نیمه رساناهای نوع Pو N ضروری است. این اتصال موجب حرکت الکترون ها می شود.
برخلاف مولدهای معمول سلول های خورشیدی انرژی شیمیایی را استفاده نمی کنند، سلول های خورشیدی همان طور که از نامشان پیدا است، نور را به برق تبدیل می کنند، کاری که گیاهان طی میلیون ها سال انجام می دهند. بیشتر سلول های خورشیدی، علیرغم محدودیت میزان بازدهی آن از ورود آلاینده ها به محیط زیست جلوگیری کرده و برق نامحدود و فراوان خورشید را ذخیره می کند. محققان در تلاش اند سلول هایی با بازدهی بیش از 50 درصد و وزن و هزینه کم بسازند و بتوانند برق بیشتری نسبت به سلول های گران قیمت و کم بازده کنونی ذخیره کنند. انعطاف و سبکی، نیاز به مراقبت کم و قابلیت تلفیق با لباس، ساختمان، بادبان ها، شیشه، بام و انواع سطوح، مواردی است که نیاز به توجه به فناوری نانو در ساخت سلول های خورشیدی و افزایش بازدهی آن ها را ضروری می سازد. فناوری نانو در سال های اخیر توانسته است به عنوان یک بخش پر ارتباط با کاربردها و خواص متعدد، بهبودهای مهمی را در سلول های خورشیدی ایجاد نماید، به طوری که هزینه سلول های خورشیدی کنونی با حفظ بازدهی به یک سوم رسیده است.
در فناوری نانو مباحث، متعدد و وسیع است و در حیطه دانش و فن یک رشته قرار نمی گیرد. این تنوع از حیث مواد نانوساختار، خواص، سیستم های نانومتری و حتی روش های ساخت و قابلیت هایی است که در هر کاربرد به آن ها نیاز است. این فناوری می تواند به کاهش هزینه ها و افزایش کارایی سلول های خورشیدی کمک کند. نانوالیاف، نانولوله ها، مواد متخلخل کاتالیستی و مواد جاذب، نقاط کوانتومی و حتی نانوکامپوزیت ها می توانند در سلول های خورشیدی مورد استفاده قرار بگیرند. در توسعه سیستم های انرژی زا، علم مواد اهمیت بسیار زیادی دارد. زیرا مواد بیشترین هزینه ها و تأثیرات را در بازدهی این سیستم ها ایجاد می کنند. برای مثال فرایند تولید و به کاربردن سیلیکون که مهم ترین نیمه رسانایی است که از آن برای استخراج الکترون از نور خورشید استفاده شده است، بخش زیادی از هزینه های ساخت یک واحد سلول خورشیدی را به خود اختصاص می دهد.
كارایی یك سلول خورشیدی به این بستگی دارد كه چه میزان از نور خورشید را جذب می كند و چه مقدار از آن منعكس شده و یا به صورت گرما در مدارهای سلول خورشیدی هدر می‌رود و در نهایت با چه بازدهی انرژی دریافتی را به الكتریسیته تبدیل می‌كند. تاکنون تحقیقات بسیار زیادی در مورد سلول های خورشیدی انجام گرفته و همچنان ادامه دارد. مشكل سلول های خورشیدی فعلی، هزینه بالا، گران بودن مواد و كارایی نسبتاً كم آنها می‌باشد. این به آن معناست كه انرژی خورشیدی چندین برابر گران‌تر از انرژی به دست آمده از مصرف سوخت‌های فسیلی می‌باشد. مهم ترین مشکل سلول های خورشیدی بازده اندک آن ها است. مشکلی که استفاده از نانومواد به حل آن کمک می کند. سلول های خورشیدی جدید کارایی بالاتر از این سلول ها را نسبت به سیلیکون های مصرفی در صفحات خورشیدی امروزی ایجاد کرده اند. فناوری نانو گزینه‌های جدیدی مثل صفحات انعطاف پذیر رانیز ارائه دهد.
ادامه دارد...
مریم نایب زاده
بخش دانش و زندگی تبیان
بخش دانش و زندگی تبیان
