Нанотехнологии для энергетики

Нанотехнологии уже вышли на путь практического использования и находят применение в деятельности различных фирм.
Источник: Photolive

Известно, что МЭА прогнозирует увеличение энергопотребления в 2030 году на две трети по сравнению с нынешним уровнем. Если пересчитать будущее энергопотребление в баррелях нефти, то оно составит 200 млн. баррелей ежедневно. Нанотехнологии предлагают растущему энергопотреблению ряд решений по повышению эффективности его использования. Основываются нанотехнологии на материалах с совершенно новыми свойствами и подразумевают манипуляции на молекулярном уровне, то есть на расстояниях в миллионные доли миллиметра. Однако потенциал нанотехнологий заключается не только в миниатюризации каких-либо вещей. Работая в столь микроскопических масштабах, ученые получают возможность менять свойства материалов. В результате они получают необычные оптические, электрические и другие свойства из-за того, что с их помощью атомы располагаются строго определенным образом. А это, в свою очередь, можно использовать для самых разных целей.

Мировые форумы наноученых

В центре исследований, проводимых учеными в энергетической сфере, стоят проблемы преобразования энергии, ее накопление и транспорт. О значении энергетических проблем, которые можно решать с помощью нанотехнологий, свидетельствует, в частности, ежегодная конференция, проводимая в США известным Массачусетским институтом технологий, – «Международная конференция по применению нанотехнологий в энергетике». Эта конференция дополняется деятельностью американской Rice Energy Program (REP, USA), представляющей собой форум, на котором ученые, представители бизнеса и политики имеют возможность обсуждать проблемы различных энергетических технологий, в которых могут использоваться нанонаука и наноисследования.

Солнечная энергетика и катализаторы

Главной сферой применения веществ, созданных на основе нанотехнологий, являются пока различного рода катализаторы и другие методы очистки, а также создание веществ с новыми свойствами для различных отраслей энергетики. Примером является американская фирма Nanosolar, основанная в октябре 2001 года и располагающая рядом патентов в области наноэлектроники и солнечных элементов. Благодаря разработанным нанометодикам в производственном процессе солнечные батареи фирмы более производительны, чем остальные, основанные на кремнии, и отличаются низкой себестоимостью. Нанометодика в технологии производства солнечных элементов сводится к применению пленок медь–индий–диселенид галлия (так называемые CIGS-пленки). Этот полупроводник характеризуется на 20% большим фотоэлектрическим эффектом, чем современные солнечные элементы на кремнии. Тонкая пленка CIGS толщиной всего 1 микрометр производит столько же электричества, сколько 200–300-микронный полупроводниковый кремниевый элемент. Одно из преимуществ новой технологии производства пленок – «самосборка» жидкости, состоящей из наночастиц, которые покрывают поверхность CIGS. Благодаря этому солнечные элементы могут быть нанесены на гибкую основу. А это практически невозможно при использовании кремниевых элементов. Сама методика была разработана фирмой Sandia National Laboratories, а Nanosolar ее лицензировала. Кстати, Nanosolar уже выиграла инвестиционный конкурс в размере 100 млн. долларов на строительство самой крупной в мире фабрики по созданию дешевых солнечных элементов в районе залива Сан-Франциско. Суммарная мощность завода – около 430 МВт в год, а это втрое превышает суммарный годовой выпуск солнечных элементов в США. Выпускать компания будет в год до 200 млн. солнечных панелей.

С помощью нанотехнологий американская фирма Engelhard создала своего рода молекулярные «ворота», через которые проникают молекулы двуокиси углерода, а более крупные молекулы (метановые) остаются в веществе. Практическое применение это находит при фильтрации двуокиси углерода из природного газа и при создании автомобильных катализаторов. Hydrocarbon Technologies (HTI), дочерняя фирма известной американской компании Headwaters, разработала методику обработки угля с помощью нанотехнологий на молекулярном уровне таким образом, чтобы создавать из него экологически чистое жидкое топливо. Именно потребность в замене нефти побудила китайскую компанию Shenua Group еще в 2002 году стать партнером американцев и применять полученное искусственное топливо для замены мазута. Нанометод NxCat≥, созданный на другой дочерней фирме Nanokinetix, позволяет наполнителям автомобильных катализаторов улавливать летучие органические остатки выхлопных газов. А фирма Nanoforce сделала ставку на использование нанокатализаторов для очистки нефти и для┘ сборки урожая с помощью нанометода Poly-Web – микроскопических водорослей, используемых для производства биоэтанола. Световые диоды представляют собой совершенно другую область применения нанотехнологий. Японская компания Nichia является на сегодня ведущим изготовителем техники освещения на основе нанотехнологий. Их световые диоды во много раз эффективнее обычных лампочек. А если учесть, что 20% мировой энергии тратится на освещение, становится ясно – переход от обычных ламп к светодиодам позволит существенно экономить энергоресурсы.

Многие причисляют нанотехнологии к так называемым зеленым технологиям. А фирмы зеленых технологий сейчас переживают биржевой бум. Достаточно указать, что в прошлом году, по данным специалистов консалтинговой компании Cleantech Investor Network, инвестиции в них выросли в мире на 8%, достигнув 1,2 млрд. долларов, в то время как инвестиции в фирмы традиционных технологий упали на 14%.

Берлин

Нанотехнологии в России

Россия – единственная страна из «большой восьмерки», которая до настоящего времени не имеет программы развития нанотехнологий федерального масштаба. Исследования в этом направлении проводятся в рамках академических институтов, частично вузов, входят отдельными разделами в отраслевые программы. На сентябрьском заседании правительства был наконец-то рассмотрен вопрос о развитии в РФ программы в области нанотехнологий. По прогнозам экспертов, через 10 лет мировой рынок нанотехнологий достигнет триллиона долларов и превзойдет рынки, связанные с электроникой, медициной, химией, энергетикой. По словам премьера Фрадкова, в ближайшее десятилетие объем ежегодного рынка наноматериалов составит 340 млрд. долларов. Показатели для электроники, медицины и энергетики составляют соответственно 300, 180 и 45 млрд. долларов. На этом заседании министр образования и науки Андрей Фурсенко представил программу развития нанотехнологий, которая предполагает выделение из бюджета 30 млрд. рублей на 5 лет уже с 2007 года. По его словам, в сфере нанотехнологий РФ сегодня уступает США и Японии. А 27 декабря 2006 года правительство России создало межведомственную рабочую группу по вопросам координации работы в области нанотехнологий и наноиндустрии, которая обязана ежеквартально представлять доклады о положении дел в этой сфере руководству страны.