آیا نانوتکنولوژی می تواند به حل تغییرات اقلیمی کمک کند؟

وقتی به بحران آب و هوا فکر می کنیم، تمایل داریم بزرگ فکر کنیم – این یک مشکل جهانی است که نیاز به راه حل های جهانی دارد.

اما دانشمندان NIST، جیمز وارن و کریگ براون نیز از ما می‌خواهند که کوچک و بسیار کوچک فکر کنیم. آنها به سطح نانو فکر می کنند که در هر نقطه ای بین این دو قرار دارد 1 و 100 نانومتر. این حدود 1000 برابر کوچکتر از عرض یک موی انسان است.

در یک مقاله تازه منتشر شده آنها با همکاری سایر محققان دولت فدرال، صنعت و بنیاد خصوصی، خواستار تمرکز بیشتر بر نقش بالقوه نانوتکنولوژی در مبارزه با تغییرات آب و هوایی هستند.

مطالعه زیر نظر انجام شد دفتر ملی هماهنگی فناوری نانو، که Nano4EARTH هدف این طرح استفاده از فناوری نانو برای مقابله با تغییرات اقلیمی است. از وارن و براون خواسته شد که به دلیل پیشینه آنها در توسعه مواد جدید در محصولات تولیدی و تخصصشان در ساختار و اندازه‌گیری‌های نانومقیاس شرکت کنند.

نویسندگان توجه داشته اند که برای جلوگیری از وحشتناک ترین تأثیرات بحران آب و هوا در سطح جهان، ما باید تا سال 2030 به میزان قابل توجهی انتشار گازهای گلخانه ای خود را کاهش دهیم – و امیدواریم تا سال 2050 به انتشار خالص صفر برسیم.

«فرصتی منحصر به فرد برای فناوری نانو برای کمک به این هدف وجود دارد. نویسندگان نوشتند که … برای افزایش سریع و اجرای راه‌حل‌های جدید آب و هوایی، که بینش‌هایی از کاربردهای موفق فناوری نانو به دست می‌آید، اقدام فوری لازم است.

وبلاگ Takeing Measure با وارن و براون در مورد نقش نانوتکنولوژی در حفاظت از محیط زیست صحبت کرد.

چرا فکر کردید نوشتن در مورد نانوتکنولوژی و تغییرات آب و هوایی مهم است؟

وارن: ما واقعاً می‌خواستیم مردم را به فکر کردن درباره اقداماتی که با فناوری نانو برای کمک به مقابله با بحران آب و هوا ممکن است، بیاندیشند. ما مطمئناً احساس می کنیم که کارهای زیادی می تواند انجام شود که انجام نمی شود. این واقعاً یک فراخوان برای اقدام است.

فناوری نانو چه نقشی می تواند در کاهش انتشار گازهای گلخانه ای صنعت داشته باشد؟

قهوه ای: آژانس بین المللی انرژی می گوید صنایع باید انتشار گازهای گلخانه ای را تا دو گیگاتن دی اکسید کربن (CO₂) سالانه در سطح جهان تا سال 2030. (یک گیگاتون برابر با یک میلیارد تن متریک است، تقریباً وزن دو میلیارد فیل بالغ آفریقایی.)

یکی از راه‌های انجام این کار از طریق هیدروژن سبز است که در آن هیدروژن با استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر و بدون انتشار تولید می‌شود. صنایع می توانند از هیدروژن سبز به عنوان منبع سوخت جایگزین یا جایگزینی برای مواد شیمیایی مبتنی بر سوخت فسیلی مانند گاز و نفت مورد استفاده در فرآیند تولید استفاده کنند.

در حال حاضر، تولید هیدروژن سبز گران است. نانوکاتالیست ها می توانند هزینه را تا حد زیادی کاهش دهند.

منظور شما از نانوکاتالیست چیست؟

قهوه ای: مزیت نانومواد این است که سطح بسیار بالاتری نسبت به مواد معمولی دارند. تصور کنید که یک مکعب را بردارید و آن را به 1000 مکعب تقسیم کنید. شما سطوح بسیار بیشتری را در معرض دید قرار داده اید. این به نوبه خود، تعداد سایت هایی را که می توانند در آن واکنش نشان دهند افزایش می دهد.

این روش با نانومواد نیز به همین صورت عمل می کند، جایی که ذرات با اندازه نانو را می توان شکل داد و مرتب کرد تا تعداد مکان های واکنش بالقوه را به حداکثر برسانند.

کاتالیزورها در سراسر فرآیند تولید هیدروژن سبز استفاده می شوند. یک کاتالیزور اغلب زمانی موثرتر می شود که سطح بیشتری داشته باشد، بنابراین با استفاده از یک نانوکاتالیست می توانید سرعت و مقیاس آن را افزایش دهید. این همچنین می تواند به طور بالقوه هزینه ها را کاهش دهد و فرآیندها را در مصرف انرژی کارآمدتر کند.

نانوتکنولوژی چه نقشی در جذب کربن دارد؟

وارن: امکانات جذب مستقیم هوا در سراسر جهان برای حذف CO ساخته می شوند₂ از جو آن‌ها معمولاً از فن‌های غول‌پیکر برای مکش هوا استفاده می‌کنند که سپس از فیلتری عبور می‌کند که مولکول‌های کربن را جذب یا به دام می‌اندازد و به طور موثر آنها را از محیط خارج می‌کند.

برخی از این فیلترها مانند اسفنج هایی هستند که به طور انتخابی CO را به دام می اندازند₂ در منافذ آنها منافذ در این مواد معمولاً در محدوده نانومتری هستند که سطح بالایی را برای CO فراهم می کند₂ گرفتن هدف این است که مطمئن شوید فیلتر انتخابی است و به طور موثر در جذب CO کار می کند₂ درون منافذ

شما در مورد استفاده از فناوری نانو در پنجره ها برای کارآمدتر کردن ساختمان ها در مصرف انرژی صحبت می کنید.

وارن: مردم احتمالاً با برخی از پوشش های موجود در حال حاضر آشنا هستند که به طور انتخابی انواع مختلف نور خورشید را فیلتر می کنند. آنها با عبور نور مرئی کار می کنند و در عین حال مانع از طول موج خاصی از نور مادون قرمز می شوند که گرما را در داخل خانه یا ساختمان ایجاد می کند.

اینها نانوپوشش‌های کرومی نامیده می‌شوند و حاوی ذراتی در ابعاد نانو هستند که می‌توانند طول موج‌های مختلف نور را به روش‌های بسیار پیچیده‌تری جذب، بازتاب یا انتقال دهند. آنها می توانند رنگ یا شفافیت خود را در پاسخ به دما یا مقدار نور خورشید تغییر دهند – شاید تاریک شدن برای جلوگیری از ورود خورشید به خانه در اوج گرمای ظهر برای خنک نگه داشتن افراد داخل خانه بدون نیاز به بالا بردن تهویه مطبوع. الف مقاله تحقیقاتی اخیر پنجره‌های کرومی که با برق کنترل می‌شوند و به عنوان پنجره‌های الکتروکرومیک شناخته می‌شوند، می‌توانند تا 40 درصد انرژی مورد نیاز برای گرمایش و سرمایش ساختمان را ذخیره کنند.

این همه فناوری نانو چقدر قابل دستیابی هستند؟

وارن: چالش ها در سختی فنی هستند. برخی احتمالاً سرمایه گذاری های هماهنگ انجام می دهند، در حالی که برخی دیگر نیاز به نوآوری های علمی و مهندسی قابل توجهی دارند. با این حال، اگرچه موانع اقتصادی قابل توجهی برای گذار از راه‌حل‌های موجود وجود دارد، بازدهی برای رفاه انسان جبران کافی است.