مقاله فناوری نانو ، راهکاری برای بحران انرژی

بخشی از مقاله

چکیده

فناوری نانو یکی از سه فناوری جدید است که دستا وردهای آن می تواند تمامی رشته های علمی و از جمله معماری را متحول سازد. محصولات نانو به ما کمک خواهند کرد تا بر مسائل زیست محیطی پیشرو غلبه کنیم. هدف این مقاله بررسی فناوری نانو و تاثیر آن در سامانه های خورشیدی و در نهایت تولید انرژی های تجدید پذیر و انرژی پاک می باشد. یکی از این مباحث استفاده از انرژی های تجدید پذیر و پاک خصوصا انرژی خورشیدی است. این مقاله به روش اسنادی - کتابخانه ای و تحلیلی - توصیفی تدوین شده است. با توجه به مباحث نوینی چون معماری پایدار و معماری اقلیمی، استفاده از انرژی پاک اهمیت بیشتری می یابد.

واضح است که عملکرد و بهره وری سامانه های خورشیدی تابع فناوری های جدید است . بنابراین در این مقاله عملکرد فناوری نانو در تولید انرژی های پاک و سامانه های خورشیدی در تمام بخشهای آن اعم از سامانه های پویا، ایستا و ترکیبی مورد بحث قرار می گیرد. کاربرد مصالح نانو ساختار منجر به تولید سلول ها و صفحات خورشیدی ارزان تر، در دسترس تر و انعطاف پذیر تر شده است و استفاده از آنها را ساده تر ساخته است. بنابراین کاربرد فناوری نانو و مواد نانو ساختار در سامانه های خورشیدی می توانندباعث افزایش بهره وری این سامانه ها و همچنین گسترش موارد استفاده از آنها وراهی برای رسیدن به انرژی های تجدید پذیرو پاک شود.

.1 مقدمه

در حال حاضر اقتصاد جهان وابسته به منابع سوخت فسیلی است که این منابع پیامدهای نامطلوبی بر محیط زیستدارند. استفاده از راهحلهای انرژی پاک از نیازهای اجتماعی، اقتصادی و سیاسی اصلی کشورهای مختلف دنیا است .

جمعیت جهان از 50 سال پیش تاکنون از 2 میلیارد نفر به بیش از 6 میلیارد نفر افزایش یافته است. نتیجه استفاده بیش از حد از سوخت های فسیلی، افزایش دمای هوا است که این امر اثرات مخرب زیادی بر اکوسیستم طبیعی دارد و منجر به کاهش کیفیت و کمیت زندگی انسان میشود

در سالهای اخیر با توجه به این که منابع انرژی تجدید ناپذیر رو به اتمام هستند منابع انرژی تجدید پذیرمورد توجه قرار گرفتهاند. در سال 2006 حدود 18 از انرژی مصرفی جهانی از راه انرژیهای تجدید پذیر بدست امدو %87 از سوزاندن سوخت هایی مانند نفت، گاز طبیعی و ذغال سنگ تأمین شده است. درپایان سال 2009 میلادی مجموع انرژی تولیدی به وسیله فتوولتاییک به بیش از 21000 مگاوات رسید. ایستگاهای انرژی گرما-خورشیدی در آمریکا و اسپانیا مشغول به کار می باشندکه بزرگترین آنها با ظرفیت 354 مگاوات در بیابان موهاوی در حال کار است.

بزرگترین نیروگاه زمین گرمایی دنیا در کالیفرنیا با نام نیروگاه گیسرز با ظرفیت 750 مگاوات در حال فعالیت میباشد.برزیل یکی از کشورهایی است که پروژههای بزرگی برای استفاده از انرژیهای نو - انرژیهای تجدیدپذیر - انجام میدهد.18 از کل مصرف سوخت اتومبیلهای برزیل از طریق سوخت اتانولی که از ساقه نیشکر بدست می آید تامین می شود.سوخت اتانولی به صورت گسترده در ایالات متحده مورد استفاده قرار می گیرد.بیشترین پروژهها و محصولات انرژیهای نو در مقیاس بزرگ موجود می باشند، ولی انرژیهای نو را میتوان در مقیاسهای کوچک - نیروگاه کوچک خارج مدار یا نیروگاه کوچک مدار بسته - هم استفاده کرد.

در حواشی و در جاهای دور افتاده نقش انرژیهای نو به خوبی نمایان می شود.کنیا دارای بالاترین نرخ سالانه فروش سیستمهای کوچک خورشیدی 100-20 - وات - به میزان 30000 سیستم در سال می باشد. نگرانی درباره تغییرات زیست محیطی در کنار افزایش قیمت روزافزان نفت و اوج تولید نفت و حمایت دولتها، باعث رشد روزافزون وضع قوانینی میشود که بهره برداری و تجارتی کردن این منابع سرشار تجدید پذیر را تشویق می کنند.

.2انرژی تجدید پذیر

انرژی تجدید پذیر یا انرژی برگشت پذیر به انواعی از انرژی میگویند که بر خلاف انرژیهای تجدیدناپذیر قابلیت بازگشت مجدد را به طبیعت دارند.

.3مشکلات سوخت های فسیلی

متأسفانه شواهد بسیاری تولید منواکسید کربن از سوزاندن سوخت های فسیلی را اثبات می کنند؛ انتشار منو اکسید کربن، تغییرات جهانی آب و هوا و عواقب فجیعی به دنبال خواهد داشت. اگرچه اقتصاد جهانی ما بر اساس سوختهای فسیلی ساخته شده است ولی این واضح است که این منابع پایدار نیستند و ما باید وابستگی خود را به آنها کاهش دهیم و آنها را با منابع انرژی تجدید پذیر جایگزین نماییم. البته این یک چالش عظیم است زیرا ما در سال 2006، تقریبا 450 کادریلیون بی تی یو استفاده کردیم و بر این اساس، در سال 2040، ما به دو برابر این مقدار، حدود 900 کادریلیون بی تی یو نیاز خواهیم داشت ؛ مصرف سالانه 900 کادریلیون با توان متوسط 30 تراوات ، مطابقت خواهد داشت.

.4نانو

یک نانو متر، یک میلیونیوم متر است که هشتاد بار از قطر مو باریکتر و به اندازه 5 تا 10 اتم حجم دارد. پس مقیاس نانو با چشم غیر مسلح دیده نمی شود.

.5نانوتکنولوژی

نانوتکنولوژی، توانمندی تولید مواد، ابزارها و سیستمهای جدید با در دست گرفتن کنترل در سطوح ملکولی و اتمی و استفاده از خواص است که در آن سطوح ظاهر میشود . از همین تعریف ساده برمیآید که نانوتکنولوژی یک رشته جدید نیست، بلکه رویکردی جدید در تمام رشته هاست. برای نانوتکنولوژی کاربردهایی را در حوزه های مختلف از غذا، دارو، تشخیص پزشکی و بیوتکنولوژی تا الکترونیک، کامپیوتر، ارتباطات، حملونقل، انرژی، محیط زیست، مواد، هوافضا و امنیت ملی برشمرده اند.

کاربردهای وسیع این عرصه به همراه پیامدهای اجتماعی، سیاسی و حقوقی آن، این فن آوری را بهعنوان یک زمینه فرا رشتهای و فرابخش مطرح نموده است. هر چند آزمایشها و تحقیقات پیرامون نانوتکتولوژی از ابتدای دهه 80 قرن بیستم بطور جدی پیگیری شد، اما اثرات تحول آفرین، معجزه آسا و باورنکردنی نانوتکنولوژی در روند تحقیق و توسعه باعث گردید که نظر تمامی کشورهای بزرگ به این موضوع جلب گردد و فناوری نانو را به عنوان یکی از مهمترین اولویتهای تحقیقاتی خویش طی دهه اول قرن بیست و یکم محسوب نمایند.

استفاده از این فنآوری در کلیه علوم پزشکی، پتروشیمی، علوم مواد، صنایع دفاعی، الکترونیک، کامپوترهای کوانتومی و غیره باعث شده که تحقیقات در زمینه نانو بهعنوان یک چالش اصلی علمی و صنعتی پیش روی جهانیان باشد. لذا محققین، اساتید و صنعتگران ایرانی نیز باید در یک بسیج همگانی، جایگاه، موقعیت و وضعیت خویش را در خصوص این موضوع مشخص نمایند و با یک برنامهریزی علمی دقیق و کارشناسانه به حضوری فعال و حتی رقابتی سالم در این جایگاه، عرضاندام و ابراز وجود نمایند و برای چنین کاری طراحی یک برنامه منسجم، فراگیر و همه جانبه اجتنابناپذیر است.

.6هدف نانو تکنولوژی

هدف نانو تکنولوژی ساختن مولکول به مولکول آینده است . همانطور که وسایل مکانیکی نیرویی فراتر از نیروی فیزیکی تولید می کنند، علم نانو و تولید در مقیاس اتمی هم سبب می شود تا انسان پارا فراتر از محدودیت های اندازه ای که بطور طبیعی موجود است، بگذارد و درست بر روی واحدهای ساختاری مواد، جایی که خاصیت مواد مشخص می شود، تغییراتی انجام دهد.

.7تاثیر فناوری نانو در تولید انرژی پاک

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.

.8انرژی خورشیدی

شناخت انرژی خورشیدی و استفاده از آن برای منظورهای مختلف به زمان ماقبل تاریخ باز می گردد . شاید به دوران سفالگری، در آن هنگام روحانیون معابد به کمک جامهای بزرگ طلایی صیقل داده شده و اشعه خورشید آتشدانهای محرابها را روشن می کردند. یکی از فراعنه مصر معبدی ساخته بود که با طلوع خورشد درب آن باز و با غروب خورشید درب بسته می شد . ولی مهمترین روایتی که درباره استفاده از خورشید بیان شده داستان ارشمیدس دانشمند و مخترع بزرگ یونان قدیم می باشد که ناوگان روم را با استفاده از انرژی حرارتی خورشید به آتش کشید گفته می شود که ارشمیدس با نصب تعداد زیادی آئینه های کوچک مربعی شکل درکنار یکدیگر که روی یک پایه متحرک قرار داشته است اشعه خورشید را از راه دور روی کشتیهای رومیان متمرکز ساخته و به این ترتیب آنها را به آتش کشیده است .

در ایران نیز معمارر سنتی ایرانیان باستان نشان دهنده توجه خاص آنان در استفاده صحیح و مؤثر از انرژی خورشید در زمان های قدیم بوده است . با وجود آنکه انرژی خورشید و مزایای آن در قرون گذشته به خوبی شناخته شده بود ولی بالا بودن هزینه اولیه چنین سیستمهایی از یک طرف و عرضه نفت و گاز ارزان از طرف دیگر سد راه پیشرفت این سیستم ها شده بود. تا اینکه پس از افزایش قیمت نفت در سال1973 به بعد کشورهای پیشرفته صنعتی مجبور شدند به مسئله انرژی جدی تر بنگرند.