|
Нанотехнологии решат проблему изменения климата
|
|
|
|
Когда мы думаем о климатическом кризисе, мы склонны мыслить масштабно — это глобальная проблема, требующая глобальных решений. Но ученые из NIST Джеймс Уоррен и Крейг Браун также хотят, чтобы мы мыслили масштабно, очень масштабно. Они мыслят на наноуровне, который находится где-то между 1 и 100 нанометрами. Это примерно в 1000 раз меньше толщины человеческого волоса.
|
|
|
|
В статье, только что опубликованной в журнале Nature Nanotechnology, которую они написали в соавторстве с другими исследователями из федерального правительства, промышленности и частных фондов, они призывают уделять больше внимания потенциальной роли нанотехнологий в борьбе с изменением климата.
|
|
|
|
Исследование проводилось под эгидой Национального координационного бюро по нанотехнологиям, чья инициатива Nano4EARTH направлена на использование нанотехнологий для решения проблемы изменения климата. Уоррена и Брауна пригласили принять участие в исследовании, поскольку они имеют опыт разработки новых материалов для производства продукции и обладают знаниями в области наноразмерных структур и измерений.
|
|
|
|
Авторы отмечают, что для того, чтобы избежать наиболее серьезных последствий глобального климатического кризиса, мы должны значительно сократить наши выбросы к 2030 году и, как мы надеемся, достичь нулевого уровня выбросов к 2050 году.
|
|
|
|
|
|
|
"У нанотехнологий есть уникальная возможность внести свой вклад в достижение этой цели. ... Необходимы срочные действия для быстрого расширения масштабов и внедрения новых климатических решений, опираясь на опыт успешного применения нанотехнологий", - пишут авторы.
|
|
|
|
Журнал NIST поговорил с Уорреном и Брауном о роли, которую нанотехнологии могут сыграть в защите окружающей среды.
|
|
|
|
Почему вы сочли важным написать о нанотехнологиях и изменении климата?
|
|
|
|
Уоррен: Мы действительно хотели заставить людей задуматься о том, какие шаги можно предпринять с помощью нанотехнологий, чтобы помочь справиться с климатическим кризисом. Мы, безусловно, считаем, что многое можно было бы сделать, но не делается. Это действительно призыв к действию.
|
|
Какую роль могут сыграть нанотехнологии в сокращении выбросов парниковых газов в промышленности?
|
|
|
|
Браун: Международное энергетическое агентство заявляет, что промышленным предприятиям необходимо сократить выбросы на две гигатонны углекислого газа (CO2) в год во всем мире к 2030 году. (Гигатонна равна 1 миллиарду метрических тонн, что примерно соответствует весу 2 миллиардов взрослых африканских слонов.)
|
|
|
|
Одним из способов достижения этой цели может стать использование экологически чистого водорода, при котором водород производится с использованием возобновляемых источников энергии без каких-либо выбросов. Отрасли промышленности могли бы использовать экологически чистый водород в качестве альтернативного источника топлива или замены химических веществ на основе ископаемого топлива, таких как газ и нефть, используемых в производственном процессе.
|
|
|
|
В настоящее время производство экологически чистого водорода обходится дорого. Нанокатализаторы могли бы значительно снизить стоимость.
|
|
Что вы подразумеваете под нанокатализаторами?
|
|
|
|
Браун: Преимущество наноматериалов в том, что они имеют гораздо большую площадь поверхности, чем обычные материалы. Представьте, что вы берете куб и делите его на 1000 кубиков. Вы открываете гораздо больше поверхностей. Это, в свою очередь, увеличивает количество мест, где могут происходить реакции.
|
|
|
|
Точно так же это работает и с наноматериалами, где наноразмерным частицам можно придать такую форму и расположение, чтобы максимально увеличить число потенциальных мест реакции.
|
|
|
|
Катализаторы используются на протяжении всего процесса производства экологически чистого водорода. Катализатор часто становится более эффективным, когда его поверхность больше, поэтому, используя нанокатализатор, вы можете ускорить и расширить масштабы процесса. Это также потенциально может снизить затраты и сделать процессы более энергоэффективными.
|
|
|
|
Какую роль могут сыграть нанотехнологии в улавливании углерода?
|
|
|
|
Уоррен: Во всем мире строятся установки прямого улавливания воздуха для удаления CO2 из атмосферы. Обычно для всасывания воздуха используются гигантские вентиляторы, которые затем пропускают его через фильтр, улавливающий молекулы углерода и эффективно удаляющий их из окружающей среды.
|
|
|
|
Некоторые из этих фильтров похожи на губки, которые избирательно задерживают CO2 в своих порах. Размер пор в этих материалах обычно находится в нанометровом диапазоне, что обеспечивает большую площадь поверхности для улавливания CO2. Цель состоит в том, чтобы убедиться, что фильтр является селективным и эффективно улавливает CO2 в порах.
|
|
Вы говорите об использовании нанотехнологий в производстве окон, чтобы сделать здания более энергоэффективными.
|
|
|
|
Уоррен: Люди, вероятно, знакомы с некоторыми из доступных в настоящее время покрытий, которые избирательно фильтруют различные типы солнечного света. Они работают, пропуская видимый свет и блокируя определенные длины волн инфракрасного излучения, которые выделяют тепло внутри дома или сооружения.
|
|
|
|
Они называются хромовыми нанопокрытиями и содержат наноразмерные частицы, которые могут поглощать, отражать или пропускать свет различной длины волны гораздо более сложными способами. Они могут менять цвет или прозрачность в зависимости от температуры или количества солнечного света — например, темнеть, чтобы не пропускать солнце в дом в разгар полуденной жары, чтобы людям внутри было прохладно без необходимости включать кондиционер.
|
|
|
|
В недавнем исследовании говорится, что хромированные окна, управляемые электричеством, известные как электрохромные окна, могут сэкономить до 40% энергии, необходимой для отопления и охлаждения зданий.
|
|
Насколько достижимы все эти нанотехнологии?
|
|
|
|
Уоррен: Проблемы заключаются в технической сложности. Некоторые из них, вероятно, требуют согласованных инвестиций, в то время как другие требуют значительных научных и инженерных инноваций. Тем не менее, несмотря на наличие значительных экономических барьеров для отказа от существующих решений, выгоды для благосостояния людей являются достаточной компенсацией.
|
|
|
|
Источник
|
