Nano trong Năng Lượng và Môi Trường

Các vật liệu nano có thể cải thiện pin mặt trời theo nhiều cách. Ví dụ, các hạt nano có thể được sử dụng để tạo ra các lớp phủ chống phản xạ, giúp hấp thụ nhiều ánh sáng hơn. Các chấm lượng tử có thể hấp thụ các phần khác nhau của quang phổ mặt trời, tăng hiệu suất chuyển đổi năng lượng.

Hydro là một nguồn năng lượng sạch và hiệu quả, nhưng nó là một loại khí rất nhẹ và có mật độ năng lượng thấp theo thể tích. Việc lưu trữ nó dưới dạng khí nén hoặc lỏng đòi hỏi áp suất rất cao hoặc nhiệt độ rất thấp, tốn kém và không an toàn. Công nghệ nano đang tìm cách "bẫy" các phân tử hydro trong các vật liệu nano xốp ở điều kiện thường.

Các hạt nano có tỷ lệ diện tích bề mặt trên thể tích cực lớn, có nghĩa là có rất nhiều "vị trí hoạt động" để các phản ứng hóa học xảy ra. Các chất xúc tác nano có thể phá vỡ các chất ô nhiễm hữu cơ độc hại trong nước hoặc chuyển đổi các khí độc hại từ ống xả ô tô (như CO, NOx) thành các khí vô hại (CO2, N2).

Aerogel, còn được gọi là "khói đông lạnh", là một trong những vật liệu rắn nhẹ nhất thế giới, với thành phần hơn 99% là không khí. Nó có khả năng cách nhiệt phi thường và đang được nghiên cứu để sử dụng trong các tòa nhà tiết kiệm năng lượng, quần áo giữ nhiệt và cách nhiệt cho tàu vũ trụ.

Các màng lọc nano có các lỗ siêu nhỏ có thể loại bỏ muối, vi khuẩn, virus và các chất ô nhiễm khác khỏi nước một cách hiệu quả. Điều này cho phép khử mặn nước biển hoặc tái chế nước thải thành nước uống được với chi phí năng lượng thấp hơn so với các phương pháp truyền thống.

Bằng cách sử dụng các vật liệu nano (như silicon nanowires hoặc graphene) trong các điện cực của pin, các nhà khoa học có thể tăng đáng kể diện tích bề mặt. Điều này cho phép pin sạc nhanh hơn, lưu trữ nhiều năng lượng hơn và có tuổi thọ cao hơn.

Có, các nhà khoa học đang phát triển các vật liệu nano xốp có khả năng "bắt" các phân tử CO2 từ khí thải của các nhà máy điện hoặc trực tiếp từ không khí. Sau đó, CO2 có thể được lưu trữ an toàn dưới lòng đất hoặc được chuyển đổi thành các hóa chất hữu ích.

Đây là một mối quan tâm lớn. Khi các sản phẩm chứa vật liệu nano bị thải bỏ, các hạt nano có thể xâm nhập vào môi trường đất và nước. Các nhà khoa học đang nghiên cứu cách các hạt này tương tác với hệ sinh thái và liệu chúng có thể tích tụ trong chuỗi thức ăn hay không.

Một số loại sơn sử dụng các hạt nano titan dioxide (TiO2). Khi tiếp xúc với ánh sáng mặt trời, các hạt này hoạt động như một chất xúc tác, phá vỡ các chất bẩn hữu cơ. Ngoài ra, bề mặt nano cũng có thể tạo ra hiệu ứng "lá sen", khiến nước vo tròn thành giọt và cuốn trôi bụi bẩn.

Có, các enzyme được cố định trên các hạt nano có thể hoạt động như các chất xúc tác nano sinh học, giúp phá vỡ cellulose từ thực vật thành đường một cách hiệu quả hơn. Quá trình này là một bước quan trọng trong việc sản xuất ethanol sinh học.