S&C: Nanoteknoloji iklim değişikliğini çözmeye yardımcı olabilir mi?

[™ Admin]

S&C: Nanoteknoloji iklim değişikliğini çözmeye yardımcı olabilir mi?

İklim krizini düşündüğümüzde, büyük düşünme eğilimindeyiz; küresel çözümler gerektiren küresel bir sorun.

Ancak NIST bilim insanları James Warren ve Craig Brown da küçük, çok küçük düşünmemizi istiyor. 1 ila 100 nanometre arasındaki nano seviyede düşünüyorlar. Bu, bir insan saçının genişliğinden yaklaşık 1.000 kat daha küçük.

Diğer federal hükümet, endüstri ve özel vakıf araştırmacılarıyla birlikte yazdıkları ve Nature Nanotechnology'de yeni yayınlanan bir makalede, nanoteknolojinin iklim değişikliğiyle mücadeledeki potansiyel rolüne daha fazla odaklanılması çağrısında bulunuyorlar.

Çalışma, nanoteknolojiyi iklim değişikliğini ele almak için kullanmayı amaçlayan Nano4EARTH girişiminin Ulusal Nanoteknoloji Koordinasyon Ofisi himayesinde yapıldı. Warren ve Brown'dan, yeni malzemeleri üretilmiş ürünlere dönüştürme geçmişleri ve nanoskala yapı ve ölçümler konusundaki uzmanlıkları nedeniyle katılmaları istendi.

Yazarlar, iklim krizinin küresel çapta en vahim etkilerinden kaçınmak için emisyonlarımızı 2030 yılına kadar önemli ölçüde azaltmamız ve umarız 2050 yılına kadar net sıfır emisyona ulaşmamız gerektiğini belirtiyorlar.

Yazarlar, "Nanoteknolojinin bu hedefe katkıda bulunması için eşsiz bir fırsat var. ... Başarılı nanoteknoloji uygulamalarından içgörüler elde ederek yeni iklim çözümlerini hızla ölçeklendirmek ve uygulamak için acil eylem gerekiyor" diye yazdı.

NIST, Warren ve Brown ile nanoteknolojinin çevreyi korumada oynayabileceği rol hakkında konuştu.

Nanoteknoloji ve iklim değişikliği hakkında yazmanın neden önemli olduğunu düşündünüz?

Warren: İnsanların nanoteknoloji ile iklim krizini ele almaya yardımcı olmak için hangi adımların atılabileceğini düşünmeye başlamalarını gerçekten istedik. Kesinlikle yapılmayan çok şey yapılabileceğini düşünüyoruz. Bu gerçekten harekete geçme çağrısı.

Nanoteknoloji, endüstrinin sera gazı emisyonlarını azaltmada nasıl bir rol oynayabilir?

Brown: Uluslararası Enerji Ajansı, endüstrilerin 2030 yılına kadar küresel olarak yılda iki gigaton karbondioksit (CO2) emisyonunu azaltması gerektiğini söylüyor. (Bir gigaton, yaklaşık olarak 2 milyar yetişkin Afrika filinin ağırlığına eşit olan 1 milyar metrik tona eşittir.)

Bunu yapmanın bir yolu, hidrojenin emisyonsuz yenilenebilir enerji kullanılarak üretildiği yeşil hidrojen olabilir. Endüstriler, yeşil hidrojeni alternatif bir yakıt kaynağı veya üretim sürecinde kullanılan gaz ve petrol gibi fosil yakıt bazlı kimyasalların yerine kullanabilir.

Şu anda yeşil hidrojen üretmek pahalı. Nanokatalizörler maliyeti büyük ölçüde azaltabilir.

Nanokatalizörler derken neyi kastediyorsunuz?

Brown: Nanomalzemelerin avantajı, normal malzemelere göre çok daha yüksek yüzey alanlarına sahip olmalarıdır. Bir küpü alıp 1.000 küpe böldüğünüzü düşünün. Çok daha fazla yüzeyi açığa çıkarmış olursunuz. Bu da, reaksiyonların gerçekleşebileceği yer sayısını artırır.

Nanomalzemelerde de aynı şekilde çalışır, burada nano boyutlu parçacıklar şekillendirilebilir ve potansiyel reaksiyon alanlarının sayısını en üst düzeye çıkarmak için düzenlenebilir.

Yeşil hidrojen üretim süreci boyunca katalizörler kullanılır. Bir katalizör genellikle daha fazla yüzey alanına sahip olduğunda daha etkili hale gelir, bu nedenle bir nanokatalizör kullanarak süreci hızlandırabilir ve ölçeklendirebilirsiniz. Bu ayrıca maliyetleri düşürebilir ve süreçleri daha enerji verimli hale getirebilir.

Nanoteknoloji karbon yakalamada hangi rolü oynayabilir?

Warren: Atmosferden CO2'yi uzaklaştırmak için dünya çapında doğrudan hava yakalama tesisleri inşa ediliyor. Genellikle havayı emmek için dev fanlar kullanırlar ve daha sonra karbon moleküllerini yakalayan veya hapseden bir filtreden geçirilir ve bu da onları ortamdan etkili bir şekilde uzaklaştırır.

Bu filtrelerden bazıları gözeneklerinde seçici olarak CO2 hapseden süngerler gibidir. Bu malzemelerdeki gözenekler genellikle nanometre aralığındadır ve bu da CO2 yakalama için yüksek bir yüzey alanı sağlar. Amaç, filtrenin seçici olduğundan ve gözenekler içindeki CO2'yi etkili bir şekilde yakaladığından emin olmaktır.

Binaları daha enerji verimli hale getirmek için pencerelerde nanoteknoloji kullanmaktan bahsediyorsunuz.

Warren: İnsanlar muhtemelen şu anda farklı güneş ışığı türlerini seçici olarak filtreleyen kaplamalardan bazılarını biliyorlardır. Görünür ışığın geçmesine izin verirken, bir evin veya binanın içinde ısı üreten belirli kızılötesi ışık dalga boylarını engelleyerek çalışırlar.

Bunlara kromik nano kaplamalar denir ve çok daha karmaşık şekillerde farklı ışık dalga boylarını emebilen, yansıtabilen veya iletebilen nano boyutlu parçacıklar içerirler. Sıcaklığa veya güneş ışığı miktarına tepki olarak renk veya şeffaflık değiştirebilirler; belki de öğlen sıcağında evin içine güneş girmesini engellemek için karararak içerideki insanları klimayı açmadan serin tutarlar.

Son zamanlarda yapılan bir araştırma makalesinde, elektrikle kontrol edilen, elektro-kromik pencereler olarak bilinen krom pencerelerin, bina ısıtma ve soğutma için enerji talebinin %40'ına kadar tasarruf sağlama potansiyeline sahip olduğu belirtiliyor.

Tüm bu nanoteknolojiler ne kadar başarılabilir?

Warren: Zorluklar teknik zorlukta çeşitlilik gösteriyor. Bazıları muhtemelen yoğun yatırımlar gerektirirken, diğerleri önemli bilimsel ve mühendislik yenilikleri gerektiriyor. Yine de, mevcut çözümlerden uzaklaşmanın önünde önemli ekonomik engeller olsa da, insan refahına getirileri yeterli telafi edicidir.

Kaynak: Phys