Nanotecnoloxía e enerxía renovable | Entrevista a Hüseyin Alagöz

“A nanotecnoloxía pode proporcionar solucións aos problemas máis importantes dos sistemas de enerxías renovables”

Continuamos coa nosa liña editorial de 2021 sobre disruptores de agora e sempre e a súa influencia no presente da enerxía. Este mes, dedicamos o noso post a Richard Feynman e a súa investigación e visitón futura sobre a nanotecnoloxía.

Para tratar o tema, entrevistamos a Hüseyin Alagöz, Director de Tecnoloxía da empresa Nanografi Nano Teknoloji, o cal proporcionounos unha visión sobre como a nanotecnoloxía pode ser aplicada ás enerxías renovables.

Unha pregunta rápida antes de entrar no tema, poderías explicar ao noso público que é a nanotecnoloxía?

Nanotecnoloxía é o deseño, caracterización, produción e aplicación de estruturas, dispositivos e sistemas a escala nanométrica (escala atómica, molecular e macromolecular) o que produce estruturas, dispositivos e sistemas que teñen como mínimo unha característica ou propiedade nova ou superior.

Aínda que no mundo natural hai moitos exemplos de estruturas de dimensións nanométricas (nanoescala de aquí en diante), como moléculas esenciais no corpo humano ou compoñentes de alimentos e, aínda que durante anos moitas tecnoloxías incluían estruturas a nanoescala por casualidade, non foi ata o último cuarto do século XX cando foi posible modificar moléculas e estruturas dunha maneira activa e intencionadamente. É o control da escala nanométrica o que distingue a nanotecnoloxía doutras áreas tecnolóxicas.

En Norvento desenvolvemos instalacións de enerxía solar, eólica, bioenerxía e hidráulica. Como pode a nanotecnoloxía beneficiar a este tipo de proxectos renovables?

A nanotecnoloxía pode usarse para mellorar as enerxías renovables. Por exemplo, a eficiencia da enerxía eólica pode mellorarse usando nanomateriales máis lixeiros e fortes na fabricación de pas. A agricultura de nano-precisión pode optimizar os cultivos usados para producir biocombustibles. Os nano-recubrimentos poden ser usados para previr a corrosión dos equipos de enerxía mareomotriz, mentres que os nanocompostos úsanse para mellorar a resistencia da maquinaria perforadora usada en xeotermia.

Ademais, os catalizadores nanoestructurados úsanse para aumentar a eficiencia das células de combustible, mentres que outros nanomateriales porosos úsanse no almacenamento de hidróxeno. Os nanofluidos melloran a eficiencia da transferencia de calor en colectores solares e os puntos cuánticos e nanotubos de carbono melloran as propiedades de absorción das células solares.

A nanotecnoloxía permite tamén o desenvolvemento de sistemas de enerxía portátiles, tan eficientes como os de gran escala. O desenvolvemento de sistemas de enerxía renovable económicos contribuirá a conseguir os obxectivos enerxéticos e reducir o efecto destrutor das actividades humanas.

Un dos grandes desafíos dos dispositivos de captación de enerxía solar é a falta de propiedades absorbentes dos fluídos convencionais o que reduce a eficiencia destes dispositivos. Hoxe en día, este problema pode ser resolto facilmente e de maneira efectiva grazas á nanotecnoloxía. O aumento da área das superficies e o cociente de nanopartículas mellora a eficiencia ao expoñer máis superficies condutoras á luz do sol.

A nanotecnoloxía tamén aumentará a eficiencia das células solares ao usar materiais como o seleniuro de chumbo, xa que estes materiais liberan máis electróns (por conseguinte, máis electricidade) cando un fotón choca con eles.

Na enerxía eólica, o vento fai virar unha turbina para xerar electricidade. Un dos factores que afectan á capacidade de produción destes sistemas son as cargas mecánicas. O uso de nanotubos de carbono, que son máis lixeiros e duradeiros, aumenta a eficiencia destes sistemas.

A nanotecnoloxía tamén se usa na catálisis da conversión de biomasa para xerar biocombustibles e reducir as súas emisións. Por exemplo, engadir aditivos de óxido de cerio ao biodiesel reduce as súas emisións de hidrocarburos e NOx. As nanopartículas de óxidos metálicos, nanopartículas de valencia cero e nanopartículas de base de carbono úsanse de maneira experimental nos procesos de dixestión anaeróbica para aumentar a eficiencia da produción de biodiesel. Ademais, os catalizadores de base de carbono tamén teñen un uso potencial na produción de biodiesel.

Estamos no medio dunha transición enerxética na que o almacenamento de enerxía vai ser un factor chave se queremos acadar un 100% de enerxía renovable, ten tamén a nanotecnoloxía aplicacións neste campo?

A xeración de enerxía primaria mundial nun sistema 100% renovable consistirá no seguinte mix enerxético: enerxía solar (69%), eólica (18%), hidráulica (3%), bioenerxía (6%) e xeotermia (2%).

As enerxías renovables son as fontes de enerxía máis prometedoras para reducir o consumo de combustibles fósiles. Con todo, é necesario mellorar os sistemas de enerxía renovable. A nanotecnoloxía proporciona solucións aos problemas máis importantes destes sistemas. A eficiencia dalgúns sistemas de enerxía renovable pode mellorarse grazas ao uso de nanomateriales. Ademais, reducindo o tamaño dos sistemas poderíanse producir dispositivos portátiles máis lixeiros. O desenvolvemento de aplicacións verdes a prezos económicos pode abrir as portas a un futuro sostible. En resumo, a nanotecnoloxía ten o potencial de mellorar os sistemas de enerxía renovable.

Materiais illantes producidos con nanotecnoloxía aforran máis do 30% de enerxía que os materiais tradicionais. A eficiencia das celas de combustible pódese aumentar usando sensores de hidróxeno e membranas nanotecnológicas. Grazas aos nanomateriais, a eficiencia dos paneis solares increméntase. A eficiencia do almacenamento de hidróxeno tamén pode incrementarse usando nanoestructuras. Así mesmo, pódense minimizar as perdas enerxéticas en liñas eléctricas. Ademais, pódese aforrar enerxía grazas ás propiedades illantes dalgúns nanomateriais.

Na actualidade, todo o mundo, dende os gobernos aos científicos e empresas, falan do hidróxeno como o futuro da enerxía, podería tamén a nanotecnoloxía xogar un papel nas amplicacións do hidróxeno?

O almacenamento de hidróxeno é un reto xa que require temperaturas baixas e unha presión elevada para manterse líquido. Outras propostas para almacenar hidróxeno son os procesos de absorción química e física, neste caso, a nanotecnoloxía pode mellorar a eficiencia de ambos os procesos. A absorción física é a absorción de moléculas por medio de interaccións débiles entre o adsorbato e o adsorbente. A eficiencia da absorción física mellora grazas á ampla superficie e porosidade dos nanomateriales. Algúns dos nanomateriales de base de carbono que se usan na absorción física son os nanotubos de carbono, as nanofibras de carbono, aerogeles de carbono ou as redes de grafeno bidimensionais. Ademais de nanoestructuras de base de carbono, están a investigarse outros materiais para o almacenamento de hidróxeno vía absorción física como estruturas metalorgánicas, materiais de base de boro-nitróxeno (BN nanomateriales) e estruturas de polímeros orgánicos.

Na absorción química, o hidróxeno únese químicamente cun hidruro. O maior problema é que o proceso de desorción é moi lento, o que se pode arranxar usando hidruros nanoestructurados. Para este proceso adóitanse utilizar nanoestructuras de aliaxes metálicas, en particular nanopartículas de hidruro de magnesio.

Hai algunha outra innovación en nanotecnoloxía en desenvolvemento que poida ter aplicación no sector das enerxía renovables nun futuro?

Si, hai moitas innovacións en nanotecnoloxía en desenvolvemento. Por exemplo, en enerxía solar, están a desenvolverse revestimentos baseados en nanopartículas para as plantas solares térmicas de alta eficiencia. Enerxía eólica, está a levarse a cabo investigacións sobre nanotubos de carbono para aumentar a vida útil das turbinas e nanolubrigantes para os engranaxes e a maquinaria pesada.