Нанотехнологии помогут повысить эффективность энергетического сектора

Результаты нового исследования, проведенного специалистами Международной электротехнической комиссии (International Electrotechnical Commission; IEC; МЭК) и немецкого Фраунгоферовского института системных и инновационных исследований (Fraunhofer Institut für System und Innovationsforschung ISI), свидетельствуют о том, что массовое внедрение нанотехнологий принесет огромную пользу энергетическому сектору. Особенно актуальны нанотехнологии в области хранения энергии и солнечной энергетики.

Повышение эффективности материалов и снижение производственных затрат – вот лишь самые очевидные экономические преимущества использования нанотехнологий сфере энергетики. Специалисты отмечают, что в перспективе наноматериалы позволят добиться значительного повышения емкости аккумуляторных батарей, а также роста КПД и удешевления производства солнечных панелей. Кроме того, подобные инновации позволяют добиться продления срока полезной эксплуатации фотоэлектрических элементов, а также аккумуляторных батарей для крупных систем хранения энергии и электромобилей.

Авторы доклада под названием "Нанотехнологии в секторах солнечной энергетики и систем хранения энергии" (Nanotechnology in the sectors of solar energy and energy storage) обнаружили, что существует целый ряд наноматериалов, актуальность которых будет расти параллельно развитию новых гелиоэнергетических и аккумуляторных технологий.

Повышение актуальности наноматериалов

Одним из основных выводов исследователей является то, что промышленные и энергетические компании, а также научные организации в ближайшее время будут демонстрировать все больший интерес в адрес нанотехнологий. При этом особое значение будет иметь следующие технологические процессы, предполагающие использование наноматериалов:

Уже сейчас использование нанотехнологий позволяет значительно повысить эффективность генерации электроэнергии с использованием органических фотоэлектрических элементов и фотоэлементов на базе кристаллического кремния. Кроме того, для производства солнечных батарей (при условии применения наноматериалов) требуется все меньше ресурсов, что делает подобный бизнес более эффективным с экономической точки зрения.

Ожидается, что использование наноматериалов при производстве литий-ионных аккумуляторов позволит значительно увеличить их удельную энергоемкость. Эксперты отмечают, что речь идет о самом крупном прорыве в области массового производства систем хранения энергии с начала 90-х годов пошлого века. Это особенно важно в связи с постоянно растущим спросом на электрические транспортные средства, популярность которых можно увеличить лишь путем повышения емкости аккумуляторных батареи при сохранении (или уменьшении) прежнего веса и габаритов, что позволит увеличить дальность хода электрокаров.

Более емкие системы хранения энергии необходимы и для дальнейшей популяризации возобновляемых источников энергии (ВИЭ), которые вырабатывают электричество неравномерно: при наличии ветра (ВЭС), солнца (гелиоэлектростанция), мощных волн (волновая электростанция) и так далее. По мнению специалистов, рациональное использование ВИЭ возможно лишь в связке с системами хранения энергии, которые могут накапливать сгенерированное электричество в периоды низкого спроса и направлять его в центральную электросеть в часы-пик.

Крупномасштабное применение в солнечной энергетике и системах хранения энергии

Доктор Бьорн Меллер из Фраунгоферовского института системных и инновационных исследований, который руководил подготовившей доклад командой ученых, убежден, что к 2035 году доля ископаемых видов топлива в мировом энергетическом балансе снизится до 75 процентов. Это означает, что доля возобновляемых источников энергии должна будет значительно возрасти. Именно поэтому крайне важно ускорять развитие ключевых технологий вроде солнечных батарей и систем хранения энергии с помощью наноматериалов. Меллер полагает, что нанотехнологии обладают большим потенциалом и способны помочь при смягчении негативных эффектов, обусловленных прерывистостью возобновляемых источников энергии.

Роль нанотехнологий в решении энергетической проблемы и разработка стандартов

"Мы провели это исследование, чтобы оценить потенциал нанотехнологий и роль наноматериалов в решении проблемы нехватки энергии, актуальность которой в будущем будет лишь возрастать. Результаты данного исследования среди прочего будут использоваться специалистами по стандартизации МЭК при определении приоритетных направлений работы. Ведь создавая международные добровольные стандарты на основе консенсуса, касающиеся актуальных аспектов нанотехнологий, мы сможем интенсифицировать их внедрение и повысить эффективность различного электромеханического оборудования ", сказал генеральный директор МЭК Франс Вресвик.

"На фоне ожидаемого 30-процентного увеличения мирового спроса на энергию к 2035 году и значительной интенсификации использования возобновляемых источников энергии, роль нанотехнологий (в том числе новых наноматериалов) будет непрерывно возрастать. Они могут стать ключом к успешной интеграция ВИЭ и систем хранения энергии ", подытожил эксперт.