Hoe Wordt Groene Nanotechnologie Gebruikt?

{h1}

Hoe wordt groene nanotechnologie gebruikt? Meer informatie over groene innovaties en technologieën op het gebied van groene nanotechnologie.

Sciencefictionfans zijn dol op het idee, geschreven door Arthur C. Clarke, dat "elke voldoende geavanceerde technologie niet te onderscheiden is van magie." Met de komst van nanotechnologie lijken de schijnbaar miraculeuze materialen, de supernatuurlijke supergeleiding en de paranormale fotonica die jarenlang fantasie hebben gevoed, net om de hoek te liggen.

Iedereen weet dat magie ten koste gaat van anderen en sommigen vragen zich af of, wanneer het colloïdale stof uit de ontluikende nanovolutie komt, de ecologische balans ons in het zwart - of in het rood zal tonen. Onder hen zijn de wetenschappers, ingenieurs en beleidsmakers groene nanotechnologie rijden.

Nanoschaal deeltjes zijn niets onnatuurlijks of nieuw. Ze komen voor in vulkanische as, zeespray, minerale composieten en sommige soorten bacteriën, en we hebben met hen gewerkt sinds minstens de vierde eeuw [bronnen: Goldman en Coussens; NNI, "Nanotechnology 101"]. Dus wat is er veranderd? Geavanceerde methoden voor microscopie en manipulatie hebben een kantelmoment bereikt, een die ons in staat stelt om ketellapper speelgoed te assembleren op de schaal van individuele atomen en strengen DNA.

Het is een opwindende plek om te zijn.

Een nanometer is een miljardste van een meter, of ongeveer 1 / 100.000 van de dikte van een stuk papier. Als een nanodeeltje zo groot was als een knikker, dan zou één meter zo groot zijn als de aarde [bron: NNI, "Nanotechnology 101"]. Dit verbijsterend kleine formaat is echter slechts de helft van het verhaal. De echte magie van de nanoschaal ligt in de queer quantum-regels die eraan ten grondslag liggen, en de manier waarop ze materialen voorzien van opmerkelijke eigenschappen. Vergeleken met hun macroscopische equivalenten zijn nanomaterialen misschien sterker, beter in het geleiden van warmte of elektriciteit, of hebben ze verschillende magnetische eigenschappen.

De industrie heeft snel het potentieel gegrepen. Nanotechnologie heeft zijn weg gevonden naar honderden consumentenproducten en industriële toepassingen, waaronder computerchips, auto's, sportartikelen, kleding, cosmetica en voedingssupplementen. Toch staan ​​we nog maar op de drempel van wat mogelijk is.

Naarmate de voortgang vordert, heeft zorg voor het milieu en voor de volksgezondheid aanleiding gegeven tot een oproep voor milieuvriendelijk, zelfs voordelig onderzoek en ontwikkeling op nanoschaal.

Groene nanotechnologie omvat twee afzonderlijke maar gerelateerde doelen. Aan de ene kant beloven de opmerkelijke eigenschappen die mogelijk zijn op nanoschaal talloze manieren om bestaande producten en processen veiliger en duurzamer te maken. Anderzijds vinden onderzoekers steeds vaker manieren om nanotechnologie tijdens zijn levenscyclus minder toxisch te maken. In dit artikel zullen we een rondleiding krijgen over hoe deze vele benaderingen worden uitgevoerd.

Laten we nu een kabouter maken en klein en groen worden.

Gaan van Goo naar groen

De dreiging van een door nanotechnologie veroorzaakte milieuramp is bij de publieke bewustwording sinds 1987 opgedoken, toen Eric Drexler het doemscenario 'grijze goo' in zijn boek 'Engines of Creation' beschreef. Daarin overschrijden zelfreplicerende nanomachines de planeet, exponentieel vermenigvuldigend en consumerend alles in zicht, niets achterlatend maar de titulaire nanomachine goo [bronnen: Feder; Drexler].

Sindsdien hebben meer aannemelijke zorgen, zoals het gebrek aan beschikbare informatie over de toxiciteit en de ecologische effecten op lange termijn van nanodeeltjes, de discussie gedomineerd, maar er is ook een groenere manier om deze kleine technologie te bekijken. Nanotechnologie kan zelfs helpen het milieu te verbeteren, zowel door hardnekkige bestaande problemen aan te pakken (zogeheten verouderde problemen) en door duurzame oplossingen te ontwikkelen voor de toekomst.

Oude problemen zijn overal om ons heen. Terwijl de Fukushima Daiichi kerncentrale stralingslekken en andere incidenten het nieuws domineren, worden dagelijks meer gemeenschappelijke problemen geconfronteerd met de gemeenschappen, van het opruimen van voormalige benzinestations tot het aanpakken van de meer dan 1.500 Superfund-locaties in de Verenigde Staten alleen [bron: EPA, "Superfund Nationale prioriteitenlijst "].

Nano-ijzer biedt een veilige aanpak voor het neutraliseren van gechloreerde organische oplosmiddelen, pesticiden op organische chloorbasis zoals DDT en polychloorbifenylen (PCB's). Voeg ijzeren nanodeeltjes toe aan tetrachlooretheen (een algemeen oplosmiddel dat wordt gebruikt bij chemisch reinigen) en het ijzer oxideert of roest, waardoor elektronen vrijkomen. De reactie slokt deze elektronen op en laat etheen achter, een in de natuur voorkomende koolwaterstof.

Opruimpersoneel kan ijzer op nanoschaal onder druk injecteren in vervuilde grond, waar het door zijn kleine omvang kan worden getransporteerd in het grondwater of ter plaatse kan worden achtergelaten voor langdurige sanering. Buiten de site zijn ze net zo nuttig in slurriereactoren of filtratiesystemen. Wetenschappers onderzoeken momenteel toepassingen voor het gebruik van ijzer op nanoschaal om ook met zware metalen en radionucliden om te gaan [bron: Zhang].

We kunnen ons wenden tot nanotechnologie om ook te voorzien in meer basale gezondheids-, voedsel- en veiligheidsbehoeften. Waterfiltratiesystemen op nanoschaal die vervuild, brak of afvalwater transformeren in drinkwater door drukfiltering door poriën die te klein zijn voor bacteriën of virussen, worden al meer dan tien jaar gebruikt [bron: Bradbury].

Nu we de opruimactie hebben gedaan en nog veel meer, laten we eens kijken naar enkele manieren waarop nanotechnologie onze toekomst ook groener maakt.

Pollution Solutions

Een van de belangrijkste manieren waarop nanotechnologie de vervuiling kan verminderen, is door dematerialisatie - de reductie van materialen die nodig zijn voor productie.Producten die zelf kunnen assembleren uit kleine componenten gebruiken veel minder materiaal dan degene die we van boven naar beneden bouwen, die afval genereren en vaak oplosmiddelen en chemische processen vereisen. Ondertussen ontwikkelen onderzoekers ook ingenieuze manieren om vervuiling te monitoren, zoals nanosensoren die op biochemische wijze contaminatie en pathogenen kunnen detecteren, in realtime en in grote gebieden [bron: EPA, "Nanotechnology: Sensors"].

Groene energie wordt geleverd in kleine pakketten

Nanotechnologie belooft onze milieuverkenning te verbeteren door ons meer bang te maken voor onze energiebesparing en onze afhankelijkheid van fossiele brandstoffen te verminderen. Om te zien hoe, overweeg dan uw gezinsauto. Voertuigen die zelfs gedeeltelijk uit nanomaterialen zijn vervaardigd, kunnen lichter en dus brandstofefficiënter zijn, zonder in te boeten aan kracht of veiligheid. Onder de motorkap kunnen nanofilters de smurrie uit uw go-juice halen, zodat uw rit minder vervuiling veroorzaakt en minder slijtage aan de motor heeft. Nanocoatings kunnen windschermen en verfbanen zelfreinigend maken om op te starten.

Groene machines zoals hybriden en waterstofvoertuigen zullen nog meer profiteren. Ingenieurs zijn al brandstofcellen aan het ontwikkelen die zijn gevuld met koolstofnanobuizen om waterstof op te slaan en de reactiviteit te verhogen. Koolstofnanobuizen kunnen op een dag ook duur platina vervangen als de waterstofbrandstofcelkatalysator, waardoor de kosten dalen [bron: Battersby].

Dankzij nanofotonica, de studie van het gedrag van licht op nanoschaal, nanotechnologie heeft ook uw energiebehoeften thuis en op kantoor. Onderzoekers hebben vensters, verven en filmcoatings ontwikkeld die ze kunnen "afstemmen" om specifieke golflengten van zonnestraling te reflecteren of door te geven, inclusief de infraroodenergie die we als warmte ervaren [bron: Feder]. Het is alsof je je hele huis in de zomer in een zonnescherm verandert en in de winter een ruimtedeken.

Efficiëntere nano-elektronica zal zich vertalen in gizmos die minder energie opslorpen en efficiënter opslaan - een echte zegen in onze gadget-gonzo-leeftijd [bron: Chmiola]. Quantum dots, oftewel halfgeleidende nanokristallen, kunnen binnenkort een weergavetechnologie leveren die zowel de efficiëntie als de lange levensduur van organisch verwerkt lichtgevende dioden (OLEDs) en de duurzaamheid van kathodestraalbuizen (CRT's) en liquid crystal displays (LCD's) [bron: Dumé].

Verderop in de energiepijplijn biedt nanowetenschap hoop op het versterken van alternatieve energiebronnen. Zonnepanelen die zijn geprint met nanodeeltjes hebben minder componenten nodig om te werken, wat betekent dat er minder is om te repareren, te onderhouden of later te begraven op een stortplaats. Met lagere operationele kosten kunnen dergelijke panelen minder stroom produceren en toch winstgevend zijn [bron: Markoff]. Onderzoekers hebben ook gedroomd een manier om energie te halen uit het verschil in zoutgehalte tussen zeewater en rivierwater. De techniek is gebaseerd op batterijen bestaande uit elektroden die stuiven met nanostaafjes [bron: La Mantia].

Inmiddels denk je waarschijnlijk: "Dat is allemaal goed en wel, maar hoe groen kunnen oplossingen voor nanotechnologie zijn als het bouwen ervan een giftige puinhoop creëert?" Zoals we in dit volgende gedeelte zullen zien, zijn veel wetenschappers en ingenieurs bezorgd over deze problemen en streven ze ernaar om nanotechnologie vanaf het begin groener te maken.

Het kleine wonder van oppervlaktegebied

De verhouding van het oppervlak van iets tot het volume beïnvloedt de energiebalans en reactiviteit. In het ideale geval, om een ​​efficiëntere elektrode of katalysator te bouwen, zou je gewoon zoveel mogelijk oppervlak in een bepaald volume verpakken. Helaas neemt deze magische verhouding af naarmate dingen opschalen, vooral in compacte vormen zoals bollen of vierkanten.

De kunst is om een ​​minder compacte vorm te gebruiken, zoals een buis. Zoals blijkt uit de menselijke ingewanden en longbrachia, blokkeren lange, dunne structuren veel van het oppervlak in een kleine ruimte. Met dit in gedachten is het geen verrassing dat onderzoekers momenteel nanobuizen aan LED's, brandstofcellen, elektrische apparaten en katalysatoren toevoegen.

De zaden van duurzame nanotechnologie zaaien

Gezien de milieuschade veroorzaakt door andere schijnbaar heilzame stoffen, zoals DDT, is het geen wonder dat we met scepticisme vreemde uitvindingen zoals koolstofnanobuisjes en kwantumstippen begroeten, vooral wanneer we zo weinig weten over hun effecten op de lange termijn of toxiciteit [bron: Goede man].

Deze opmerkingen worden verder aangewakkerd door medische bevindingen die de schadelijke effecten van bepaalde nanodeeltjes onthullen, zoals koolstofnanobuisjes, die longgranulomen (celbollen geassocieerd met ziekte) veroorzaken bij inhalatie door ratten. De effecten van andere nanodeeltjes zijn nog niet overtuigend - met name waar het mensen betreft - maar studies wijzen op nanogestuurde ingrediënten in sommige zonnefilters die hersenbeschadiging veroorzaken bij muizen en regenboogforel door oxidatieve stress [bronnen: Karn; Choi; Raloff].

Natuurlijke alternatieven voor productie op nanoschaal kunnen de sleutel zijn om dergelijke problemen te verzachten. In het geval van zonnebrandcrème hebben onderzoekers bijvoorbeeld een mogelijk veiliger nanodeeltje gevonden in Engelse klimop. De beruchte vasthoudendheid van de wijnstok komt voort uit een geelachtige "superlijm" die wordt afgescheiden door de ranken, die bestaat uit nanodeeltjes die vier keer effectiever zijn als zonnecrème dan titaniumdioxide of ijzeroxide. De deeltjes zijn biologisch afbreekbaar, waterbestendig en blokkeren alleen UV-stralen [bron: Raloff].

Idealiter zou synthetische nanoschaalconstructie werken als een cel, waarbij eenvoudige, niet-toxische stoffen bij kamertemperatuur worden gebruikt om een ​​product vanaf de grond op te bouwen en vervolgens de resten te recycleren of efficiënt te vernietigen. Totdat dergelijke technieken mogelijk zijn, zoeken groene onderzoekers steeds vaker naar natuurlijke processen voor inspiratie en naar veilige alternatieven voor oplosmiddelen en andere gevaarlijke processen.

Onderzoekers hebben al manieren gevonden om bepaalde bacteriën te gebruiken voor het maken van nanobolletjes selenium, telluur, zinkselenide en cadmiumselenide bij kamertemperatuur, waardoor de afhankelijkheid van hoge temperaturen, drukken en gevaarlijke chemicaliën wordt verminderd [bron: NNI, "US Geological Survey (USGS)"].

Natuurlijke chemicaliën, zoals de fytochemicaliën die van nature in planten voorkomen, vormen een ander groen alternatief. Neem goud op nanoschaal, een stof met toepassingen in brandstofcellen, chemische sensoren en biologische hulpmiddelen [bronnen: plukjes; Greenberg]. Wat ooit grote hoeveelheden ontvlambare en explosieve giftige oplosmiddelen vereiste, kan nu worden gemaakt met alleen een goudzout (een elektrisch neutrale verbinding van goud) en een oplossing van Darjeeling-thee, kaneel of komijn [bronnen: Schmidt, Nune et al.].

Hoe spannend de mogelijkheden ook zijn, tot nu toe blijven de meest inspirerende groene nanotechnologieën in de verbeelding van onderzoekers. Als of wanneer ze worden ontwikkeld, zullen ze economische steun en marktondersteuning nodig hebben om hen te helpen betaalbaar te worden en wijdverspreid gebruik te verkrijgen [bron: Goodman].

Tot die tijd kunnen we allemaal ons steentje bijdragen om de aarde een duurzamere plaats te maken - op elke schaal.

Nanodeeltjes in het menselijk lichaam

Omdat nanodeeltjes zo klein zijn, negeren ze de meeste beschermende structuren in het lichaam, inclusief de bloed-hersenbarrière die onze grijze stof beschermt tegen schadelijke stoffen. Geïnhaleerd of geïnjecteerd circuleren deze kleine verstekelingen door de bloedbaan en zetten ze af in organen en weefsels, waar ze zich kunnen opbouwen. Naarmate het immuunsysteem van het lichaam beter wordt, kan het overproductie van bepaalde chemicaliën veroorzaken: stoffen die nodig zijn voor de stofwisseling, maar giftig wanneer ze uit balans worden gebracht. Deze "oxidatieve stress" is vooral schadelijk voor organen met hoge metabole vereisten, zoals de hersenen [bron: Lang].


Video Supplement: Sciencecafé - energie uit nano - TOEKOMSTMAKERS.




Onderzoek


Welke Berg Is De Hoogste Ter Wereld?
Welke Berg Is De Hoogste Ter Wereld?

Wetenschappers 'Vliegen' In Stormen Van Hun Computer
Wetenschappers 'Vliegen' In Stormen Van Hun Computer

Science Nieuws


Herkomst Van Deja Vu Pinpointed
Herkomst Van Deja Vu Pinpointed

Hoe Transparant Aluminium Pantser Werkt
Hoe Transparant Aluminium Pantser Werkt

Dat Pas Ontdekte Mineraal Is Niet Harder Dan Diamant - Maar Komt Uit De Ruimte
Dat Pas Ontdekte Mineraal Is Niet Harder Dan Diamant - Maar Komt Uit De Ruimte

Magna Carta Wordt Tentoongesteld In Washington, D.C.
Magna Carta Wordt Tentoongesteld In Washington, D.C.

Robo-Bijen Kunnen Insecten Helpen Met Bestuivingsrechten
Robo-Bijen Kunnen Insecten Helpen Met Bestuivingsrechten


WordsSideKick.com
Alle Rechten Voorbehouden!
Reproductie Van Materialen Toegestaan Alleen Prostanovkoy Actieve Link Naar De Site WordsSideKick.com

© 2005–2019 WordsSideKick.com