Applicazioni energetiche e ambientali
Il crescente bisogno di energia, unito alle preoccupazioni sulle emissioni di gas serra, hanno sottolineato la necessità di fonti energetiche alternative, nonché la necessità di aumentare l’efficienza energetica dei sistemi che utilizziamo oggi.
Uno sforzo notevole è stata la sostituzione di lampadine a incandescenza (un tempo ampiamente utilizzato nelle case e negli uffici) con fonti di illuminazione più efficienti. Le lampadine a incandescenza, originariamente commercializzate alla fine del XIX secolo, vengono sostituite da dispositivi che forniscono più luce visibile a parità di consumo di energia elettrica. L’Unione Europea sta eliminando gradualmente le lampadine a incandescenza a favore di un’illuminazione più efficiente dal punto di vista energetico. Se negli Stati Uniti ogni lampadina a filamento fosse sostituita da una fonte di illuminazione a stato solido, il consumo di elettricità negli Stati Uniti si ridurrebbe di 10%, riducendo anche le emissioni di carbonio di circa 28 milioni di tonnellate all’anno.
Le fonti luminose alternative hanno incluso lampade fluorescenti e lampade a scarica ad alta intensità, ma i diodi emettitori di luce (LED) si sono rapidamente trasformati in sostituti preferiti per molte applicazioni. Le innovazioni nanotecnologiche hanno aperto la strada alla riduzione dei costi di produzione di alcuni modelli di lampadine alternative, in particolare quelle che utilizzano LED.
I nanomateriali stanno iniziando a svolgere un ruolo di primo piano nello sviluppo di altre tecnologie energetiche alternative. Gran parte del celle solari prodotti oggi in tutto il mondo si basano sulla tecnologia cristallina che compete con l’industria dei chip per computer per il silicio, la principale materia prima utilizzata per realizzare circuiti integrati e celle solari. Questa non è una situazione auspicabile poiché sia l’energia solare che l’elettronica informatica sono tecnologie critiche con una domanda elevata e volumi in espansione. Direzioni di ricerca alternative includono nuovi nanomateriali come punti quantici aumentare l'efficienza delle celle solari e la produzione di celle solari su substrati flessibili (compresi film polimerici e fogli metallici sottili). Compositi leggeri e ad alta resistenza per pale di turbine eoliche vengono sviluppati utilizzando nanocompositi per sfruttare l’energia eolica.
L’inquinamento ambientale dell’aria, del suolo e dell’acqua, compreso l’impatto dei rifiuti tossici nelle discariche, è una delle principali preoccupazioni in tutto il mondo. Utilizzando la nanotecnologia, gli scienziati stanno progettando nuovi catalizzatori per la bonifica dei rifiuti e per la conversione dei gas tossici in specie benigne. Questi progetti sfruttano l'ampia superficie dei nanomateriali e le nuove proprietà e reattività che si presentano su scala nanometrica. Utilizzando nanotubi di carbonio e altri nanomateriali si stanno sviluppando filtri nuovi ed efficienti per intrappolare il mercurio, i metalli pesanti e altre sostanze pericolose.
