Modul - CN5 - Nanotechnologie

garant: Ing. Karla Barabaszová, Ph.D.

Okruhy:

  • Nanomateriály pro dopravu
  • Trendy a budoucnost nanomateriálů
  • Fotovoltaika v dopravě
  • Financování VaV nanomateriálů pro dopravu

Učební opora:

Kapitola III: Fotovoltaika v dopravě (ČÁST 2)

Zvyšuje se počet projektů, které se snaží přijít se „zeleným“ přístupem k získávání elektrické energie pro dobíjecí stanice pro elektromobily, které jsou poháněné pouze pomocí solární energie nebudou zatěžovat energeticku síť.
Příkladem může být projekt Mercedes-Benz España SA a španělské společnosti Acciona, který se zabývá volnou mobilitou vozů s elektromotorem v oblasti Madridu. V pilotním projektu Mercedes poskytne k pronájmu 42 aut s elektrickým pohonem zatímco Acciona nainstaluje infrastrukturu pro 121 dobíjecích stanic, které budou dodávat ze 100% z obnovitelných zdrojů energie. Projekt bude trvat 4 roky. Automobily se budou využívat ve společnostech k běžné činnosti. Nabíjecí stanice budou umístěny v prostorách těchto společností, na soukromých adresách lidí, kteří budou používat tyto automobily a na některých strategických bodech s přístupem veřejnosti [29].
Společnost Evergreen Solar nainstaloval novou solární nabíjecí stanici v dopravním uzlu ve Frankfurtu nad Mohanem. Dobíjecí stanice (Obr. 3.13) na solární energii poskytují bezplatné dobíjení baterií pro elektrických vozidel včetně Velotaxis, Segways, elektrické motorky a skútry [30].

Obr. 3.13: Dobíjecí stanice elektrických motorek a skútrů [30].

Kapitola I:Nanotechnologie a nanomateriály pro dopravu (ČÁST 2)

V roce 2006 byl pomocí solárních článků namontovaných na vozidle vyroben nanoautomobil (angl. NanoCar, Obr.1.15). Shromážděná energie je dodávána do vozu nanobaterií nebo pomocí elektrostatického motoru, který váží méně než 5 ng (5 nanogramů). Nanoautomobil je tvořen uhlíkovými nanotrubicemi, elektrostatickými regeneračními kotoučovými brzdami a ozubeným mechanickým volantem [55].
Vědci americké univerzity v Texasu v roce 2009 mezi prvními představili nejnovější mikroskopické nanovozítko (nanoautomobil), jenž je po vzoru speciálních závodních automobilů nazváno nanodragster. Oproti svým předchůdcům z roku 2005 je nanodragster značně vylepšen. Přestože vozítko základními prvky nutnými k pohybu jako je podvozek, kola a motor, měří jen několik nanometrů. Na šířku jednoho lidského vlasu by tak bylo možno zaparkovat až 50 000 těchto „automobilů“ [56,57].
Nanodragster má přední kola ze speciálního kompozitního materiálu, složeného z atomů uhlíku a boru, který je dobře přilnavý. Zádní kola jsou tvořeny uhlíkatými fullereny.
V porovnání s předcházejícím nanovozem (nanoautomobilem) je nanodragster mobilnější, rychlejší a má delší dojezdovou dráhu. Rychlost pohybu nanodragteru dosahuje maximální rychlostí několika nanometrů za minutu [57]

Kapitola IV: Financování nanotechnologií v dopravě

Nanotechnologie představují obrovský vědecký potencionál s možnosti aplikační sféry do automobilového průmyslu a dopravního inženýrství. V minulém desetiletí vzrostly veřejné finance z 400 milionů EURO v roce 1997  na cca 3 miliardy EURO na rozdíl od financování soukromého sektoru, který lze jen ztěží hodnotit a odhaduje se na hodnotu 2 miliardy EURO. V tomto směru bohužel EU zaostává o více než 10% za velmocemi USA a Japonskem [1]. Samotné nanotechnologie cíleny na dopravu, vývoj nových konstrukcí s lepšími vlastnostmi, použití nových materiálů apod. nejsou financovány specifickým grantovým programem pro vědu a výzkum v této oblasti v USA, EU a ve světě, ale jsou zahrnuty v rámci jiných obecnějších programů a podprogramů [2,3].
Nanotechnologie v Evropě získala velice dobrou startovací pozici díky systematické podpoře a tvorbě poznatkových základen v letech 1995 až 2000. Tato podpora byla realizována v rámci „větších“ ucelenějších podpůrných programů (např. nové materiály, biotechnologie apod.). Evropa má stejně dobrou startovací pozici jako země USA a Japonsko v oblasti nanotechnologií, porovnáme-li podíl publikací těchto zemí se zaměřením na oblast nanotechnologií. Co se týče transferu technologií do praxe, USA vítězí na celé čáře i v rámci vyjádření výsledků na obyvatele [4].

Kapitola III: Fotovoltaika v dopravě (ČÁST 1)

Doprava je zodpovědná za více než 20% celkové spotřeby primární energie v Evropě a přispívá téměř třetinou emisí skleníkových plynů. Doprava představuje stále rostoucí sektor, v souvislosti s využíváním nových materiálů a současně se vzrůstajícími nároky na spotřebu energie pro používání vozů. Energetická spotřeba vzrostla v období mezi lety 1990 a 2003 o 26,3%. Doprava v Evropě se spoléhá na fosilní paliva z více jak 98%. I když strategický plán EU má za cíl zvýšení podílu biopaliv  na 10 % v roce  2020 [1]. Problémy související s dopravou jako je znečišťování ovzduší, hluk, dopravní zácpy dopadají na kvalitu života v evropských městech. Z tohoto důvodu se rozšiřují snahy o používání také jiných zdrojů energie pro dopravu, jako je bionafta, zkapalněný zemní plyn, použití vodíku, ale také fotovoltaika. Následující stránky přiblíží možnost použití fotovoltaiky jako zdroje energie pro rozmanité druhy použití v dopravě.
Fotovoltaika využívá přímé přeměny světelné energie na elektrickou energii v polovodičovém prvku označovaném jako fotovoltaický neboli také solární článek (Obr. 3.1). Nejběžnější typ solárního článku je vyroben z krystalického křemíku,  multikrystalického anebo monokrystalického křemíku.

Kapitola II: Náhradní energetické zdroje v dopravě využívající nanotechnologií

Je zcela jednoznačné, že velcí automobiloví producenti jsou nuceni přistoupit k novým trendům, jako jsou nanotechnologie, a to na základě rostoucích požadavků na cenově efektivní zlepšování výkonnosti, bezpečnosti a také pohodlí, navíc s ohledem na ochranu životního prostředí a dodržování emisních standardů. Prostřednictvím nanotechnologií, tak automobilový průmysl může dospět k výraznému rozvoji s rostoucím potenciálem.

Obr. 2.1: Alternativní paliva [1].

Kapitola I:Nanotechnologie a nanomateriály pro dopravu (ČÁST 1)

V posledních letech dochází k výraznému vývoji nových materiálů a technologií, přičemž tento rozvoj vede ke zvyšování technologického potenciálu ve všech oblastech průmyslu. K těm nejvýznamnějším oblastem, ve kterých lze zaznamenávat nárůst nových materiálů, patří prokazatelně oblast dopravy (obzvláště automobilového průmyslu), elektrotechnického, elektrochemického, potravinářského a textilního průmyslu. Je známo, že rozvoj v automobilovém průmyslu roste velmi dynamicky a je tak jedním z nejsilnějších průmyslových odvětví.
Sledování trendů a vlivu nových materiálů v dopravě je ve většině případů směřováno do oblasti automobilového a  leteckého průmyslu, doprava železniční je oblastí minoritní. Nezanedbatelnou oblastí je rovněž oblast nových materiálů přispívajících k pohonným obnovitelným zdrojům pro dopravu. Pozornost bude věnována dopravě automobilové, zmíněné budou rovněž poznatky z dopravy letecké.