Nanotechnologie a grafen: Řešení pro úsporné spotřebiče?0

Spotřeba elektrické energie roste úměrně tomu, jak se zvyšuje počet spotřebičů v našich domácnostech. Problémem je především „neviditelný“ pohotovostní režim. Zvýšit efektivitu spotřebičů mají nové technologie a materiály, jako je grafen.

Moderní elektrospotřebiče se staly nedílnou součástí našich životů. Pořizujeme si jich stále více, abychom si zpříjemnili a usnadnili život. Nic ovšem není zadarmo – čím více elektrospotřebičů máme, tím více energie spotřebováváme a tím více za ni platíme (někdy často zbytečně například kvůli pohotovostnímu režimu).

„Od ledna 2010 musí mít elektrické spotřebiče v pohotovostním režimu spotřebu menší než 2 W,  po roce 2013 dokonce menší než 1W.“

Aktuálním trendem je snižování energetické náročnosti elektrospotřebičů. Výběr co nejúspornějšího spotřebiče mají domácnostem usnadnit energetické štítky. A stále se pracuje na nových technologiích, které mají snížit energetickou náročnost spotřebičů.

Energetická náročnost spotřebičů

Takové snažení je na místě. Podle údajů Mezinárodní energetické agentury (IEA) si v průměrné  domácnosti elektronika vezme 15 % veškeré spotřeby elektrické energie. Z toho jedna desetina padne za oběť zcela zbytečně standby režimu.

Spotřeba energie rok od roku stoupá a podle prognóz se má do roku 2020 zdvojnásobit a do roku 2030 dokonce ztrojnásobit. I když samotné spotřebiče mají dnes menší spotřebu než před deseti lety, velký vliv má stále rostoucí množství elektroniky, jež si domácnosti pořizují. Svou roli hraje i fakt, že největší spotřebu v  režimu standby mají přístroje novějšího typu, jako jsou set-top boxy a DVD přehrávače.

S energetickým upírem v podobě standby režimu se po svém rozhodla bojovat Evropská unie – jak jinak než směrnicí stanovila, že od ledna 2010 musí mít elektrické spotřebiče v pohotovostním režimu spotřebu menší než 2 W, po roce 2013 dokonce menší než 1W. EU si od tohoto opatření slibuje 70% pokles spotřeby spotřebičů ve standby režimu.

Průměrná spotřeba vybraných elektrospotřebičů v režimu standby

Zdroj: www.iea.org

Nanotechnologie pomohou snížit spotřebu energie

Na podzim minulého roku byla do světa vypuštěna zpráva o evropském projektu Steeper. Jde o výzkumnou iniciativu EU, která si klade za cíl desetinásobně zvýšit výkonnost elektronických zařízení a omezit spotřebu energie v pohotovostním režimu. Projektu Steeper se účastní několik významných evropských výzkumných institucí a firem (především IBM), které koordinuje švýcarská vysoká škola École Polytechnique Fédérale de Lausanne.

Více spotřebičů znamená větší spotřebu a vyšší faktury za energie

Vědci chtějí dosáhnout snížení energetické náročnosti pomocí nanotechnologií. Jedná se především o nahrazení stávajících tranzistorů (z nichž uniká energie podobně jako voda z kapajícího kohoutku) tranzistory nového typu TFET (tunnel field effect transistor) a využití  nanometrických polovodičů.  S pomocí nanotechnologie by se také snížilo spínací napětí o půl voltu, což by vedle úspor energie vedlo i k výraznému zrychlení elektroniky. Výsledkem celého projektu by mělo být snížení spotřeby energie o jeden řád a prodloužení životnosti baterií elektronických zařízení.  V praxi by to znamenalo, že např. mobilní telefon by na jedno nabití vydržel i několik týdnů. Přítomnost firmy IBM by měla zajistit propojení výsledků výzkumu s průmyslovou sférou.

Grafen: Materiál budoucnosti?

Aplikací nanotechnologie patrně narazí klasická křemíková elektronika na hranici svých fyzikálních možností, proto se hledají materiály nové a největším hitem mezi nimi je grafen.

Grafen je jako materiál znám poměrně krátkou dobu, přesto je už dnes oslavován jako materiál 21. století a pravděpodobně se stane nástupcem křemíku jako hlavního materiálu některých elektronických součástek (tranzistory, polovodiče). Grafen je podobně jako diamant nebo grafit formou uhlíku. Je to nejtenčí známý materiál, který je silný pouhý jeden atom, což z něj dělá vlastně 2D materiál. Grafen má vynikající vlastnosti – je vysoce vodivý, vede teplo i elektřinu lépe než jakýkoli jiný materiál a je také nejpevnější. Předpokládá se, že elektronika obsahující grafen, bude podstatně rychlejší, účinnější a méně energeticky náročná.

Nové technologie by nám měly ušetřit výdaje za energie

Materiál zvaný grafen byl objeven v anglickém Manchesteru v roce 2004, kdy ho vědci získali odebráním jedné roviny ze struktury grafitu (obyčejná tuha). Od té doby se výzkumné aktivity zaměřovaly na efektivní výrobu grafenu a vývoj prvních tranzistorů. IBM s využitím grafenu vyrobila procesor s neuvěřitelným taktem 100 GHz (současné PC má kolem 4 GHz).  V roce 2010 dostali za výzkum grafenu Nobelovu cenu Andrej Geim a Konstantin Novoselov, dva vědci ruského původu z univerzity v Manchesteru. Uhlíkové nanomateriály úspěšně zkoumají také na Palackého univerzitě v Olomouci.

Nové technologie a uvedení do praxe

Kdy tedy můžeme očekávat hmatatelné výsledky těchto výzkumných aktivit? Projekt Steeper by měl probíhat ještě dva a pů roku. Využití grafenu není tak jasně časově ohraničeno, nicméně již za pár let by na světě mohly být funkční prototypy. Zpočátku se nedá očekávat, že by nanotechnologie, či grafen úplně nahradily současné materiály a elektronické součástky, spíše se bude jednat o tzv. hybridní technologie, které ale výrazně zrychlí a zlevní provoz elektrospotřebičů. Otázkou zůstává, jaká bude jejich pořizovací cena.

Autor: Redakce Nazeleno.cz

Více článků od autora