متخصصين بر اين اعتقادند كه هم اكنون فناوري نانو تمام فناوري‌هاي انرژي
كنوني را تحت تاثير قرار داده و تغيير شگرفي در تصور ما از دنياي انرژي
ايجاد خواهد كرد. براي آنها كه به منابع انرژي قابل اطمينان دسترسي
ندارند، راه‌حل‌هاي جديد مهندسي نانو كمك شاياني است تا كيفيت زندگي آنان
را بهبود بخشد. فناوري نانو براي آنها كه از ناكارآمدي ذخيره، توليد و
تبديل انرژي رنج مي‌برند منابع انرژي جديدي فراهم آورده و علاوه بر آن،
هزينه توليد هر كيلووات انرژي را هم كاهش داده و يا حداقل به بهبود كيفيت
توليد آن كمك خواهد كرد. براي سرمايه‌گذاراني كه به بازار انرژي‌هاي
جايگزين علاقه دارند، فناوري نانو گزينه مناسبي است و فرصت‌هايي را براي
آنها ايجاد مي‌كند. البته در اين زمينه خطرپذيري‌هايي كه در بازار تمام
فناوري‌هاي نو ظهور بايد متحمل شد را نبايد از نظر دور داشت.
ضمنا علي‌رغم تمام جنجال‌هايي كه در مورد منابع انرژي جايگزين وجود دارد، بايد گفت در واقع هيچكس قاطعانه در مورد اينكه به زودي وابستگي ما به انرژي‌هاي فسيلي قطع خواهد شد اظهار نظري نكرده است؛ اما در عين حال اين حرف به معناي آن نيست كه ميزان وابستگي فعلي دنيا به نفت اوپك هم همچنان در همين سطح باقي بماند. ضمن آنكه هنوز منابع گاز طبيعي و حتي زغال سنگ فراواني پيرامون ما وجود دارد.
به عنوان مثال در مورد كاربرد نانوكاتاليست‌ها در بهبود صنعت انرژي بايد اشاره كرد كه با آنكه از دهه 1920 به اين طرف با استفاده از روش فيشر - تروپس (Fischer Tropsch) امكان توليد سوخت‌هاي هيدروكربني مايع چه از زغال سنگ و چه از گاز فراهم شده بود اما با بالا رفتن قيمت نفت، نوع تميزي از اين سوخت ديزلي (گازوئيل) به طور تجاري توليد شد و اخيرا با استفاده از نانوفناوري گام‌هايي در اين زمينه برداشته است. انتظار مي‌رود پروژه 2 ميليارد دلاري مايع‌سازي زغال سنگ شنهوان (Shenhuan) كه از فناوري نانوكاتاليزوري آمريكا استفاده مي‌كند بتوانند به عنوان يك روش اقتصادي قابل رقابت با ديگر روش‌ها در توليد سوخت مطرح شود.
تأثير كليدي فناوري نانو در اين بخش از انرژي، بهبود كارآمدي واكنش‌ها و كنترل فرآيند به شيوه نانوساختارسازي است. به اين ترتيب به ازاي يك حجم معين، سطح بيشتري در معرض كاتاليزوري كه روي آن ريخته شده قرار مي‌گيرد، در نتيجه باعث افزايش سرعت واكنش‌ها مي‌شود. البته اين كار به اين سادگي هم نيست و لازم است مواد واكنش‌گر با سرعت مناسب، خود را به سايت‌هاي كاتاليزوري برسانند. انجام اين كار متضمن آن است كه ساختارهاي ما داراي تركيبي از مقياس‌ها باشد. اما ايجاد چنين ساختارهاي بزرگ و مجتمعي آن هم به شيوه از پايين به بالا (bottom up) كاري است كه تنها در حوزه فناوري نانو قابل انجام است.
از ديگر كاربردهاي فناوري نانو در حوزه نفت، گاز و انرژي به ايجاد سيستم‌هاي احتراقي پيشرفته و پيل‌هاي سوختي؛ استفاده بهينه از انرژي خورشيدي؛ پيشرفت‌هاي اساسي در زمينه نانوساختارهاي نيمه هادي و مواد هادي الكترون؛ استفاده از سراميك‌ها و نانوبلورهاي فلزي در فناوري حفاري، توليد نانوكامپوزيت‌ها، بازدهي بيشتر سوخت مصرفي خودرو، استفاده از نانوساختارهاي آئروژل (aerogels)، مبتني بر روش‌هاي سل ژل (sol -gel) به صورت لايه‌هاي عايق؛ بهبود ديودهاي گسيل نور (LED) با طراحي نانو؛ به كارگيري سوخت‌هاي تجديد‌پذير و غيره را نام برد كه هر يك مي‌توانند آغاز تحولي عظيم در توليد، انتقال، توزيع و مصرف انرژي باشند.
* نانوحسگرها در لرزه‌نگاري بهتر
با ايجاد انفجار در نقاط مختلف روي زمين و ثبت لرزه‌هاي ايجاد شده، ساختار كلي لايه‌هاي زمين و مخزن به دست آورده مي‌شد. اين فرآيند بر اساس تفاوت سرعت حركت صوت در لايه‌هاي مختلف انجام مي‌گيرد. لرزه‌نگاري به صورت يك بعدي، 2 بعدي و 3 بعدي انجام مي‌شود. لرزه‌نگاري 4 بعدي همان لرزه‌نگاي 3 بعدي است كه در زمان‌هاي مختلف انجام مي‌شود. از اين طريق مي‌توان تشخيص داد كه لايه‌هاي مختلف، حاوي گاز، نفت يا آب هستند.
ايجاد نانوحسگرهاي جديد براي ثبت لرزه‌ها به صورت دقيق‌تر و پربازده‌تر توانسته است اين قسمت از بخش صنايع بالادستي نفت را متحول كند چرا كه امكان وارد كردن نانوسنسورها در لايه‌هاي مختلف زمين و ثبت لرزه‌ها از موقعيت‌هاي متنوع‌تر به وجود آمده است. نانوتكنولوژي مي‌تواند علاوه بر پيشرفت فوق با نانوساختار كردن ژئوفون‌ها به عملكرد سريع و ثبت اطلاعات صوتي دقيق‌تر منجر شود.
شركت انگليسي British Petroleum و شركت هلندي - انگليسي Shell در فرانسه براي كشف و استخراج ميدان‌هاي جديد نفت و گاز از تكنولوژي‌هاي نانو در تصويربرداري لرزه‌اي و لرزه‌نگاري 4 بعدي استفاده مي‌كنند.
شركت آمريكايي Input/Output Inc از MEMS و Micro&Nano Electro Mechanical System) NEMS) براي تهيه داده‌هاي لرزه‌نگاري چاه‌هاي نفت و گاز استفاده مي‌كند. اين ابزار، داده را به صورت دقيق‌تر و كم حجم‌تر از ژئوفون‌هاي معمولي ثبت مي‌كند.
* توليد نانوحسگرها در نمودارگيري دقيق‌تر از چاه
در اين روش ابتدا در آزمايشگاه، پرتوهاي مختلفي نظير گاما، ايكس، نوترون و همچنين انواع مختلف امواج صوتي و ميدان‌هاي مغناطيسي يا الكتريكي در مقابل ليتولوژي‌هاي مختلف اعمال مي‌شود و بازتابيش‌هاي مربوطه ثبت شده (كاليبراسيون) و نمودارهاي مربوط رسم مي‌شود. سپس ابزار نمودارگيري در ميدان نفتي يا گازي درون يك چاه رانده شده و فرآيند تاباندن پرتوها، امواج و ميدان‌ها و ثبت بازتابش‌ها صورت مي‌پذيرد. نهايتا از مقايسه نمودارهاي به دست آمده با نمودارهاي استاندارد جنس لايه‌ها (ليتولوژي) تعيين مي‌شود. همچنين با استفاده از تئوري‌ها، تخلخل و درجه اشباع سيالات نيز به دست آورده مي‌شود. براي به دست آوردن مقادير صحيح از نمودارهاي گرفته شده در چاه اصلاحات مختلفي انجام مي‌شود.
در اين قسمت، از نانوسنسورها براي تحليل پرتوها به طور دقيق و به خاطر سطح ويژه بالاي آنها، از تحليل پرتوها در همه جهات استفاده مي‌شوند. اين نانوسنسورها علاوه بر اين كاركرد، وظيفه تعيين جنس لايه‌ها و تضمين خواص سيال را نيز خواهند داشت. به نظر مي‌رسد كه چون بخشي از نمودارگيري از چاه مربوط به بررسي تخلخل‌ها مي‌شود مي‌توان با استفاده از يك سري نانوپودرها با وارد كردن در مخزن و دانستن تعداد و سطح ويژه آنها ميزان تخلخل مواد و سنگ‌هاي چاه را تخمين زد؛ البته با دقتي بسيار بالاتر از روش‌هاي پيشين، مي‌توان نانوسنسورها را به عمق‌هاي بيشتري درون سازنده‌ها رسانده شوند و تحليل‌هاي فوق را در نقاط متنوع‌تري به انجام رسانيد.
اين سنسورها به علت مزايايي نظير اندازه كوچك، ايمني در قبال تداخل الكترومغناطيسي، قابليت كارايي در فشار و دماي بالا و محيط‌هاي دشوار، در صنعت نفت مورد توجه بسيار قرار گرفته‌اند. سنسورهاي جديد از نظر توليد بسيار مقرون به صرفه هستند. محيط‌هايي نظير تأسيسات و پالايشگاه‌هاي نفتي كه سنسورهاي هيدروژن از كاربردهاي ويژه‌اي برخوردار هستند، مي‌توانند بسيار آلوده و كثيف باشند. نانوتيوب‌هاي تيتانيا داراي يك مقاومت الكتريكي برگشت‌پذير هستند به طوري كه اگر هزار قطعه از آنها در برابر يك ميليونيم اتم هيدروژن قرار بگيرند، مقاومت الكتريكي آن در حدود يك 100 ميليون درصد افزايش مي‌يابد. خواص فوتوكاتاليستي نانوتيوب‌هاي تيتانيا مي‌تواند آلودگي‌هاي ايجاد شده تحت تابش اشعه ماوراء بنفش را به طور قابل توجهي از بين ببرد تا اينكه سنسورها بتوانند حساسيت اصلي خود نسبت به هيدروژن را حفظ كنند.
محققان در آزمايشگاه فوتونيك دانشگاه صنعتي ويرجينيا در حال توليد يك سري نانوسنسورهاي قابل اعتماد و ارزان از فيبرهاي نوري جهت اندازه‌گيري فشار، دما، جريان نفت و امواج اكوستيك در چاه‌هاي نفت هستند. اين سنسورها به علت مزايايي نظير اندازه كوچك، ايمني در قبال تداخل الكترومغناطيسي، قابليت كارايي در فشار و دماي بالا و همچنين محيط‌هاي دشوار مورد توجه بسيار قرار گرفته‌اند. از همه مهم‌تر اينكه امكان جايگزيني و تعويض سنسورهاي متداول جريان بدون دخالت در فرآيند توليد نفت ميليون‌ها دلار هزينه در پي دارد. سنسورهاي جديد از نظر توليد بسيار مقرون به صرفه بوده و اندازه‌گيري دقيق‌تري ارائه مي‌دهند.
در اين رابطه ژانگ و همكاران در دانشگاه تاين جين چين، يك نوع جديد از نانوسنسورهاي فشاري براي اندازه‌گيري خواص چاه نفتي را اختراع كرده‌اند. ادامه مطلب
ضمنا علي‌رغم تمام جنجال‌هايي كه در مورد منابع انرژي جايگزين وجود دارد، بايد گفت در واقع هيچكس قاطعانه در مورد اينكه به زودي وابستگي ما به انرژي‌هاي فسيلي قطع خواهد شد اظهار نظري نكرده است؛ اما در عين حال اين حرف به معناي آن نيست كه ميزان وابستگي فعلي دنيا به نفت اوپك هم همچنان در همين سطح باقي بماند. ضمن آنكه هنوز منابع گاز طبيعي و حتي زغال سنگ فراواني پيرامون ما وجود دارد.
به عنوان مثال در مورد كاربرد نانوكاتاليست‌ها در بهبود صنعت انرژي بايد اشاره كرد كه با آنكه از دهه 1920 به اين طرف با استفاده از روش فيشر - تروپس (Fischer Tropsch) امكان توليد سوخت‌هاي هيدروكربني مايع چه از زغال سنگ و چه از گاز فراهم شده بود اما با بالا رفتن قيمت نفت، نوع تميزي از اين سوخت ديزلي (گازوئيل) به طور تجاري توليد شد و اخيرا با استفاده از نانوفناوري گام‌هايي در اين زمينه برداشته است. انتظار مي‌رود پروژه 2 ميليارد دلاري مايع‌سازي زغال سنگ شنهوان (Shenhuan) كه از فناوري نانوكاتاليزوري آمريكا استفاده مي‌كند بتوانند به عنوان يك روش اقتصادي قابل رقابت با ديگر روش‌ها در توليد سوخت مطرح شود.
تأثير كليدي فناوري نانو در اين بخش از انرژي، بهبود كارآمدي واكنش‌ها و كنترل فرآيند به شيوه نانوساختارسازي است. به اين ترتيب به ازاي يك حجم معين، سطح بيشتري در معرض كاتاليزوري كه روي آن ريخته شده قرار مي‌گيرد، در نتيجه باعث افزايش سرعت واكنش‌ها مي‌شود. البته اين كار به اين سادگي هم نيست و لازم است مواد واكنش‌گر با سرعت مناسب، خود را به سايت‌هاي كاتاليزوري برسانند. انجام اين كار متضمن آن است كه ساختارهاي ما داراي تركيبي از مقياس‌ها باشد. اما ايجاد چنين ساختارهاي بزرگ و مجتمعي آن هم به شيوه از پايين به بالا (bottom up) كاري است كه تنها در حوزه فناوري نانو قابل انجام است.
از ديگر كاربردهاي فناوري نانو در حوزه نفت، گاز و انرژي به ايجاد سيستم‌هاي احتراقي پيشرفته و پيل‌هاي سوختي؛ استفاده بهينه از انرژي خورشيدي؛ پيشرفت‌هاي اساسي در زمينه نانوساختارهاي نيمه هادي و مواد هادي الكترون؛ استفاده از سراميك‌ها و نانوبلورهاي فلزي در فناوري حفاري، توليد نانوكامپوزيت‌ها، بازدهي بيشتر سوخت مصرفي خودرو، استفاده از نانوساختارهاي آئروژل (aerogels)، مبتني بر روش‌هاي سل ژل (sol -gel) به صورت لايه‌هاي عايق؛ بهبود ديودهاي گسيل نور (LED) با طراحي نانو؛ به كارگيري سوخت‌هاي تجديد‌پذير و غيره را نام برد كه هر يك مي‌توانند آغاز تحولي عظيم در توليد، انتقال، توزيع و مصرف انرژي باشند.
* نانوحسگرها در لرزه‌نگاري بهتر
با ايجاد انفجار در نقاط مختلف روي زمين و ثبت لرزه‌هاي ايجاد شده، ساختار كلي لايه‌هاي زمين و مخزن به دست آورده مي‌شد. اين فرآيند بر اساس تفاوت سرعت حركت صوت در لايه‌هاي مختلف انجام مي‌گيرد. لرزه‌نگاري به صورت يك بعدي، 2 بعدي و 3 بعدي انجام مي‌شود. لرزه‌نگاري 4 بعدي همان لرزه‌نگاي 3 بعدي است كه در زمان‌هاي مختلف انجام مي‌شود. از اين طريق مي‌توان تشخيص داد كه لايه‌هاي مختلف، حاوي گاز، نفت يا آب هستند.
ايجاد نانوحسگرهاي جديد براي ثبت لرزه‌ها به صورت دقيق‌تر و پربازده‌تر توانسته است اين قسمت از بخش صنايع بالادستي نفت را متحول كند چرا كه امكان وارد كردن نانوسنسورها در لايه‌هاي مختلف زمين و ثبت لرزه‌ها از موقعيت‌هاي متنوع‌تر به وجود آمده است. نانوتكنولوژي مي‌تواند علاوه بر پيشرفت فوق با نانوساختار كردن ژئوفون‌ها به عملكرد سريع و ثبت اطلاعات صوتي دقيق‌تر منجر شود.
شركت انگليسي British Petroleum و شركت هلندي - انگليسي Shell در فرانسه براي كشف و استخراج ميدان‌هاي جديد نفت و گاز از تكنولوژي‌هاي نانو در تصويربرداري لرزه‌اي و لرزه‌نگاري 4 بعدي استفاده مي‌كنند.
شركت آمريكايي Input/Output Inc از MEMS و Micro&Nano Electro Mechanical System) NEMS) براي تهيه داده‌هاي لرزه‌نگاري چاه‌هاي نفت و گاز استفاده مي‌كند. اين ابزار، داده را به صورت دقيق‌تر و كم حجم‌تر از ژئوفون‌هاي معمولي ثبت مي‌كند.
* توليد نانوحسگرها در نمودارگيري دقيق‌تر از چاه
در اين روش ابتدا در آزمايشگاه، پرتوهاي مختلفي نظير گاما، ايكس، نوترون و همچنين انواع مختلف امواج صوتي و ميدان‌هاي مغناطيسي يا الكتريكي در مقابل ليتولوژي‌هاي مختلف اعمال مي‌شود و بازتابيش‌هاي مربوطه ثبت شده (كاليبراسيون) و نمودارهاي مربوط رسم مي‌شود. سپس ابزار نمودارگيري در ميدان نفتي يا گازي درون يك چاه رانده شده و فرآيند تاباندن پرتوها، امواج و ميدان‌ها و ثبت بازتابش‌ها صورت مي‌پذيرد. نهايتا از مقايسه نمودارهاي به دست آمده با نمودارهاي استاندارد جنس لايه‌ها (ليتولوژي) تعيين مي‌شود. همچنين با استفاده از تئوري‌ها، تخلخل و درجه اشباع سيالات نيز به دست آورده مي‌شود. براي به دست آوردن مقادير صحيح از نمودارهاي گرفته شده در چاه اصلاحات مختلفي انجام مي‌شود.
در اين قسمت، از نانوسنسورها براي تحليل پرتوها به طور دقيق و به خاطر سطح ويژه بالاي آنها، از تحليل پرتوها در همه جهات استفاده مي‌شوند. اين نانوسنسورها علاوه بر اين كاركرد، وظيفه تعيين جنس لايه‌ها و تضمين خواص سيال را نيز خواهند داشت. به نظر مي‌رسد كه چون بخشي از نمودارگيري از چاه مربوط به بررسي تخلخل‌ها مي‌شود مي‌توان با استفاده از يك سري نانوپودرها با وارد كردن در مخزن و دانستن تعداد و سطح ويژه آنها ميزان تخلخل مواد و سنگ‌هاي چاه را تخمين زد؛ البته با دقتي بسيار بالاتر از روش‌هاي پيشين، مي‌توان نانوسنسورها را به عمق‌هاي بيشتري درون سازنده‌ها رسانده شوند و تحليل‌هاي فوق را در نقاط متنوع‌تري به انجام رسانيد.
اين سنسورها به علت مزايايي نظير اندازه كوچك، ايمني در قبال تداخل الكترومغناطيسي، قابليت كارايي در فشار و دماي بالا و محيط‌هاي دشوار، در صنعت نفت مورد توجه بسيار قرار گرفته‌اند. سنسورهاي جديد از نظر توليد بسيار مقرون به صرفه هستند. محيط‌هايي نظير تأسيسات و پالايشگاه‌هاي نفتي كه سنسورهاي هيدروژن از كاربردهاي ويژه‌اي برخوردار هستند، مي‌توانند بسيار آلوده و كثيف باشند. نانوتيوب‌هاي تيتانيا داراي يك مقاومت الكتريكي برگشت‌پذير هستند به طوري كه اگر هزار قطعه از آنها در برابر يك ميليونيم اتم هيدروژن قرار بگيرند، مقاومت الكتريكي آن در حدود يك 100 ميليون درصد افزايش مي‌يابد. خواص فوتوكاتاليستي نانوتيوب‌هاي تيتانيا مي‌تواند آلودگي‌هاي ايجاد شده تحت تابش اشعه ماوراء بنفش را به طور قابل توجهي از بين ببرد تا اينكه سنسورها بتوانند حساسيت اصلي خود نسبت به هيدروژن را حفظ كنند.
محققان در آزمايشگاه فوتونيك دانشگاه صنعتي ويرجينيا در حال توليد يك سري نانوسنسورهاي قابل اعتماد و ارزان از فيبرهاي نوري جهت اندازه‌گيري فشار، دما، جريان نفت و امواج اكوستيك در چاه‌هاي نفت هستند. اين سنسورها به علت مزايايي نظير اندازه كوچك، ايمني در قبال تداخل الكترومغناطيسي، قابليت كارايي در فشار و دماي بالا و همچنين محيط‌هاي دشوار مورد توجه بسيار قرار گرفته‌اند. از همه مهم‌تر اينكه امكان جايگزيني و تعويض سنسورهاي متداول جريان بدون دخالت در فرآيند توليد نفت ميليون‌ها دلار هزينه در پي دارد. سنسورهاي جديد از نظر توليد بسيار مقرون به صرفه بوده و اندازه‌گيري دقيق‌تري ارائه مي‌دهند.
در اين رابطه ژانگ و همكاران در دانشگاه تاين جين چين، يك نوع جديد از نانوسنسورهاي فشاري براي اندازه‌گيري خواص چاه نفتي را اختراع كرده‌اند.
