Τα νανοσωματίδια βρίσκονται στην πρώτη γραμμή της επιστήμης των υλικών. Διαθέτουν εξειδικευμένες ιδιότητες που τα καθιστούν εξαιρετικά στην απορρόφηση τους φωτός σε ηλιακούς συλλέκτες, στον καθαρισμό λυμάτων και στην στοχευμένη παράδοση φαρμάκων σε όργανα του ανθρώπινου οργανισμού με μεγάλη ακρίβεια.
Ορισμένα νανοσωματίδια έχουν τη μορφή φύλλων ή ινών. Αλλά όλα τα νανοϋλικά έχουν ένα κοινό χαρακτηριστικό: η δομή τους περιέχει δομικά στοιχεία με διαστάσεις σε κλίμακα νανομέτρων, η οποία είναι πάνω από 10.000 φορές μικρότερη από το πλάτος μιας ανθρώπινης τρίχας. Έρευνες δείχνουν ότι τα νανοϋλικά συχνά αποδίδουν καλύτερα από τα ίδια υλικά που κατασκευάζονται σε μεγαλύτερη κλίμακα. Έχουν τεράστιες δυνατότητες, αλλά, επί του παρόντος η παραγωγή τους μπορεί να οδηγήσει σε αρνητικές περιβαλλοντικές επιπτώσεις λόγω της παραγωγής ή χρήσης επικίνδυνων χημικών ουσιών.
Η χρήση των νανοϋλικών με βιώσιμο τρόπο, θα βοηθήσει την ανάπτυξη νέων τεχνολογιών και θα βελτιώσει τις υπάρχουσες. Αυτό έχει πλεονεκτήματα για πολλές εφαρμογές, συμπεριλαμβανομένης της αεροδιαστημικής, των ηλιακών συλλεκτών και των ηλεκτρονικών συσκευών.
Το νανοϋλικά πυριτίας είναι ήδη παντού γύρω μας, αλλά μάλλον δεν το συνειδητοποιούμε καν. Η πυριτία (SiO2), μια ένωση που περιέχει πυρίτιο και οξυγόνο, βρίσκεται συνήθως σε πετρώματα. Είναι ένα από τα πιο μαζικά παραγόμενα νανοϋλικά παγκοσμίως, με μία αγορά της τάξης των 18,3 δισ. δολαρίων το 2023 και αναμενόμενο μέο ετήσιο ρυθμό ανάπτυξης 8,2% έως το 2030.
Η νανοπυριτία χρησιμοποιείται στην κατασκευή αντικειμένων που χρησιμοποιούνται καθημερινά. Παραδείγματα εφαρμογών αποτελούν η βελτίωση της αντοχής του σκυροδέματος και η βελτίωση της ανθεκτικότητας των ελαστικών από καουτσούκ, καθώς και η ενίσχυση των καθαριστικών ιδιοτήτων και της συνοχής μίας οδοντόκρεμας. Τα νανοϋλικά πυριτίας μελετώνται για χρήση σε εφαρμογές υψηλής σημαντικότητας, όπως η φαρμακευτική και η επεξεργασία λυμάτων.
Ενώ τα προϊόντα πυριτίας μπορεί να είναι εξαιρετικά, ο τρόπος παραγωγής τους συχνά δεν είναι περιβαλλοντικά φιλικός ή οικονομικά βιώσιμος. Η παραγωγή είναι το κλειδί για τη συνολική βιωσιμότητα του προϊόντος, αλλά συχνά είναι αόρατη στους καταναλωτές. Ως εκ τούτου, είναι μια πτυχή που οι περισσότεροι άνθρωποι εξετάζουν πολύ λιγότερο από, για παράδειγμα, το αν κάτι είναι ανακυκλώσιμο.
Η παραγωγή πυριτίας απαιτεί συχνά διαδικασίες έντασης ενέργειας ή παράγει απόβλητα τα οποία είναι δύσκολο να απορριφθούν με ασφάλεια. Η προσπάθεια μείωσης του περιβαλλοντικού αποτυπώματος για τις υπάρχουσες διαδικασίες παραγωγής δεν είναι αρκετή. Η ανάπτυξη νέων μεθόδων παραγωγής είναι ύψιστης σημασίας για τη διασφάλιση ότι οι νέες τεχνολογίες, όπως οι πιο προηγμένοι ηλιακοί συλλέκτες, μπορούν να έχουν μεγάλη σημαντικότητα και μικρότερο αντίκτυπο στο περιβάλλον.
Μια πιο πράσινη προσέγγιση στη χημεία
Στόχος της συνεχιζόμενης έρευνας είναι η παραγωγή καλύτερων νανοϋλικών για σημαντικές εφαρμογές, λαμβάνοντας παράλληλα υπόψη τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις σε κάθε στάδιο της ζωής ενός νανοϋλικού, από τις πρώτες ύλες έως τη χρήση και την απόρριψη του προϊόντος και τυχόν υποπροϊόντων. Αυτή η προσέγγιση είναι γνωστή ως «πράσινη χημεία», μια ιδέα που αναπτύχθηκε το 1998 και που έχει χρησιμοποιηθεί για την ανάπτυξη στρατηγικών για πιο πράσινη παραγωγή και διαχείριση νανοϋλικών.
Τα νανοϋλικά πυριτίας ταιριάζουν στην προσέγγιση της πράσινης χημείας επειδή παράγονται στη φύση από φυτά και σφουγγάρια ως δομική υποστήριξη. Η ερευνητική ομάδα Green Nanomaterials Research Group στο πανεπιστήμιο του Sheffield δημιούργησε νανοπυριτία βιολογικής έμπνευσης, ένα προϊόν που μπορεί να παρασκευαστεί σε θερμοκρασία δωματίου και σε ήπιες συνθήκες κατ'αντιστοιχία με εκείνες όπου η πυριτία παράγεται στη φύση μέσω βιολογικών διεργασιών.
Επί του παρόντος, η συγκεκριμένη ερευνητική ομάδα κλιμακώνει την παραγωγή πυριτίας βιολογικής έμπνευσης, διερευνά τη χρήση της σε διάφορες εφαρμογές και παράγει διαφορετικά νανοϋλικά. Παράλληλα, διερευνά πώς η αλλαγή των συνθηκών υπό τις οποίες παράγεται η πυριτία μπορεί να βελτιώσει τις ιδιότητες της, όπως η επιφάνεια του υλικού, οι οποίες μπορεί να οδηγήσουν στην καλύτερη απόδοση της σε διάφορες εφαρμογές.
Υπάρχει τεράστιο περιθώριο για τα πράσινα νανοϋλικά να βελτιώσουν ουσιώδεις για τη σύγχρονη ζωή τεχνολογίες, και εάν η πράσινη πυριτία μπορούσε να παραχθεί σε εμπορική κλίμακα, οι δυνατότητες ουσιαστικής αλλαγής στους τομείς εφαρμογής της, είναι τεράστιες.
Με πληροφορίες από theconversation.com
