تطبيقات تكنولوجيا النانو في مجال الإضاءة والطاقة والإستشعار .. فكرة طلاء الطاقة

1. تطبيقات تكنولوجيا النانو في مجال الإضاءة Nanotechnology in Lighting.

1.1. إضاءة النانو LED

يَستخدام (Light-Emitting Diodes) LED إسلوب الإضاءة القائم على فكرة الإنبعاث الثنائى الصمام للضوء, والتي تعتمد فكرتها علي مصدر ضوئي مصنوع من مواد نانوية تبعث الضوء حينما يمر خلاله تيار كهربائي، ويصل مقياسها إلى 5مم.

2.1. أضاءة النانو OLED

تستخدم OLED (Organic Light-Emitting Diodes) فكرة الانبعاث العضوى الثنائى الصمام للضوء الأكثر تطوراًوالمتعدد الاستخدامات. وهي إحدى صور تكنولوجيا النانو التي تحقق وفراً كبيراً في إستهلاك الطاقة وتساعد على التعامل مع الإضاءة على أنها أداة تصميمية. 

تصنع OLED على هيئة طبقات من أفلام من المركبات العضوية الباعثة للضوء على مقياس النانو كما بالشكل (2)، وبالتالي يمكن تطبيقها على أي سطح لجعله مصدراً ضوئياً كما يمكن أن يكون شفافاً، مثل إستخدامها في النوافذ لتعمل كمصدر ضوء يحاكي ضوء النهار ليلاً كما بالشكل (3).

شكل (2) استخدام OLED في واجهات المباني شكل (3) استخدام OLED في الأغشية الرقيقة لتوليد الطاقة الشمسية

كما يمكن استخدمها في تطبيقات عديدة لدعم مبادئ العمارة الخضراء في الغلاف الخارجي للمبنى ومن أهمها توليد الطاقة الشمسية .

وقد استخدمت إضاءة النانو OLED في غلاف مبنى Urban Tiles, حيث يعمل المبنى بإستخدام تقنية جديدة تعتمد في الأصل على تكنولوجيا النانو وهي تقنية Marzan's Tiles، وهي عبارة عن بلاطات ذات جانبين الأول منها يعمل كلوحة ضوئية تجمع الطاقة الشمسية خلال النهار، والثاني ضوء OLED الذي يستخدم الطاقة الشمسية المخزنة نهاراً لإلقاء الضوء على المبنى ليلاً كما يوضح شكل (4)، (5).

ومما سبق يمكننا الوقوف على فوائد إستخدام إضاءة النانو بغلاف المبنى من حيث دعم العمارة الخضراء والتي تشمل مايلي:

- دعم الترشيد في إستهلاك الطاقة.

- المرونة في التصميم.

- الأداء عالي مع تكلفة منخفضة.

2. تطبيقات تكنولوجيا النانو في مجال الطاقة Nano Energy

إن إستغلال تكنولوجيا النانو في مجال الطاقة من شأنه أن يغير من الإعتماد على مصادر الطاقة التقليدية إلى مصادر بديلة متنوعة وغير ضارة بالبيئة مثل الخلايا الشمسية Solar cells. بالإضافة إلى أن تكنولوجيا النانو تؤدي دور كبير في إستغلال الطاقات النظيفة المتولدة من طاقة الرياح والطاقة الحرارية الأرضية.

 كما أن تكنولوجيا النانو تدعم الإستفادة الكاملة والفعالة من الطاقة الهيدروجينية (وذلك بإستخدام مواد نانوية جديدة تتميز بشراهتها البالغة فإمتصاص غاز الهيدروجين وتخزينه.

1.2. وحدات توليد الطاقة Energy Generation with BIPV

في خطوة أبعد من خطوة الحد من إستهلاك الطاقة طورت تكنولوجيا النانو ألواح شمسية ضوئية رقيقة، تعمل كخلايا شمسية تولد الكهرباء بشكل فعال، حيث يمكن تطبيقها على الواجهات والأسقف بدلاً من الواجهات الزجاجية الصلبة.

مما يدعم دمج توليد الطاقة بالخلايا الشمسية مع واجهة المبني، بهدف تحقيق الكفاءة في الطاقة مع إعطاء المظهر المطلوب للمبنى دون الحاجة لمساحة مخصصة لها كما كان الحال في الخلايا الشمسية التقليدية، ويتم إنتاج هذه الأفلام على هيئة رولات من بلاستيك النانو المرن, كما يوضح الشكل (6).

شكل (6) الفرق بين الخلايا الشمسية التقليدية وخلايا النانو الشمسية  وقد استخدمت إضاءة النانو وحدات توليد الطاقة في غلاف مركز Tanjong Pagar, كما يوضح الشكل (7).

شكل (7) استخدام تقنية النانو BIPV في برج Tanjong Pagar Centre

2.2. طلاء الطاقة Energy Coating 

على غرار طريقة إمتصاص النباتات لأشعة الشمس وتحويلها إلى طاقة كيميائية لتغذية النبات، يمتص طلاء الطاقة الضوء من الشمس والضوء الداخلي ويحوله إلى طاقة كهربائية.

يتم إنتاج طلاء الطاقة النانوي عن طريق حقن صبغة من ثاني أكسيد التيتانيومTiO2؛ لتمتص الطاقة من كلاً من الشمس بالاماكن المفتوحه أوالضوء بالأماكن المغلقة، وتنطلق هذه الطاقة الضوئية عبر ثاني أكسيد التيتانيوم وسلسلة من الأقطاب الكهربائية، ومن ثم تحول إلى طاقة كهربائية.

 ويعتبر المُكون الرئيسي لطلاء الطاقة هو Konarka والذي يتم إستخدامه في تطويروتصنيع بلاستيك الطاقة النانوي وهو غيرمكلف وخفيف الوزن ومرن ومتنوع.

3. تطبيقات حساسات ومستشعرات النانو Nano Sensors

تعتبر حساسات النانو من أهم تطبيقات تكنولوجيا النانو، حيث يمكن دمجها داخل خامات المبنى بهدف تجميع المعلومات والبيانات من البيئة المحيطة ومن مستخدمى المكان. 

بل أنها يمكنها التفاعل مع المستخدم ومع الحساسات الأخرى، ليصبح المبنى في هذه الحالة مكوناً من شبكات من المكونات الذكية التفاعلية والتى تجمع بيانات عن درجات الحرارة والرطوبة ومستوى الإجهاد والعديد من العوامل والمؤثرات التى يمكن قياسها. 

تمثل هذه المعلومات اهميه كبيرة  في تحسين ومراقبة اداء المبنى لوظائفه، وفى كيفية ترشيد إستهلاك الطاقة داخل المبنى. 

فعلى سبيل المثال: فإن أنظمة التحكم فى بيئة المبنى يمكن أن تتعرف على المستخدم وتقوم بضبط الحرارة طبقاً لذلك. وبالمثل فإن النوافذ يمكن أن تتحكم ذاتياً فى درجة إنعكاسها لأشعة الشمس أو فى درجة السماح بمرور أشعة الشمس من خلالها، كما أن كل شئ بدءاً من درجة حرارة الغرفة وصولاً إلى ألوان الحوائط يمكن تحديده بناء على التواصل السلبى بين الحساسات.

1.3. حساسات النانو لرصد ملوثات الهواء

تؤدي هذه الحساسات مهامها في رصد وإكتشاف الملوثات والغازات الضارة في الهواء بأقل إستهلاك للطاقة، ومن أشهر أنواعها:

1.1.3. حساسات أنابيب النانو كربون

تُستخدام أنابيب النانو كربون في صناعة هذه الحساسات وأجهزة الأستشعار مما يعطيها فعالية أعلى، كما يمكن تغطية الأسطح الخارجية للأنابيب الكربونية برقائق من أنواع البوليمر المختلفة لمعرفة نوع الملوثات.

2.1.3. حساسات النانو الصلبة Solid State Nano sensors

تعتبر حساسات النانو الصلبة هي الأنسب للإستخدام في رصد ملوثات الهواء، وتستخدم في المباني من خلال ربطها بالأجهزة اللاسلكية بنظم المعلومات الجغرافية GIS(Geographic information system) ويتكامل هذه الجهاز المحمول الذي يحتوي على حساسات نانوية لتحقيق المتابعة اللحظية للتلوث الجوي عن طريق ربطه بالكمبيوتر الشخصي PDA (Personal Digital Assistant) بواسطة البلوتوث ونظم تحديد المواقع GPS (Global Positioning System).

كما يتوقع تطوير مُركبات تتحكم في البيئة الداخلية للمسكن بذكائها الذاتي وباستخدام حساسات مطورة بتقنيات النانو تعمل بطريقة تفاعلية مع بقية الأجهزة والمعدات للعمل على تنقية الهواء، وضبط درجة حرارة الفراغات والمياه، ومستوى الرطوبة الداخلية في المسكن، وكمية الإضاءة المطلوبة، وكذلك بحسب تغير الساعات على مدار اليوم والليلة، واختلاف الفصول على مدارالعام. كما يتوقع تطويرحساسات لمراقبة اهتزاز المبنى والتآكل وغيرها من الأضرار.

المراجع العلميه