Нанотехнологии являются одним из наиболее динамично развивающихся сегментов мирового рынка инновационных материалов.

Согласно оценкам отраслевых экспертов и аналитиков компании Abercade, основными перспективными сферами применения нанотехнологий являются автомобильная промышленность, доля которой в структуре потребления нанопродуктов в ближайшее время составит порядка 25%, а также здравоохранение (22%) и аэрокосмические технологии (порядка 17%).

Однако особые надежды специалисты связывают с массовым использованием нанопродуктов в сфере энергетики. Ожидается, что уже в ближайшей перспективе на энергетику будет приходиться порядка 13% мирового потребления нанопродуктов, а в обозримом будущем разработки в сфере нанотехнологий помогут совершить революционный скачок в развитии технологий получения и преобразования энергии.

 
Прогнозируемая структура мирового рынка нанотехнологий

 

 

Одной из ключевых областей использования нанотехнологий в энергетике будет являться создание батарей нового поколения.

Основные исследования в данной сфере сегодня сконцентрированы на решении задач повышения плотности энергетического потока, снижения продолжительности  цикла зарядки батарей, уменьшения их габаритов и веса, а также повышения безопасности и стабильности работы.

Стратегической задачей является разработка батарей высокой емкости, которые позволят обеспечить пробег электромобилей на длительные дистанции, а также смогут гарантировать более экономичные режимы работы возобновляемых источников энергии, таких как солнечные батареи и ветроэнергетические установки путем аккумулирования избытков энергии.

Не менее перспективным направлением применения нанотехнологий в энергетике является создание суперконденсаторов, обладающих высокой электрической емкостью.

Основными видами нанопродуктов, которые в ближайшей перспективе найдут широкое применение для изготовления наноконденсаторов, будут являться углеродные нанотрубки и нанопорошки.
 
Таблица 1
Жизненный цикл основных нанопродуктов в 2006-2020 гг.

                        

 

Таблица 2
Стоимость некоторых нанопродуктов период до 2014 года

 

 

Таблица 3 
Объем мирового  рынка некоторых нанопродуктов в период до 2014 года

 
Создание и коммерциализация принципиально новых источников электроэнергии – топливных ячеек является еще одной важной сферой применения нанотехнологий. Оценки ведущих исследователей в этой области позволяют утверждать, что использование наноматериалов позволит снизить стоимость их ключевого элемента – катализатора, - как минимум на 50%, что будет являться определяющим шагом на пути их массового коммерческого использования.
Не менее значительные рыночные перспективы для производителей наноматериалов открываются и в сегменте солнечной энергетики.

В настоящее время для изготовления порядка 90% выпускаемых в мире солнечных батарей используется монокристаллический и поликристаллический кремний. Это привело к появлению существенного дефицита кремния на рынке в последние годы и, как следствие, - к росту стоимости кремниевых пластин.

Возможным способом решения этой проблемы является развитие солнечной энергетики, основанной на использовании тонкопленочных солнечных батарей, в производстве которых сможет найти применение широкий спектр продуктов наноиндустрии.

Развитие исследований в сфере нанотехнологий будет также способствовать решению серьезной технической проблемы аккумулирования значительных объемов водорода, что, в свою очередь, поможет совершить качественный скачок в технологиях создания компактных экологически чистых источников энергии для различных нужд, в первую очередь транспорта. В этой области уже сегодня активное применение находят углеродные нанотрубки, нанокристаллический магний, а также наноорганические соединения с пористой структурой.

Ключевым фактором, который оказывает наибольшее влияние на внедрение нанотехнологий в сфере энергетики, является существенное снижение стоимости наноматериалов в последние годы. Предполагается, что данная тенденция продолжиться и в ближайшем будущем.

Вместе с тем, массовое внедрение нанотехнологий в энергетике на данном этапе развития техники сдерживается рядом существенных препятствий:

• ограниченный срок службы многих нанопродуктов, недостаточный для их коммерческого использования;
• значительные размеры (в частности, для суперконденсаторов);
• высокие затраты;
• невысокая энергетическая эффективность для рядя технологий по сравнению с традиционными решениями;
• технологические трудности в организации массового производства нанопродуктов;
• необходимость обеспечения должной химической чистоты нанопродуктов.

Однако очевидным является факт, что данные затруднения носят временный характер и связаны в первую очередь с началом жизненного цикла большинства из рассматриваемых продуктов. Указанные недостатки могут быть преодолены уже в самое ближайшее время в случае обеспечения должного уровня финансирования инновационных проектов в сфере применения нанотехнологий в энергетике.