قطب علمی مواد نانوساختار: کاربرد انرژی پاک

توجیه برنامه و ضرورت اجرای آن و ذکر اسناد بالادستی و اولویت‌های کشور

بر اساس نقشه جامع علمی کشور، بحث انرژی‌های پاک و تجدیدپذیر جزء اولویت‌های "الف" در بخش علم و فناوری کشور مطرح شده است. یکی از مهمترین رویکردها برای دستیابی به انرژی‌های پاک و ارزان قیمت بهره‌گیری از مواد نانوساختار است. بر اساس «سند ملی راهبرد انرژی کشور» از مهمترین چالش‌ها و تنگناهای بخش انرژی کشور می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

1. بالا بودن شدت انرژی و پایین بودن بهره‌وری انرژی در ایران در مقایسه با کشورهای همتراز

2. محدودیت دسترسی به تکنولوژی‌های نوین

3. سهم ناچیز انرژی‌های تجدیدپذیر و پاک در سبد انرژی کشور

4. ورود و تولید محصولات کم بازده و پرمصرف انرژی

5. بالا بودن نرخ انتشار گازهای آلاینده هوا (شامل آلاینده‌های گازی و ذره‌ای) ناشی از رشد بی‌رویه مصرف انرژی و به کارگیری تکنولوژی‌های قدیمی و انرژی‌بر در بخش‌های صنعتی، تجاری و خانگی

6. افزایش میزان انتشار گازهای گلخانه‌ای ناشی از مصرف بیش از حد انرژی و بالا بودن شدت انرژی، در نتیجه افزایش نامطلوب رتبه ایران در تقسیم‌بندی جهانی به عنوان یکی از کشورهای تولیدکننده گازهای گلخانه‌ای و لزوم کاهش آن‌ها بر اساس تعهدات از 4 تا 8 درصد

7. فقدان مطالعه یکپارچه و جامع انرژی کشور

بدین سبب افزایش خوداتکایی در توسعه و کاربرد فناوری‌های پیشرفته با دانش بنیان نمودن حوزه انرژی و تنوع بخشی اقتصادی سبد انرژی کشور جزء اهداف کلان بخش انرژی به حساب می‌آید؛ که در این میان کاهش بازیافت و نیز هدرروی در تولید و مصرف انرژی با رعایت ملاحظات و استانداردهای زیست محیطی نیز جزو راهکارهای اساسی به شمار می‌رود. با در نظر گرفتن این ملاحظات، بهره‌گیری از فناوری انرژی‌های تجدیدپذیر و دوستدار محیط زیست و کاهش میزان انتشار گازهای گلخانه‌ای و آلاینده‌های ناشی از تولید، انتقال و مصرف حامل‌های انرژی جزو راهبردهای کلی بخش انرژی در «سند ملی راهبرد انرژی کشور» درنظر گرفته شده‌اند.

رویکرد استفاده از مواد نوین در جهت دستیابی به سیستم‌های تولید انرژی با پایداری بالا، متشکل از مواد وافر و سازگار با محیط زیست و نیز ارزان قیمت است. با عنایت به این امر و سابقه فعالیت از سال 1384 در حوزه نانوساختارها در دانشگاه صنعتی شریف، "قطب علمی نانوساختارها با کاربرد انرژی پاک" در نظر دارد تا با همسو نمودن اعضاء هیأت علمی دانشکده‌های مختلف علوم و مهندسی در دانشگاه و بهره‌گیری از تجارب آن‌ها، فضای مناسبی را برای هم‌افزایی و تحقق حرکت علمی کشور در راستای اهداف قطب‌های علمی فراهم نماید. این قطب با پشتوانه پژوهشکده علوم و فناوری نانو دانشگاه در نظر دارد تا توانمندی‌ها و سوابق علمی موجود در زمینه نانوساختارها را در حوزه انرژی‌های پاک کاربردی کند.

بر اساس مباحث مطرح شده در سند راهبردی انرژی کشور و نیز در نظر گرفتن حوزه‌های تخصصی افراد، امکانات و نیز انباشت دانش در این حوزه این قطب در نظر دارد تا با ساخت و معرفی مواد نوین نانوساختار به طور جامعی در بخش تولید، ذخیره‌سازی، شناسایی و حذف آلاینده‌ها فعالیت داشته باشد. طرحواره مربوط به فعالیت در نظر گرفته شده برای قطب علمی نانوساختارها با کاربرد انرژی پاک در شکل زیر آمده است.

طرحواره مربوط به فعالیت در نظر گرفته شده برای قطب علمی نانوساختارها با کاربرد انرژی پاک

 اهداف کلی قطب علمی نانوساختارها با کاربرد انرژی پاک

الف) دستيابی به دانش نوین و توليد علم و اعتلای موقعيت علمی کشور با گسترش مرزهای دانش در حوزه مواد نانوساختارها با کاربرد انرژی‌های پاک

ب‌) تربيت متخصصين تراز اول مورد نياز کشور در حوزه انرژی‌های پاک با ارائه آموزش‌های تخصصی با جهت‌دهی بر روی  نيازهای اساسی کشور

ج) ايجاد محيط مناسب برای شکل‌گيری و انجام تحقيقات پويا و ميان‌رشته‌ای با ايجاد زيرساخت‌های لازم جهت مديريت هدفمند تحقيقات

د‌) ارتباط علمی متقابل با مراکز علمی ملی و بين‌المللی فعال در زمينه انرژی‌های پاک برپایه نانوساختارها

ه‌) جذب پژوهشگران فعال در حوزه مواد نانوساختارها در داخل و خارج از کشور

اهداف جزئی قطب علمی نانوساختارها با کاربرد انرژی پاک

ساخت، مشخصه‌یابی و شبیه‌سازی مواد و سیستم‌های نوین نانوساختار جهت استفاده در کاربردهای ذیل:

الف) تولید انرژی از سلول‌های خورشیدی نانوساختار

ب) تولید انرژی از نانوژنوراتورهای تریبوالکتریک

ج) تولید سوخت پاک اکسیژن و هیدروژن از انرژی‌های تجدیدپذیر

د) ذخیره‌سازی انرژی با ساخت ابرخازن‌ها

ه) شیرین‌سازی و رفع آلاینده‌های آب

و) ساخت حسگرهای نانوساختار مورد نیاز برای شناسایی آلاینده‌ها در فرآیندهای فوق

دستاوردهای مورد نظر برنامه با توجه به اهداف آیین نامه تشکیل قطب علمی

• به دست آوردن دانش فنی ساخت مواد دوبعدی و مطالعه خواص جدید نوری و الکتریکی آن‌ها

• ساخت جوهرهای پایدار و مناسب از مواد نیمه هادی که قابلیت چاپ داشته باشند و جایگزینی مواد وارداتی انتقال دهنده الکترون و حفره با نمونه‌های ساخته شده

• تولید چاپگر برای تولید سلول‌های خورشیدی نانوساختاری قابل چاپ

• توسعه مواد و سیستم‌های تولید و مشخصه‌یابی سلول‌های خورشیدی

• ساخت سلول خورشیدی نانوساختار و یا لایه نازک چاپ شده در ابعاد مینی ماجول

• استفاده از نانوژنوراتورهای تریبوالکتریک به عنوان منبع تولید انرژی نانو/میکرو براي قطعات الکترونیکی کوچک و قابل حمل و نقل

• استفاده از نانوژنوراتورهای تریبوالکتریک به عنوان انواع مختلف حسگرهای خودمولد

• استفاده از نانوژنوراتورهای تریبوالکتریک به عنوان فرستنده بدون سیم

• ایجاد توانمندی در زمینه تهیه و توسعه سیستم‌های الکترودی نانوساختار با رفتار الکتروشیمیایی مطلوب جهت کاربرد در ابرخازن‌های هیبریدی و نیز به عنوان الکترود کار در پیل‌های سوختی هیدروژن/اکسیژن یا پیل‌های سوختی اکسایش مستقیم الکل‌ها

• فابریکه نمودن الکترودهای مثبت و منفی کارآمد جهت کاربرد در سیستم‌های تولید و ذخیره انرژی پاک و پایداری الکتریکی در ادوات ذکر شده

• توانایی بستن سیستم‌های ابرخازن‌های هیبریدی کارآمد (به صورت متقارن و نامتقارن) با ساختار فیزیکی مناسب جهت کاربرد در نیازهای روزانه جامعه مانند خودروهای هیبریدی، وسایل الکترونیکی در مراکز درمانی و بیمارستانی و نیز وسایل الکترونیکی قابل حمل (لپ تاپ، تبلت و گوشی تلفن همراه)

• ایجاد توانمندی در کشور جهت فابریکه نمودن سیستم‌های ابرخازن هیبریدی کارآمد با چگالی انرژی و توان مطلوب ایجاد فنی دستگاه‌های تصفیه آب و پساب

• کسب دانش فنی حسگرهای مورد نیاز برای تجهیزات فوق

• گسترش مرزهای دانش و افزایش سهم کشور در تولید، در زمینه سیستم‌های الکتروشیمیایی تولید و ذخیره انرژی با چاپ مقالات علمی وزین در ژورنال‌های معتبر علمی دنیا