Revoluce v energii a nanotechnologii přichází

Již brzy možná nastane zcela nová éra lidstva díky levné a efektivní energii a pokrokům v oblasti nanotechnologií. Co se vlastně děje?
Revoluce v energii a nanotechnologii přichází
Kapitoly článku

Slunce

Ve srovnání vesmírných těles je to zakrslý trpaslík, v porovnání s naší Zemí je však 1,3 milionkrát větší. Slunce je jednoduše hmota ve stavu plazmatu (termojaderná fúze před 4,6 miliardami let zažehla díky postupnému hromadění vesmírných částic a vysokým tlakům uvnitř hmoty – došlo ke sloučení/fúzi jader), na které tím pádem probíhá neustálá termojaderná fúze, kdy se každou sekundu přemění 700 milionů tun vodíku na 695 milionů tun hélia a zbytek je tak přeměněn na energii elektromagnetického záření (a trochu neutrin). Za svou dobu již spotřebovalo polovinu „paliva“, ale není třeba obav, k přeměně druhé poloviny bude ještě zapotřebí přibližně 5 až 7 miliard let. Délka „života“ se tak v případě Slunce pohybuje kolem 10 miliard let.

Klepněte pro větší obrázek
Slunce každou sekundu generuje 4×1026 W energie

Elektromagnetické záření má velmi mnoho podob, hlavní rozdělení je dle frekvencí (vlnové délky), jednoduchý přehled můžete vidět na tomto obrázku z wikipedie:

Klepněte pro větší obrázek

Jak je vidět, nižší frekvence má delší vlnovou délku a není pro organismus nebezpečná (budeme tomu raději věřit). S vyšší frekvencí a kratší délkou vlny je účinek škodlivější (vyšší energie) pro většinu organismů. Viditelné spektrum, na které jsou nastavené naše „oční snímače“ jsou určeny pro vlny s délkami 400 až 800 nm (800 až 400 THz).

Záření s kratší vlnovou délkou a tím pádem vyšší frekvencí je již pro organismy nebezpečné, v těchto extrémně slunečných dnech se tak dostatečně ochraňte před ultrafialovým zářením (UVA – 315 až 400 nm, UVB – 280 až 315 nm, UVC – 100 až 280 nm). Na zemský povrch dopadá v 99 % případů hlavně slabé UVA záření, mnohem horší UVB bývá z velké části zachyceno v ozónové vrstvě. Ta však není úplně dokonalá a tak nějaké to zhoubné UVB propustí, což může na lidském těle způsobit například rakovinu kůže, poškodit nervová zakončení v oku a podobně.

Klepněte pro větší obrázek

Aktuální stav UVB záření naleznete například na serveru Českého hydrometeorologického ústavu. V těchto dnech, kdy je UV index kolem průměrné hodnoty 7 (intenzita o 2 % zvýší šanci výskytu rakoviny kůže o 3 až 6 %), se nedoporučuje vystavit kůži na přímém Slunci déle než 10 minut. Samozřejmostí je vyvarovat se špičkám (11 až 13 hodin) a u světlé kůže používat krém s faktorem minimálně 30.

Klepněte pro větší obrázek

Slunce tímto způsobem (v celém spektru elektromagnetického záření) vydává každou sekundu nepředstavitelné množství energie (4×1026 W), na povrch naší planety však dopadá pouhá miliardtina. Při plném záření Slunce dopadá na povrch Země přibližně 1 kW energie na metr čtverečný (z původních 1 367 W/m2 se část absorbuje v atmosféře nebo rozptýlí), při zatažené obloze pak přibližně desetkrát méně.

Využití takto obrovské energie je nasnadě, zatím alespoň pomocí solárních článků. Efektivita nejnovějších běžně dostupných solárních článků z křemíku (antireflexní vrstva oxidu titaničitého TiO2 způsobuje modrou barvu) je zatím kolem 8 až 9 %. Společnost SunPower se však již nyní pyšní 19,1% účinností svých solárních panelů řady E19. Jeden panel dokáže v ideálním případě dodávat až 315 W, což je vzhledem ke klesající spotřebě většiny spotřebičů už dobrý výsledek.

Klepněte pro větší obrázek

Nejnovější výzkumy za použití jiných materiálu však v laboratořích dosahují ještě vyšších hodnot, přičemž oficiální rekord se speciálními koncentrovanými solárními články (Multijunction photovoltaic cell), které dokážou využít fotony v širším spektru záření (zde je velká naděje pro pokrok) než běžné solární články, přičemž rekordní účinnost v laboratorních podmínkách je zatím kolem 42,8 %. Moderní články v podobě tenkých křemíkových filmů dosahují kolem 11% účinnosti, laboratoře po celém světě však dosahují účinnosti s křemíkem už kolem 20 až 25 %.

Klepněte pro větší obrázek 
Výzkum a efektivita různých technologií solárních článků

Výhoda je v jednoduchém přenosu energie, ze solárních článků jde elektřina přímo, neztrácí se tak různými přeměnami jako u jiných technologií.

Nanometrový „mlýn“ roztočí motor pouze pomocí světla

Výzkumníci z Berkeley (SINAM - Nano-scale Science and Engineering Center) dokázali vyrobit miniaturní kopii „mlýnu“, který sice v běžném světě funguje na principu proudícího vzduchu (větrný mlýn) nebo protékající vody (vodní mlýn), ale v nanometrovém světě si lze vystačit s málem.

Čtyřramenná konstrukce ze zlata podobná pravotočivé svastice má rozměry pouze 100 nm a za pomoci lineárního polarizovaného světla dokáže roztočit křemíkový disk, který je 4 000× větší. Efektivita přenosu světelné energie do točivého momentu je tak velmi vysoká. Velkou předností je také rotace v obou směrech dle vlnové délky světelného paprsku. Světlo s kratšími vlnami o rozměru 810 nm působí na stěny „lopatek“ a roztáčí plasmonický motor proti směru hodinových ručiček s frekvencí 0,3 Hz. Naopak paprsek světla s délkou vlny 1 715 nm působí na vnitřní prostor lopatek a roztočí nanomotor do směru hodinových ručiček. Jak to funguje, se můžete podívat na tomto názorném obrázku:

 Klepněte pro větší obrázek

Využití v budoucnosti je takřka nepřeberné. Pokud si představíte, že s využitím energie o určité velikosti roztočíte díky jednomu nanomotoru 4 000× (zatím) větší křemíkový disk, se čtyřmi nanomotory zapojenými do společné rotace je potřeba přibližně o polovinu méně energie. Škálování a efektivita je relativně neuvěřitelná. Významným použitím by mohla být také biologie, například pro rozpletení DNA šroubovice a její opětovné spletení. Samozřejmostí je také využití v solárních systémech. V budoucnu pak bude potřeba něčím napájet nanoroboty, které se postarají o opravu různých částí organismů, tělesné teplo (jedná se opět pouze o energii elektromagnetického záření v infračerveném spektru) tak mohou snadno využít pro pohon.

Vědci si s nanotechnologií už doslova „hrají“, nejnovějším případem je trojrozměrný obraz naší Země, který byl vyryt během dvou a půl minut a obsahuje v prostoru 20 nm2 přes 500 000 pixelů. Pro přehled, na zrnko soli by se tato mapa vešla více než tisíckrát. Díky těmto hrátkám je vidět hlavní pokrok, který se týká stále nižší ceny této technologie, což umožní zase o něco rychlejší vývoj, o který se postará větší počet laboratoří s nižším rozpočtem, leč mnohdy s nadějnými mozky.

Klepněte pro větší obrázek

Témata článku: Technologie, Moorův zákon, Uran, Antihmota, Temná energie, Délka života, Zdroj tepla, Revoluce, Trpaslík, Ozón, Hromadění, Slibná budoucnost, Nejnovější výzkum, Tělesné teplo, FSE, Tuna, Elektron, Vysoká energie, Záření, Oxid titaničitý, Řetězová reakce, DART, Kompresor, Elektrická energie, Světelná vlna, Televize na zeď na Mall.cz


Určitě si přečtěte

Pojďme programovat elektroniku: Rádiový čip, který má skoro každá bezdrátová myš

Pojďme programovat elektroniku: Rádiový čip, který má skoro každá bezdrátová myš

** Bezdrátové myši řídí čip od Nordic Semiconductors ** Jeho rádiové vysílače si před lety oblíbila i komunita kutilů ** Dnes si je vyzkoušíme v praxi

Jakub Čížek | 9

HTTPS byl pouze první krok. Chrome zavádí DoH, tedy šifrované DNS. Dopady mohou být obrovské

HTTPS byl pouze první krok. Chrome zavádí DoH, tedy šifrované DNS. Dopady mohou být obrovské

** Šifrovaný web je dnes už samozřejmost ** Jeden díl skládačky ale ještě chybí – DNS ** Firefox už začal a teď se na šifrované DNS chystá i Chrome

Jakub Čížek | 96

Vyzkoušeli jsme chytrou čínskou zásuvku Sonoff S26 za tři stovky. Nevyhořeli jsme

Vyzkoušeli jsme chytrou čínskou zásuvku Sonoff S26 za tři stovky. Nevyhořeli jsme

** Je sice z Aliexpressu, ale funguje ** Můžete ji ovládat hlasem přes Amazon Echo nebo Google Home ** Za tři stovky zautomatizuje menší 230V spotřebič

Jakub Čížek | 109

13 praktických tipů a triků pro Mapy.cz, které možná neznáte

13 praktických tipů a triků pro Mapy.cz, které možná neznáte

** Mapy.cz neslouží jen k zobrazení podkladů a plánování tras ** Nabízejí celou řadu dalších praktických funkcí a možností ** Vybrali jsme třináct tipů a triků, o kterých možná nevíte

Karel Kilián | 36

Nejlepší notebooky do 20 000 Kč. Tipy, co se dnes vyplatí koupit

Nejlepší notebooky do 20 000 Kč. Tipy, co se dnes vyplatí koupit

** S cenou do 20 tisíc lze vybrat solidní notebook na práci i hry ** Přenosné notebooky nabídnou i kovová těla a rychlý hardware ** Na hraní se hodí více peněz, ale na použitelný základ dvacet tisíc stačí

Tomáš Holčík, David Polesný | 47

Wi-Fi 6 konečně začíná dostávat smysl. Poradíme, jak ji využít

Wi-Fi 6 konečně začíná dostávat smysl. Poradíme, jak ji využít

** Na trh míří první levné Wi-Fi 6 routery ** Nabídka zařízení, zejména notebooků, každý den roste ** Poradíme, jak nejlépe přejít s domácností na Wi-Fi 6

Tomáš Holčík | 28

Nové iPhony, hodinky a další novinky Applu: Zase bude za co utrácet

Nové iPhony, hodinky a další novinky Applu: Zase bude za co utrácet

Dnes proběhla další velká prezentační akce Applu, na které došlo k odhalení nových iPhonů a dalších novinek. Událost jsme sledovali online, a tak se můžete podívat na chronologický zápis těch nejdůležitějších informací.

David Polesný | 136

10 mýtů a polopravd o bateriích, kterým možná ještě věříte

10 mýtů a polopravd o bateriích, kterým možná ještě věříte

** Kolem baterií a akumulátorů koluje řada mýtů, nepravd a polopravd ** Dnes vám devět z nich zkusíme vyvrátit na základě faktů ** Většina z nich totiž neplatí pro moderní lithiové baterie

Karel Kilián, David Polesný | 99

Jak doma vylepšit signál Wi-Fi: Pomůže repeater, více routerů, ale nejlépe systémy mesh

Jak doma vylepšit signál Wi-Fi: Pomůže repeater, více routerů, ale nejlépe systémy mesh

** Máte špatný signál Wi-Fi? Mesh systémy to vyřeší ** Už vás nezruinují, meziročně ceny příjemně spadly ** Jak systém funguje a čím je výjimečný?

Jiří Kuruc | 107


Aktuální číslo časopisu Computer

Megatest: 20 powerbank s USB-C

Test: mobily do 3 500 Kč

Radíme s výběrem routeru

Tipy na nejlepší vánoční dárky