TEMA BROJA

D.S.

Nanotehnologija / Arhitektura

Nevidljiva revolucija

Nanotehnologija se bavi manipulacijom materije na nano nivou. To je nauka o izuzetno malim česticama koja se bavi proučavanjem i upotrebom materijala i uređaja koji rade na nezamislivoj nanometarskoj skali, tj. na jedno-milijarditom delu metra. Nanometar je toliko mali da ne možemo da vidimo ništa od ove veličine bez upotrebe vrlo moćnih mikroskopa. Oni se koriste za merenje stvari koje su veoma sitne, kao što su, na primer, atomi i molekuli.
Recimo to na drugi način: nanometar je veličina za koju brada prosečnog čoveka izraste za vreme dok on podigne brijač do svog lica. Ova nauka se bavi iskorišćavanjem novih osobina koje se javljaju isključivo na nano skali i proizvodnji korisnih ili funkcionalnih komponenti. Materijali u ovoj veličini se ponašaju bitno drugačije u odnosu kada su u većem obliku.

Manipulisanje unutrašnjim karakteristikama u nano obimu u cilju dobijanja izuzetnih osobina i performansi materijala je jedno od najaktivnijih istraživačkih područja u današnjem vremenu. Malo tehnologija je stvorilo toliku pomamu i privuklo toliko sredstava na globalnom nivou, kao što je to uradila nanotehnologija u poslednjih 10-15 godina. Globalna trka je u toku: ko će preuzeti vodeći ulogu u onome što mnogi očekuju da će biti sledeća industrijska revolucija.
Poput informacione i komunikacione tehnologije i biotehnologije, nanotehnologija je opšta tehnologija za koju se očekuje da će imati sveprožimajuće efekte na ekonomiju. Tačno koliko će uticaj biti veliki i da li će uticati najviše na industriju i društvo, još uvek je teško reći. Vizije i oduševljenje su značajni, ali tehnologija je još uvek u ranoj fazi razvoja i komercijalizacija je tek počela. Građevinski sektor je bio među prvima koji je identifikovan kao obećavajuća oblast za primenu nanotehnologije, početkom 1990-ih godina.

Šta nanotehnologija donosi građevinarstvu?

Nanotehnologija se zasniva na eksploataciji novih osobina koje se postižu strukturiranjem materijala i površina u veličinama od 1 do 100 nanometara. Niža granica odgovara veličini pojedinačnih molekula, što je skala koja se koristi u hemiji, dok gornja granica odgovara nivou detalja koji su odmah ispod vidljivog sa optičkim mikroskopom.
Posebna stvar u vezi nano veličine je da je ona tipična za „debljinu“ sučeljavanja između dva materijala. To znači da nad svojstvima materijala struktuiranih na nano skali dominiraju svojstva sučeljavanja umesto klasičnih hemijskih svojstava materije. U oblasti građevinskih materijala, ovo je posebno interesantno za beton i kompozitne materijale. Ovde će nanotehnologija igrati važnu ulogu u razvoju sledeće generacije materijala visokih performansi.
Optimizacijom sučeljavanja između vlakana i baze, mogu se postići mehanička svojstva koja su uporediva sa čelikom - dodavanjem nanočestica u beton, moguće je postići mnogo gušći materijal, koji je jači i manje podložan degradaciji od normalnog betona.

Uspon nanotehnologije

Nanotehnologija je privukla veliku količinu interesa širom sveta u poslednjih 10-20 godina. Najjasniji pokazatelj da se nešto posebno dešava u svetu nanotehnologije su investicije. Procenjeno je da su globalne investicije u nanotehnologiju, pre dve godine iznosile oko 13 milijardi dolara. Nano-proizvodi su doneli 731 milijardu dolara prihoda u 2012. godini. Procena je da je nanotehnologija donela prihode u visini od 4,4 biliona dolara do 2018. godine.
Istraživanje i razvoj je trend koji je izgleda u porastu - preko 50 zemalja je uspostavilo programe istraživanja i razvoja nanotehnologije u poslednjih nekoliko godina. Trenutno je u toku globalna trka ko će preuzeti vodeću ulogu u onome što mnogi očekuju da će biti sledeća industrijska revolucija, sa SAD koje su trenutno u vođstvu, ali je Azija odmah iza sa jakim nanotehnološkim zemljama poput Kine, Japana, Indije i Rusije.

Nanotehnologija u svetu arhitekture

Nanotehnologija se već primenjuje u proizvodnji svakodnevnih predmeta, od kreme za sunčanje do odeće. Njeno uvođenje u arhitekturu nije daleko. U bliskoj budućnosti, nanotehnologija može odvesti materijale za oblaganje (premaze, panele i izolaciju) do potpuno novih nivoa performansi u smislu energije, težine, bezbednosti... Ovi koraci u svet nanotehnologije bi mogli dramatično promeniti prirodu ovih materijala i načina na koji zgrade “reaguju” i interaguju sa okolinom i korisnikom.
Razvoj ugljeničnih nanocevi i drugih naprednih materijala bi mogao radikalno da izmeni građevinski dizajn i performanse. Celokupna razlika između konstrukcije i omotača, na primer, mogla bi da nestane ako se razviju ultra lagani, super jaki materijali koji bi funkcionisali kao konstruktivni skelet i fasadni omotač.

Materijali sutrašnjice

Uz pomoć ugljeničnih nanocevi, slojevi debljine lista papira mogu nositi čitave zgrade, primoravajući nas da preispitamo odnose između konstrukcije i omotača. Stvorene su, na primer, ugljenične nanocevi koje su 250 puta jače od čelika, deset puta laganije, i koje su pritom transparentne! Slični napreci se dešavaju u oblasti staklenih, plastičnih i betonskih materijala.
Budućnost će doneti beton koji se samozaceljuje bez ikakvih problema, rešava probleme smoga u vazduhu, obaveštava nadležne o pojavi konstruktivnih oštećenja i mikro kamera za video nadzor, prozora koji emituju svetlost, organskih fotonaponskih panela, pametnih materijala koji će se koristiti u građenju infrastrukture i gradova.
Postoje predviđanja da će nanobotovi biti programirani da formiraju veštačke oblake u gradovima, kako bi ih zaklonili od štetnog uticaja Sunca i smanjili količinu energije koju koristimo za hlađenje izgrađene sredine.
Nano revolucija će u budućnosti doneti i promene u enterijerima objekata. Zamislite da možete da promenite boju zidova i plafona tako da se uklopi sa vašim trenutnim raspoloženjem ili potrebama! To je upravo ono što istraživači sa Univerziteta u Sariju žele da postignu sa uređajima za rasvetu u čvrstom stanju koji koriste nano-kompozitne materijale.

Naučnici u Američkoj nacionalnoj laboratoriji “Ouk Ridž” rade na razvijanju samolečećeg kompozitnog materijala, zasnovanog na polimerskoj smeši u kojoj se jedna kritična komponenta brzo premešta na površinu kroz rasuto stanje matrice materijala.

Primena nanotehnologije

Fotonaponski krovni pokrivači - Kompanija „SRS Energy“ je razvila crep koji je obložen sa fleksibilnim fotonaponskim ćelijama tankog filma. Crep je tamno plave boje kako bi se povećala apsorpcija sunčeve svetlosti, i dostupan je od pre par godina. Ovaj krovni pokrivač je primer kako tehnologija, u vidu novih polimera i premaza, ima potencijal da poveća količinu energija koja može biti generisana od strane sunca.
Živi zid(ne obloge) - Projekat „Živi zid“, predvođen Lijom Buečli sa Tehnološkog instituta u Masačusetsu, nudi alternativu korišćenja magnetinih i provodljivih boja u enterijeru radi stvaranja strujnog kola u atraktivnom dizajnu unutrašnjih obloga. U kombinaciji sa jeftinim temperaturnim i svetlosnim senzorima, kao i senzorima za dodir, LED diodama i blututom, zid postaje kontrolna površina koja je u stanju da „komunicira“ sa obližnjim uređajima; tako, na primer, dodirom cveta na tapeti možete upaliti lampu u drugom kraju sobe.
Putevi koji nadgledaju saobraćaj - Istraživači sa Univerziteta u Minesoti, SAD, razvili su senzorski nanokompozit koji može da nadgleda saobraćaj koristeći pijezorezistivne višezidne nanocevi kao smešu. Nanokompozitni cement ima veliki potencijal za nadgledanje saobraćaja: detekcija vozila, merenje težine u pokretu i u otkrivanju brzine vozila. Interesantni aspekt ovog rada je da će sama kolovozna konstrukcija postati uređaj za nadzor saobraćaja, čime se eliminiše potreba za posebnim senzorima za detekciju protoka saobraćaja i povećava bezbednost na putu.

Nanopremazi koji nude zaštitu za drvo, staklo, metal, beton i tekstile - Australijska kompanija „Nanotec“ proizvodi niz nanopremaza za zaštitu drveta, metala, stakla i tekstila. Njihov proizvod „nanoZ“ je transparentna industrijska cink oksid nano-disperzija za funkcionalno premazivanje radi zaštite drveta, plastike i tekstila od UV zračenja i mikrobske degradacije. Premaz „nanoZ“ pruža tržištu industrijskih premaza rešenje za probleme sa dugoročnom stabilnošću postojećih transparentnih UV apsorbera na organskoj bazi.
“Pametni” prozori koji menjaju boju - Naučnici iz Nacionalne laboratorije za obnovljive izvore energije SAD stvorili su novi i jeftiniji metod za izradu elektrohromatskih prozora uz pomoć nanotehnologije. Ovi prozori se mogu zatamnjivati električnim putem i nude velike uštede u pogledu energetske efikasnosti prozora i staklenih fasada.
Staklo i beton koji se sami čiste - Ova vrsta stakla ima na sebi premaz od nanočestica na kojem prljavština ne može da se zadrži; ovim se eleminiše potrebu za skupim i opasnim ručnim pranjem prozora i staklenih fasada na visokim zgradama. Nemali broj kompanija u svetu nude samočišćeće prozorsko staklo koje koristi nanotehnologiju.
Crkva Jubileja, delo američkog arhitekte Ričarda Majera, koristi samočisteći beton. Foto-katalitičke titanijum dioksid nanočestice u prefabrikovanim betonskim panelima ne dozvoljava zadržavanje prašine na površini betona.
Nanokompozitni čelik - Ova vrsta čelika je otpornija na koroziju od konvencionalnih čelika, i može da smanji troškove postavke i do 50 odsto. Dodatna korist od korišćenja nanokompozitnog čelika je ta što količina potrebna za gradnju može biti i do 40 odsto manja od konvencionalnog čelika.
Beton koji jede smog - Vrsta betona koja eliminiše smog iz okolnog atmosferskog vazduha se proizvodi primenom nanosloja titanijum dioksida na beton, što pokreće kataličku reakciju koja uništava mnoge zagađivače u kontaktu sa betonskom površinom.

Proizvođači nanomaterijala danays obećavaju brojne prednosti sa nano-poboljšanim građevinskim proizvodima, uključujući: prozore sa malim ili sasvim nepotrebnim održavanjem, dugotrajne podove otporne na grebanje i habanje, super jake konstruktivne elemente, poboljšane dugotrajnije kućne boje, zdraviju i sigurniju unutrašnju sredinu, antimikrobske čelične površine, poboljšano industrijsko održavanje zgrada, zgrade koje troše manje energije, dugotrajuće puteve i mostove.
„Desertec“ – smela vizija energetske revolucije omogućena korišćenjem nanotehnologije - Ukoliko ova vizija bude realizovana, ona će biti istinska energetska revolucija i najveći solarni energetski projekat svih vremena. Projekat će koštati oko 400 do 500 milijardi evra i prva očekivana snabdevanja energijom iz njega nastupiće za oko deset godina.
Koncept „Desertec“ zamišlja perspektivu održivog snabdevanja energijom za Evropu, Bliski istok i Južnu Afriku do 2050. godine. Osnovna ideja je postavka mreže solarnih termoelektrana u Sahari i izgradnja mreže dalekovoda visokih napona jednosmerne struje koja će prenositi električnu energiju u Evropu.

Rizici korišćenja nanomaterijala

Nanočestice će biti udahnute i apsorbovane od strane kože, dodirom sa onim materijalima koje ih imaju u sebi poput rukohvata, kvaka, prozora, pametnih zidova, fasada... i prilikom proizvodnje i korišćenjem. Nanočestice mogu ući u telo i preko vode kada se ona filtrira preko komercijalno dostupnih nanofiltera.
Novo istraživanje posmatra čvrsti otpad, nastao prilikom proizvodnje metalofulerena i fulerena, i bavi se pitanjem: da li sirovi metali predstavljaju potencijalni rizik za ljude?
Dve žene u Kini su prvi ljudi koji su poginuli od strane nanotehnologije; radile su u nedovoljno provetrenoj fabrici gde su prskanjem nanosile poliakrilne boje koje su sadržavale nanočestice. Dugotrajnim izlaganjem ovim sastojcima, žene su unele smrtonosnu količinu nanočestica u svoje organizme.
Još jedna od nepogodnosti korišćenja nanotehnologije je gubitak privatnosti sa inteligentnim nano građevinskim elementima. Nanotehnološki prozori će prilagoditi svoj nivo transparentnosti u odnosu na vremenske uslove, što će dovesti do gubitka privatnosti.

D.S.

Kompletni tekstove sa slikama i prilozima potražite u magazinu
"PLANETA" - štampano izdanje ili u ON LINE prodaji Elektronskog izdanja
"Novinarnica"