Energy applications of nanotechnology
বিশ্বের শক্তির চাহিদা ক্রমাগত বৃদ্ধি পাওয়ায়, শক্তি উৎপাদন ও সংরক্ষণের জন্য আরও দক্ষ ও টেকসই প্রযুক্তির বিকাশ ক্রমবর্ধমান গুরুত্বপূর্ণ হয়ে উঠছে। রাইস বিশ্ববিদ্যালয়ের ডঃ ওয়েড অ্যাডামসের মতে, আগামী 50 বছরের মধ্যে মানবজাতির সামনে শক্তি সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ সমস্যা হয়ে উঠবে এবং ন্যানোটেকনোলজির এই সমস্যা সমাধানের সম্ভাবনা রয়েছে। বিজ্ঞান ও প্রকৌশলের তুলনামূলকভাবে নতুন ক্ষেত্র ন্যানোটেকনোলজি শক্তি শিল্পে উল্লেখযোগ্য প্রভাব ফেলার প্রতিশ্রুতি দেখিয়েছে। ন্যানো টেকনোলজিকে এমন কোনও প্রযুক্তি হিসাবে সংজ্ঞায়িত করা হয় যার দৈর্ঘ্য 100 ন্যানোমিটারের নিচে একটি মাত্রার কণা থাকে। স্কেলের জন্য, একটি একক ভাইরাস কণা প্রায় 100 ন্যানোমিটার চওড়া। বিজ্ঞান ও প্রকৌশল ক্ষেত্রের লোকেরা ইতিমধ্যেই ভোক্তা পণ্যের উন্নয়নের জন্য ন্যানোপ্রযুক্তি ব্যবহারের উপায়গুলি বিকাশ করতে শুরু করেছে। এই পণ্যগুলির নকশা থেকে ইতিমধ্যে যে সুবিধাগুলি দেখা গেছে সেগুলি হল আলো এবং উত্তাপের দক্ষতা বৃদ্ধি, বৈদ্যুতিক সঞ্চয় ক্ষমতা বৃদ্ধি এবং শক্তির ব্যবহার থেকে দূষণের পরিমাণ হ্রাস। এই ধরনের সুবিধাগুলি ন্যানোপ্রযুক্তির গবেষণা ও উন্নয়নে মূলধন বিনিয়োগকে সর্বোচ্চ অগ্রাধিকার দেয়। শক্তিতে সাধারণত ব্যবহৃত ন্যানোমেটারিয়ালগুলি শক্তির সাথে সম্পর্কিত ন্যানোটেকনোলজির একটি গুরুত্বপূর্ণ উপ-ক্ষেত্র হল ন্যানোফ্যাব্রিকেশন, যা ন্যানোস্কেলে ডিভাইস ডিজাইন এবং তৈরি করার প্রক্রিয়া। 100 ন্যানোমিটারের চেয়ে ছোট যন্ত্র তৈরি করার ক্ষমতা শক্তি আহরণ, সঞ্চয় এবং স্থানান্তরের নতুন উপায়গুলির বিকাশের জন্য অনেক দরজা খুলে দেয়। ন্যানো ফ্যাব্রিকেশন প্রযুক্তির নির্ভুলতার উন্নতি বিশ্ব বর্তমানে যে শক্তি সম্পর্কিত সমস্যাগুলির মুখোমুখি হচ্ছে তার সমাধানের জন্য গুরুত্বপূর্ণ। গ্রাফিন-ভিত্তিক উপকরণ শক্তি সঞ্চয়ের জন্য গ্রাফিন-ভিত্তিক উপকরণ ব্যবহারের ক্ষেত্রে প্রচুর আগ্রহ রয়েছে। শক্তি সঞ্চয়ের জন্য গ্রাফিন ব্যবহারের উপর গবেষণা খুব সম্প্রতি শুরু হয়েছে, তবে আপেক্ষিক গবেষণার বৃদ্ধির হার দ্রুত। কম ওজন, রাসায়নিক জড়তা এবং কম দামের মতো বেশ কয়েকটি বৈশিষ্ট্যের কারণে গ্রাফিন সম্প্রতি শক্তি সঞ্চয়ের জন্য একটি আশাব্যঞ্জক উপাদান হিসাবে আবির্ভূত হয়েছে। গ্রাফিন হল কার্বনের একটি এলোট্রোপ যা একটি ষড়ভুজ জালিতে সংগঠিত কার্বন পরমাণুর দ্বি-মাত্রিক শীট হিসাবে বিদ্যমান। গবেষণা সম্প্রদায়ের দ্বারা "গ্রাফিন" নামে পরিচিত গ্রাফিন-সম্পর্কিত উপকরণের একটি পরিবার গ্রাফিন-এর কাঠামোগত বা রাসায়নিক ব্যুৎপত্তি নিয়ে গঠিত। সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ রাসায়নিকভাবে উদ্ভূত গ্রাফিন হল গ্রাফিন অক্সাইড (গ্রাফাইট অক্সাইডের একক স্তর হিসাবে সংজ্ঞায়িত, গ্রাফাইট অক্সাইড শক্তিশালী অক্সিডাইজারের সাথে প্রতিক্রিয়া করে প্রাপ্ত করা যেতে পারে, উদাহরণস্বরূপ, সালফিউরিক অ্যাসিড, সোডিয়াম নাইট্রেট এবং পটাসিয়াম পারম্যাঙ্গানেটের মিশ্রণ) যা সাধারণত গ্রাফাইট থেকে গ্রাফাইট অক্সাইডে জারণ এবং ফলস্বরূপ এক্সফোলিয়েশন দ্বারা প্রস্তুত করা হয়। গ্রাফিন তৈরির পদ্ধতির উপর এর বৈশিষ্ট্যগুলি ব্যাপকভাবে নির্ভর করে। উদাহরণস্বরূপ, গ্রাফিন অক্সাইডকে গ্রাফিন-এ হ্রাস করার ফলে একটি গ্রাফিন কাঠামো তৈরি হয় যা এক-পরমাণু পুরু কিন্তু এতে ন্যানোহোল এবং স্টোন-ওয়েলস ত্রুটির মতো ত্রুটির উচ্চ ঘনত্ব থাকে। উপরন্তু, কার্বন পদার্থ, যার তুলনামূলকভাবে উচ্চ বৈদ্যুতিক পরিবাহিতা এবং পরিবর্তনশীল কাঠামো রয়েছে, সালফারের পরিবর্তনে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়। বিভিন্ন কাঠামো সহ সালফার-কার্বন সংমিশ্রণগুলি সংশ্লেষিত করা হয়েছে এবং বিশুদ্ধ সালফারের তুলনায় উল্লেখযোগ্যভাবে উন্নত তড়িৎরাসাযনিক কর্মক্ষমতা প্রদর্শন করা হয়েছে, যা ব্যাটারি ডিজাইনের জন্য অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। উচ্চ কার্যকারিতা সম্পন্ন লি-এস ব্যাটারির জন্য সালফার ক্যাথোডের পরিবর্তনে গ্রাফিন-এর প্রচুর সম্ভাবনা রয়েছে, যা সাম্প্রতিক বছরগুলিতে ব্যাপকভাবে তদন্ত করা হয়েছে। সিলিকন-ভিত্তিক ন্যানো সেমিকন্ডাক্টর সিলিকন-ভিত্তিক ন্যানো সেমিকন্ডাক্টরগুলির সৌরশক্তিতে সবচেয়ে দরকারী প্রয়োগ রয়েছে এবং এটি কিয়োটো বিশ্ববিদ্যালয়ের মতো অনেক জায়গায় ব্যাপকভাবে অধ্যয়ন করা হয়েছে। তারা তড়িৎচুম্বকীয় বর্ণালী থেকে তরঙ্গদৈর্ঘ্যের একটি বৃহত্তর পরিসীমা শোষণ করার জন্য সিলিকন ন্যানো পার্টিকেল ব্যবহার করে। পৃষ্ঠে অনেক অভিন্ন এবং সমান ব্যবধানের সিলিকন রড লাগিয়ে এটি করা যেতে পারে। এছাড়াও, সর্বোত্তম ফলাফলে পৌঁছানোর জন্য ব্যবধানের উচ্চতা এবং দৈর্ঘ্যকে অনুকূল করতে হবে। সিলিকন কণাগুলির এই বিন্যাস সৌর শক্তিকে বিভিন্ন কণা, উত্তেজনাপূর্ণ ইলেকট্রন দ্বারা পুনরায় শোষণ করতে দেয় এবং এর ফলে বেশিরভাগ শক্তি তাপে রূপান্তরিত হয়। তারপর, তাপকে বিদ্যুতে রূপান্তরিত করা যায়। কিয়োটো বিশ্ববিদ্যালয়ের গবেষকরা দেখিয়েছেন যে এই ন্যানো-স্কেল সেমিকন্ডাক্টরগুলি নিয়মিত সৌর কোষের তুলনায় কমপক্ষে 40 শতাংশ দক্ষতা বৃদ্ধি করতে পারে। ন্যানোসেলুলোজ-ভিত্তিক উপাদান সেলুলোজ পৃথিবীর সবচেয়ে প্রচুর পরিমাণে পাওয়া প্রাকৃতিক পলিমার। বর্তমানে, ন্যানোসেলুলোজ-ভিত্তিক মেসোপোরাস কাঠামো, নমনীয় পাতলা ফিল্ম, ফাইবার এবং নেটওয়ার্কগুলি ফটোভোলটাইক (পিভি) ডিভাইস, শক্তি সঞ্চয় ব্যবস্থা, যান্ত্রিক শক্তি ফসল কাটার যন্ত্র এবং অনুঘটক উপাদানগুলিতে বিকশিত এবং ব্যবহৃত হয়। এই শক্তি-সম্পর্কিত যন্ত্রগুলিতে ন্যানোসেলুলোজের অন্তর্ভুক্তি মূলত পরিবেশ-বান্ধব উপকরণের অংশকে বাড়িয়ে তোলে এবং প্রাসঙ্গিক পরিবেশগত উদ্বেগের সমাধানে খুব আশাব্যঞ্জক। উপরন্তু, সেলুলোজ কম খরচে এবং বড় আকারের প্রতিশ্রুতিতে নিজেকে প্রকাশ করে। এক-মাত্রিক ন্যানোস্ট্রাকচার শক্তি এক-মাত্রিক ন্যানোমেটারিয়াল এক-মাত্রিক ন্যানোস্ট্রাকচার শক্তি সঞ্চয় ব্যবস্থার শক্তি ঘনত্ব, নিরাপত্তা এবং সাইক্লিং-জীবন বাড়ানোর প্রতিশ্রুতি দেখিয়েছে, যা লি-আয়ন ব্যাটারির উন্নতির প্রয়োজন। এই ন্যানোস্ট্রাকচারগুলি প্রধানত ব্যাটারি ইলেক্ট্রোডগুলিতে ব্যবহৃত হয় কারণ তাদের সংক্ষিপ্ত দ্বি-অবিচ্ছিন্ন আয়ন এবং ইলেক্ট্রন পরিবহন পথ, যার ফলে ব্যাটারি কর্মক্ষমতা বেশি হয়। উপরন্তু, 1ডি ন্যানোস্ট্রাকচারগুলি ডাবল লেয়ারিং দ্বারা চার্জ স্টোরেজ বাড়াতে সক্ষম, এবং তাদের দ্রুত সিউডো ক্যাপ্যাসিটিভ পৃষ্ঠ রেডক্স প্রক্রিয়াগুলির কারণে সুপারক্যাপাসিটারগুলিতেও ব্যবহার করা যেতে পারে। ভবিষ্যতে, এই উপকরণগুলির অভিনব নকশা এবং নিয়ন্ত্রণযোগ্য সংশ্লেষণ আরও গভীরভাবে বিকশিত হবে। 1ডি ন্যানোমেটারিয়ালগুলি পরিবেশবান্ধব এবং সাশ্রয়ী। দ্বিমাত্রিক ন্যানো উপাদান দ্বিমাত্রিক ন্যানো উপাদানগুলির সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ বৈশিষ্ট্য হল তাদের বৈশিষ্ট্যগুলি সঠিকভাবে নিয়ন্ত্রণ করা যেতে পারে। এর অর্থ হল 2ডি ন্যানোমেটারিয়ালগুলি সহজেই পরিবর্তন করা যায় এবং ন্যানোস্ট্রাকচারগুলিতে ইঞ্জিনিয়ার করা যায়। আন্তঃস্তর স্থানটি স্তরবিহীন উপকরণের জন্যও ব্যবহার করা যেতে পারে, যাকে 2ডি ন্যানোফ্লুইডিক চ্যানেল বলা হয়। 2ডি ন্যানোমেটারিয়ালগুলিকে ছিদ্রযুক্ত কাঠামোতেও ইঞ্জিনিয়ার করা যেতে পারে যাতে সহজ চার্জ এবং ভর পরিবহন প্রয়োগ করে শক্তি সঞ্চয় এবং অনুঘটক প্রয়োগের জন্য ব্যবহার করা যায়। 2ডি ন্যানোমেটারিয়ালগুলিরও কিছু চ্যালেঞ্জ রয়েছে। উপকরণগুলির বৈশিষ্ট্যগুলি সংশোধন করার কিছু পার্শ্ব প্রতিক্রিয়া রয়েছে, যেমন ক্রিয়াকলাপ এবং কাঠামোগত স্থিতিশীলতা, যা ইঞ্জিনিয়ার করা হলে আপোস করা যেতে পারে। উদাহরণস্বরূপ, কিছু ত্রুটি তৈরি করা উচ্চ অনুঘটক কর্মক্ষমতার জন্য সক্রিয় স্থানের সংখ্যা বাড়িয়ে দিতে পারে, তবে পার্শ্ব প্রতিক্রিয়াও ঘটতে পারে, যা সম্ভবত অনুঘটকের কাঠামোর ক্ষতি করতে পারে। আরেকটি উদাহরণ হল যে আন্তঃস্তর সম্প্রসারণ অনুঘটক বিক্রিয়ায় আয়ন বিচ্ছুরণ বাধা হ্রাস করতে পারে, তবে এটি সম্ভাব্যভাবে এর কাঠামোগত স্থায়িত্বকেও হ্রাস করতে পারে। এই কারণে, কর্মক্ষমতা এবং স্থিতিশীলতার মধ্যে একটি বিনিময় রয়েছে। দ্বিতীয় সমস্যাটি হল নকশা পদ্ধতির ধারাবাহিকতা। উদাহরণস্বরূপ, আন্তঃস্তর স্থান এবং শক্তি সঞ্চয় যন্ত্রগুলিতে অনুঘটকের প্রধান কাঠামো হল হেটেরোস্ট্রাকচার, তবে এই কাঠামোগুলিতে অনুঘটক প্রতিক্রিয়া বা চার্জ সঞ্চয় পদ্ধতির প্রক্রিয়া বোঝার অভাব থাকতে পারে। 2ডি ন্যানোমেটারিয়াল নকশার একটি গভীর বোঝার প্রয়োজন, কারণ মৌলিক জ্ঞান এই কাঠামোগুলির নকশার সামঞ্জস্যপূর্ণ এবং দক্ষ পদ্ধতির দিকে পরিচালিত করবে। তৃতীয় চ্যালেঞ্জ হল এই প্রযুক্তিগুলির ব্যবহারিক প্রয়োগ। সংরক্ষণ এবং প্রক্রিয়াকরণের সময় অভ্যন্তরীণ অস্থিতিশীলতার কারণে 2ডি ন্যানোমেটারিয়ালের ল্যাব-স্কেল এবং শিল্প-স্কেল প্রয়োগের মধ্যে একটি বিশাল পার্থক্য রয়েছে। উদাহরণস্বরূপ, ছিদ্রযুক্ত 2ডি ন্যানোমেটারিয়াল কাঠামোগুলিতে কম প্যাকিং ঘনত্ব থাকে, যা তাদের ঘন ফিল্মে প্যাক করা কঠিন করে তোলে। শিল্পক্ষেত্রে এই উপকরণগুলির প্রয়োগের জন্য এখনও নতুন প্রক্রিয়া তৈরি করা হচ্ছে। অ্যাপ্লিকেশন লিথিয়াম-সালফার ভিত্তিক উচ্চ-কার্যকারিতা ব্যাটারি লি-আয়ন ব্যাটারি বর্তমানে অন্যতম জনপ্রিয় তড়িৎরাসাযনিক শক্তি সঞ্চয় ব্যবস্থা এবং বহনযোগ্য ইলেকট্রনিক্স থেকে বৈদ্যুতিক যানবাহন পর্যন্ত ক্ষেত্রে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হচ্ছে। তবে, লি-আয়ন ব্যাটারির মাধ্যাকর্ষণ শক্তির ঘনত্ব সীমিত এবং জীবাশ্ম জ্বালানির তুলনায় কম। লিথিয়াম সালফার (লি-এস) ব্যাটারি, যার শক্তির ঘনত্ব লি-আয়ন ব্যাটারির তুলনায় অনেক বেশি, সাম্প্রতিক বছরগুলিতে বিশ্বব্যাপী দৃষ্টি আকর্ষণ করছে। চীনের ন্যাশনাল ন্যাচারাল সায়েন্স ফাউন্ডেশনের গবেষণার একটি দল (অনুদান নং। 21371176 এবং 21201173) এবং নিংবো সায়েন্স অ্যান্ড টেকনোলজি ইনোভেশন টিম (অনুদান নং। 2012বি82001) একটি ন্যানোস্ট্রাকচার-ভিত্তিক লিথিয়াম-সালফার ব্যাটারি তৈরি করেছে যা গ্রাফিন/সালফার/কার্বন ন্যানো-যৌগিক বহুস্তর কাঠামো নিয়ে গঠিত। সালফারের ন্যানোমোডিফিকেশন ব্যাটারির বৈদ্যুতিক পরিবাহিতা বৃদ্ধি করতে পারে এবং সালফার ক্যাথোডে ইলেক্ট্রন পরিবহনের উন্নতি করতে পারে। একটি বহুস্তর কাঠামো (জি/এস/সি) সহ একটি গ্রাফিন/সালফার/কার্বন ন্যানোকম্পোজিট, যেখানে ন্যানোসাইজড সালফার রাসায়নিকভাবে হ্রাসকৃত গ্রাফিন শীটের উভয় পাশে স্তরযুক্ত এবং নিরাকার কার্বন স্তর দিয়ে আবৃত থাকে, ডিজাইন করা যেতে পারে এবং সফলভাবে প্রস্তুত করা যেতে পারে। এই কাঠামোটি উচ্চ পরিবাহিতা এবং সালফারের পৃষ্ঠ সুরক্ষা একযোগে অর্জন করে এবং এইভাবে চমৎকার চার্জ/স্রাব কর্মক্ষমতার জন্ম দেয়। জি/এস/সি কম্পোজিট লি-এস ব্যাটারির জন্য উচ্চ কার্যকারিতা সম্পন্ন ক্যাথোড উপাদান হিসাবে আশাব্যঞ্জক বৈশিষ্ট্য প্রদর্শন করে। সৌর কোষে ন্যানোমেটারিয়াল ইঞ্জিনিয়ারিং বর্তমান প্রজন্মের সৌর কোষের মূল ভিত্তি। আজকের সেরা সৌর কোষগুলিতে বিভিন্ন শক্তিতে আলো শোষণের জন্য বিভিন্ন অর্ধপরিবাহীর স্তর রয়েছে তবে এখনও সূর্যের শক্তির প্রায় 40 শতাংশ ব্যবহার করতে সক্ষম। বাণিজ্যিকভাবে উপলব্ধ সৌর কোষগুলির দক্ষতা অনেক কম (15-20%)। ন্যানোস্ট্রাকচারিং প্রতিষ্ঠিত ফটোভোলটাইক (পিভি) প্রযুক্তির কার্যকারিতা উন্নত করতে ব্যবহৃত হয়েছে, উদাহরণস্বরূপ, নিরাকার সিলিকন যন্ত্রগুলিতে বর্তমান সংগ্রহের উন্নতি, রঞ্জক-সংবেদনশীল সৌর কোষে প্লাজমোনিক বর্ধন এবং স্ফটিকাকার সিলিকনে উন্নত আলোর ট্র্যাপিং। উপরন্তু, ন্যানোপ্রযুক্তি ন্যানোমেটারিয়ালগুলির নমনীয় ব্যান্ডগ্যাপগুলি ব্যবহার করে বা ফটোভোলটাইক ডিভাইসগুলির দিকনির্দেশনা এবং ফোটন পালানোর সম্ভাবনা নিয়ন্ত্রণ করে আলো রূপান্তরের দক্ষতা বাড়াতে সহায়তা করতে পারে। টাইটানিয়াম ডাই অক্সাইড (টিআইও2) গত কয়েক দশকে পিভি কোষে ব্যবহারের জন্য সবচেয়ে ব্যাপকভাবে অনুসন্ধান করা ধাতব অক্সাইডগুলির মধ্যে একটি কারণ এর কম খরচ, পরিবেশগত সৌম্যতা, প্রচুর পরিমাণে পলিমরফ, ভাল স্থিতিশীলতা এবং দুর্দান্ত বৈদ্যুতিন এবং অপটিক্যাল বৈশিষ্ট্য রয়েছে। যাইহোক, তাদের কর্মক্ষমতা TiO2 উপকরণগুলির বৈশিষ্ট্য দ্বারা ব্যাপকভাবে সীমাবদ্ধ। একটি সীমাবদ্ধতা হল প্রশস্ত ব্যান্ড ফাঁক, যা টিআইও2-কে শুধুমাত্র অতিবেগুনী (ইউভি) আলোর প্রতি সংবেদনশীল করে তোলে, যা সৌর বর্ণালীর মাত্র 5 শতাংশেরও কম দখল করে। সম্প্রতি, কোর-শেল কাঠামোগত ন্যানোমেটারিয়ালগুলি প্রচুর মনোযোগ আকর্ষণ করেছে কারণ তারা একটি কার্যকরী ব্যবস্থায় পৃথক উপাদানগুলির সংহতকরণের প্রতিনিধিত্ব করে, যা উন্নত ভৌত এবং রাসায়নিক বৈশিষ্ট্য (যেমন, স্থিতিশীলতা, অ-বিষাক্ততা, বিচ্ছুরণযোগ্যতা, বহু-কার্যকারিতা) দেখায়, যা বিচ্ছিন্ন উপাদানগুলি থেকে অনুপলব্ধ। টিআইও2 ন্যানোমেটারিয়ালগুলির জন্য, এই মূল-শেল কাঠামোগত নকশাটি তাদের অসুবিধাগুলি কাটিয়ে ওঠার একটি আশাব্যঞ্জক উপায় প্রদান করবে, যার ফলে উন্নত কর্মক্ষমতা হবে। একমাত্র টিআইও2 উপাদানের তুলনায়, কোর-শেল কাঠামোগত টিআইও2 সংমিশ্রণগুলি সুরযোগ্য অপটিক্যাল এবং বৈদ্যুতিক বৈশিষ্ট্য, এমনকি নতুন ফাংশনও দেখায়, যা অনন্য কোর-শেল কাঠামো থেকে উদ্ভূত হয়। শক্তি খরচ কমাতে বিভিন্ন উপায়ে ন্যানো কণা জ্বালানি সংযোজনকারী ন্যানোমেটারিয়াল ব্যবহার করা যেতে পারে। কার্বন নিঃসরণ হ্রাস করতে এবং দহন জ্বালানির দক্ষতা বাড়াতে ন্যানো পার্টিকেল জ্বালানি সংযোজনগুলিও খুব কার্যকর হতে পারে। সেরিয়াম অক্সাইড ন্যানো পার্টিকেলগুলি তাদের উচ্চ পৃষ্ঠ এলাকা এবং আয়তনের অনুপাতের কারণে জ্বলন্ত হাইড্রোকার্বন এবং অন্যান্য ছোট কণা নির্গমনের পচনকে অনুঘটক করতে খুব ভাল বলে প্রমাণিত হয়েছে, পাশাপাশি ইঞ্জিনের দক্ষতা বাড়াতে এবং এনওএক্স নির্গমন রোধ করতে ইঞ্জিনের জ্বলন চেম্বারের মধ্যে চাপ হ্রাস করে। কার্বন ন্যানো পার্টিকেল যোগ করার ফলে জেট জ্বালানি পোড়ানোর হার এবং ইগনিশন বিলম্বও সফলভাবে বৃদ্ধি পেয়েছে। বায়োডিজেল এবং ডিজেল জ্বালানিতে আয়রন ন্যানো পার্টিকেল অ্যাডিটিভগুলিও একটি গবেষণায় হাইড্রোকার্বনের জ্বালানী খরচ এবং ভলিউমেট্রিক নির্গমন 3-6%, কার্বন মনোক্সাইড 6-12% এবং নাইট্রোজেন অক্সাইড 4-11% দ্বারা হ্রাস পেয়েছে। যদিও ন্যানোমেটারিয়ালগুলি বিভিন্ন উপায়ে জ্বালানির শক্তি দক্ষতা বৃদ্ধি করতে পারে, তাদের ব্যবহারের একটি ত্রুটি পরিবেশের উপর ন্যানো কণাগুলির প্রভাবের মধ্যে রয়েছে। জ্বালানীতে সিরিয়াম অক্সাইড ন্যানোপার্টিকাল অ্যাডিটিভ সহ, এই বিষাক্ত কণাগুলির ট্রেস পরিমাণ নিষ্কাশনের মধ্যে নির্গত হতে পারে। ডিজেল জ্বালানিতে সেরিয়াম অক্সাইড সংযোজনগুলি ফুসফুসের প্রদাহ সৃষ্টি করে এবং ইঁদুরের মধ্যে শ্বাসনালীর অ্যালভিওলার ল্যাভেজ তরল বৃদ্ধি করে। এটি উদ্বেগজনক, বিশেষ করে উচ্চ সড়ক যানজট এলাকায়, যেখানে এই কণাগুলি জমা হতে পারে এবং স্বাস্থ্যের উপর বিরূপ প্রভাব ফেলতে পারে। ডিজেল জ্বালানির অসম্পূর্ণ জ্বলন দ্বারা সৃষ্ট প্রাকৃতিকভাবে ঘটে যাওয়া ন্যানো পার্টিকেলগুলিও ডিজেলের ধোঁয়ার বিষাক্ততায় বড় অবদান রাখে। জ্বালানিতে কৃত্রিম ন্যানো পার্টিকেলের সংযোজন জ্বলনজনিত কারণে বিষাক্ত কণা নির্গমনের মোট পরিমাণ হ্রাস করে কিনা তা নির্ধারণের জন্য আরও গবেষণা করা দরকার। অর্থনৈতিক সুবিধা শক্তি আহরণ, স্থানান্তর এবং সংরক্ষণের ক্ষেত্রে ন্যানোপ্রযুক্তি ব্যবহারের দিকে তুলনামূলকভাবে সাম্প্রতিক পরিবর্তন সমাজে অনেক ইতিবাচক অর্থনৈতিক প্রভাব ফেলেছে এবং তা অব্যাহত থাকবে। ন্যানোপ্রযুক্তি বিজ্ঞানী এবং ভোক্তা পণ্যের প্রকৌশলীদের যে উপকরণ সরবরাহ করে তার নিয়ন্ত্রণ ন্যানোপ্রযুক্তির অন্যতম গুরুত্বপূর্ণ দিক এবং বিভিন্ন পণ্যের দক্ষতার উন্নতির অনুমতি দেয়। ন্যানোপ্রযুক্তি ব্যবহারের মাধ্যমে শক্তির আরও দক্ষ ক্যাপচার এবং সঞ্চয় ভবিষ্যতে শক্তির খরচ হ্রাস করতে পারে, কারণ ন্যানোমেটারিয়ালগুলির প্রস্তুতির খরচ আরও উন্নয়নের সাথে কম ব্যয়বহুল হয়ে ওঠে। বর্তমান শক্তি উৎপাদনের একটি প্রধান সমস্যা হল দাহের উপজাত হিসাবে বর্জ্য তাপ উৎপাদন। এর একটি সাধারণ উদাহরণ হল অভ্যন্তরীণ জ্বলন ইঞ্জিন। অভ্যন্তরীণ জ্বলন ইঞ্জিন তাপ হিসাবে পেট্রোল থেকে প্রায় 64 শতাংশ শক্তি হারায় এবং কেবল এটির উন্নতিই উল্লেখযোগ্য অর্থনৈতিক প্রভাব ফেলতে পারে। তবে, এই ক্ষেত্রে অভ্যন্তরীণ জ্বলন ইঞ্জিনের উন্নতি কর্মক্ষমতা ত্যাগ না করে অত্যন্ত কঠিন বলে প্রমাণিত হয়েছে। আণবিকভাবে উপযোগী অনুঘটক, পলিমার ঝিল্লি এবং উন্নত জ্বালানি সঞ্চয় ব্যবহার করে ন্যানোপ্রযুক্তি ব্যবহারের মাধ্যমে জ্বালানি কোষের দক্ষতা উন্নত করা আরও যুক্তিসঙ্গত বলে মনে হয়। একটি জ্বালানী কোষের কাজ করার জন্য, বিশেষ করে হাইড্রোজেন বৈকল্পিকের, হাইড্রোজেন পরমাণুর প্রোটন থেকে ইলেকট্রনগুলিকে পৃথক করার জন্য একটি অভিজাত-ধাতব অনুঘটকের (সাধারণত প্ল্যাটিনাম, যা খুব ব্যয়বহুল) প্রয়োজন হয়। তবে, এই ধরনের অনুঘটকগুলি কার্বন মনোক্সাইড বিক্রিয়ার প্রতি অত্যন্ত সংবেদনশীল। এর বিরুদ্ধে লড়াই করার জন্য, সিস্টেমে কার্বন মনোক্সাইডের ঘনত্ব কমাতে অ্যালকোহল বা হাইড্রোকার্বন যৌগ ব্যবহার করা হয়। ন্যানোপ্রযুক্তি ব্যবহার করে, অনুঘটকগুলি ন্যানোফ্যাব্রিকেশনের মাধ্যমে ডিজাইন করা যেতে পারে যা অসম্পূর্ণ জ্বলনকে সীমাবদ্ধ করে এবং এইভাবে কার্বন মনোক্সাইডের পরিমাণ হ্রাস করে, প্রক্রিয়াটির দক্ষতা উন্নত করে। আরও দেখুন ন্যানোটেকনোলজি এনার্জি ফুয়েল সেল রেফারেন্স ন্যানোটেকনোলজি এনার্জি প্রযুক্তি