Energy applications of nanotechnology
જેમ જેમ વિશ્વની ઊર્જાની માંગ સતત વધી રહી છે તેમ તેમ ઊર્જાના ઉત્પાદન અને સંગ્રહ માટે વધુ કાર્યક્ષમ અને ટકાઉ તકનીકોનો વિકાસ વધુને વધુ મહત્વપૂર્ણ બની રહ્યો છે. રાઇસ યુનિવર્સિટીના ડૉ. વેડ એડમ્સના જણાવ્યા અનુસાર, આગામી 50 વર્ષમાં માનવજાત સામે ઊર્જા સૌથી મોટી સમસ્યા હશે અને નેનો ટેકનોલોજીમાં આ સમસ્યાનું સમાધાન કરવાની ક્ષમતા છે. વિજ્ઞાન અને ઇજનેરીના પ્રમાણમાં નવા ક્ષેત્ર નેનોટેકનોલોજીએ ઊર્જા ઉદ્યોગ પર નોંધપાત્ર અસર કરવાનું વચન આપ્યું છે. નેનોટેકનોલોજીને એવી કોઈપણ તકનીક તરીકે વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે જેમાં 100 નેનોમીટરથી ઓછી લંબાઈના એક પરિમાણવાળા કણો હોય. સ્કેલ માટે, એક વાયરસ કણ લગભગ 100 નેનોમીટર પહોળો હોય છે. વિજ્ઞાન અને ઇજનેરીના ક્ષેત્રના લોકોએ ગ્રાહક ઉત્પાદનોના વિકાસ માટે નેનો ટેકનોલોજીનો ઉપયોગ કરવાની રીતો વિકસાવવાનું શરૂ કરી દીધું છે. આ ઉત્પાદનોની રચનાથી પહેલેથી જ જોવા મળેલા ફાયદાઓમાં પ્રકાશ અને ગરમીની કાર્યક્ષમતામાં વધારો, વિદ્યુત સંગ્રહ ક્ષમતામાં વધારો અને ઊર્જાના ઉપયોગથી પ્રદૂષણની માત્રામાં ઘટાડો સામેલ છે. આ પ્રકારના લાભો નેનો ટેકનોલોજીના સંશોધન અને વિકાસમાં મૂડી રોકાણને સર્વોચ્ચ પ્રાથમિકતા આપે છે. ઊર્જામાં સામાન્ય રીતે ઉપયોગમાં લેવાતી નેનો સામગ્રી ઊર્જા સાથે સંબંધિત નેનો ટેકનોલોજીનું એક મહત્વપૂર્ણ પેટા ક્ષેત્ર નેનોફેબ્રિકેશન છે, જે નેનોસ્કેલ પર ઉપકરણોની રચના અને નિર્માણ કરવાની પ્રક્રિયા છે. 100 નેનોમીટરથી નાના ઉપકરણો બનાવવાની ક્ષમતા ઊર્જાને પકડવા, સંગ્રહિત કરવા અને સ્થાનાંતરિત કરવાની નવી રીતોના વિકાસ માટે ઘણા દરવાજા ખોલે છે. વિશ્વ હાલમાં જે ઊર્જા સંબંધિત સમસ્યાઓનો સામનો કરી રહ્યું છે તેને ઉકેલવા માટે નેનો ફેબ્રિકેશન તકનીકોની ચોકસાઈમાં સુધારા મહત્વપૂર્ણ છે. ગ્રાફિન આધારિત સામગ્રી ઊર્જા સંગ્રહ માટે ગ્રાફિન આધારિત સામગ્રીના ઉપયોગમાં ભારે રસ છે. ઊર્જા સંગ્રહ માટે ગ્રાફિનના ઉપયોગ પર સંશોધન તાજેતરમાં જ શરૂ થયું હતું, પરંતુ સંબંધિત સંશોધનનો વૃદ્ધિ દર ઝડપી છે. ઓછા વજન, રાસાયણિક જડતા અને ઓછી કિંમત જેવા ઘણા ગુણધર્મોને કારણે ગ્રાફિન તાજેતરમાં ઊર્જા સંગ્રહ માટે આશાસ્પદ સામગ્રી તરીકે ઉભરી આવ્યું છે. ગ્રાફિન એ કાર્બનનું એક એલોટ્રોપ છે જે ષટ્કોણ જાળીમાં ગોઠવાયેલા કાર્બન અણુઓની દ્વિ-પરિમાણીય શીટ તરીકે અસ્તિત્વ ધરાવે છે. ગ્રેફીન-સંબંધિત સામગ્રીનો એક પરિવાર, જેને સંશોધન સમુદાય દ્વારા "ગ્રેફીન" કહેવામાં આવે છે, તેમાં ગ્રેફીનનાં માળખાકીય અથવા રાસાયણિક વ્યુત્પન્નોનો સમાવેશ થાય છે. સૌથી મહત્વપૂર્ણ રાસાયણિક રીતે મેળવેલ ગ્રેફીન એ ગ્રેફીન ઓક્સાઇડ છે (જેને ગ્રેફાઇટ ઓક્સાઇડના એક સ્તર તરીકે વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે, ગ્રેફાઇટ ઓક્સાઇડને મજબૂત ઓક્સિડાઇઝર્સ સાથે ગ્રેફાઇટની પ્રતિક્રિયા કરીને મેળવી શકાય છે, ઉદાહરણ તરીકે, સલ્ફ્યુરિક એસિડ, સોડિયમ નાઇટ્રેટ અને પોટેશિયમ પરમેંગેનેટનું મિશ્રણ) જે સામાન્ય રીતે ગ્રેફાઇટમાંથી ઓક્સિડાઇઝેશન દ્વારા ગ્રેફાઇટ ઓક્સાઇડમાં અને પરિણામે એક્સ્ફોલિયેશન દ્વારા તૈયાર કરવામાં આવે છે. ગ્રેફીનનાં ગુણધર્મો બનાવટની પદ્ધતિ પર ઘણો આધાર રાખે છે. ઉદાહરણ તરીકે, ગ્રેફીન ઓક્સાઇડને ગ્રેફીનમાં ઘટાડવાથી ગ્રેફીન માળખું પરિણમે છે જે એક અણુ જાડું પણ હોય છે પરંતુ તેમાં ખામીઓની ઊંચી સાંદ્રતા હોય છે, જેમ કે નેનોહોલ્સ અને સ્ટોન-વેલ્સ ખામી. વધુમાં, કાર્બન સામગ્રી, જે પ્રમાણમાં ઊંચી વિદ્યુત વાહકતા અને પરિવર્તનશીલ રચનાઓ ધરાવે છે, તેનો સલ્ફરના ફેરફારમાં વ્યાપકપણે ઉપયોગ થાય છે. વિવિધ માળખાઓ સાથે સલ્ફર-કાર્બન સંયોજનોનું સંશ્લેષણ કરવામાં આવ્યું છે અને શુદ્ધ સલ્ફર કરતાં નોંધપાત્ર રીતે સુધારેલ વિદ્યુતરાસાયણિક કામગીરીનું પ્રદર્શન કરવામાં આવ્યું છે, જે બેટરી ડિઝાઇન માટે નિર્ણાયક છે. ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા ધરાવતી લિ-એસ બેટરીઓ માટે સલ્ફર કેથોડમાં ફેરફાર કરવા માટે ગ્રાફિનમાં ઘણી ક્ષમતા છે, જેની તાજેતરના વર્ષોમાં વ્યાપકપણે તપાસ કરવામાં આવી છે. સિલિકોન આધારિત નેનો સેમિકન્ડક્ટર્સ સિલિકોન આધારિત નેનો સેમિકન્ડક્ટર્સ સૌર ઊર્જામાં સૌથી વધુ ઉપયોગી ઉપયોગ ધરાવે છે અને ક્યોટો યુનિવર્સિટી જેવા ઘણા સ્થળોએ તેનો વ્યાપક અભ્યાસ પણ કરવામાં આવ્યો છે. તેઓ વિદ્યુતચુંબકીય વર્ણપટમાંથી તરંગલંબાઇની વધુ શ્રેણીને શોષવા માટે સિલિકોન નેનોપાર્ટિકલ્સનો ઉપયોગ કરે છે. આ સપાટી પર ઘણા સમાન અને સમાન અંતરે સિલિકોન સળિયા મૂકીને કરી શકાય છે. ઉપરાંત, શ્રેષ્ઠ પરિણામો સુધી પહોંચવા માટે અંતરની ઊંચાઈ અને લંબાઈને શ્રેષ્ઠ બનાવવી પડશે. સિલિકોન કણોની આ વ્યવસ્થા સૌર ઊર્જાને ઘણા જુદા જુદા કણો, ઉત્તેજક ઇલેક્ટ્રોન દ્વારા ફરીથી શોષી લેવાની મંજૂરી આપે છે અને પરિણામે મોટાભાગની ઊર્જા ગરમીમાં રૂપાંતરિત થાય છે. પછી, ગરમીને વીજળીમાં રૂપાંતરિત કરી શકાય છે. ક્યોટો યુનિવર્સિટીના સંશોધકોએ દર્શાવ્યું છે કે આ નેનો-સ્કેલ સેમિકન્ડક્ટર્સ નિયમિત સૌર કોષોની તુલનામાં ઓછામાં ઓછા 40 ટકા કાર્યક્ષમતા વધારી શકે છે. નેનોસેલ્યુલોઝ આધારિત સામગ્રી સેલ્યુલોઝ એ પૃથ્વી પર સૌથી વધુ વિપુલ પ્રમાણમાં કુદરતી પોલિમર છે. હાલમાં, ફોટોવોલ્ટેઇક (પી. વી.) ઉપકરણો, ઊર્જા સંગ્રહ પ્રણાલીઓ, યાંત્રિક ઊર્જા કાપણીકારો અને ઉત્પ્રેરક ઘટકોમાં નેનોસેલ્યુલોઝ આધારિત મેસોપોરસ માળખાં, લવચીક પાતળી ફિલ્મો, તંતુઓ અને નેટવર્ક વિકસાવવામાં આવે છે અને તેનો ઉપયોગ થાય છે. તે ઊર્જા સંબંધિત ઉપકરણોમાં નેનોસેલ્યુલોઝનો સમાવેશ મોટા ભાગે પર્યાવરણને અનુકૂળ સામગ્રીનો હિસ્સો વધારે છે અને સંબંધિત પર્યાવરણીય ચિંતાઓને દૂર કરવામાં ખૂબ જ આશાસ્પદ છે. વધુમાં, સેલ્યુલોઝ ઓછી કિંમત અને મોટા પાયે વચનોમાં પોતાને પ્રગટ કરે છે. ઊર્જામાં નેનોસ્ટ્રક્ચર્સ એક-પરિમાણીય નેનોમટેરિયલ્સ એક-પરિમાણીય નેનોસ્ટ્રક્ચર્સે ઊર્જા સંગ્રહ પ્રણાલીઓની ઊર્જાની ઘનતા, સલામતી અને સાઇકલિંગ-લાઇફમાં વધારો કરવાનું વચન દર્શાવ્યું છે, જે લિ-આયન બેટરી માટે સુધારાની જરૂર છે. આ નેનોસ્ટ્રક્ચર્સ મુખ્યત્વે બેટરી ઇલેક્ટ્રોડ્સમાં તેમના ટૂંકા દ્વિ-સતત આયન અને ઇલેક્ટ્રોન પરિવહન માર્ગોને કારણે ઉપયોગમાં લેવાય છે, જે ઉચ્ચ બેટરી પ્રદર્શનમાં પરિણમે છે. વધુમાં, 1ડી નેનોસ્ટ્રક્ચર્સ ડબલ લેયરિંગ દ્વારા ચાર્જ સ્ટોરેજ વધારવા માટે સક્ષમ છે, અને તેમની ઝડપી સ્યુડોકેપેસિટીવ સપાટી રીડોક્સ પ્રક્રિયાઓને કારણે સુપરકેપેસિટર્સ પર પણ તેનો ઉપયોગ કરી શકાય છે. ભવિષ્યમાં, આ સામગ્રીઓની નવીન ડિઝાઇન અને નિયંત્રિત કરી શકાય તેવું સંશ્લેષણ વધુ ઊંડાણપૂર્વક વિકસાવવામાં આવશે. 1ડી નેનો સામગ્રી પણ પર્યાવરણને અનુકૂળ અને ખર્ચ-અસરકારક છે. દ્વિ-પરિમાણીય નેનો સામગ્રી દ્વિ-પરિમાણીય નેનો સામગ્રીનું સૌથી મહત્વપૂર્ણ લક્ષણ એ છે કે તેના ગુણધર્મોને ચોક્કસપણે નિયંત્રિત કરી શકાય છે. આનો અર્થ એ છે કે 2D નેનો સામગ્રીઓને સરળતાથી સુધારી શકાય છે અને નેનોસ્ટ્રક્ચર્સ પર એન્જિનિયરિંગ કરી શકાય છે. આંતરસ્તરની જગ્યાને બિનસ્તર સામગ્રી માટે પણ હેરફેર કરી શકાય છે, જેને 2D નેનોફ્લુઇડિક ચેનલો કહેવાય છે. 2D નેનો સામગ્રીઓને છિદ્રાળુ માળખામાં પણ એન્જિનિયર્ડ કરી શકાય છે જેથી તેનો ઉપયોગ ઊર્જા સંગ્રહ અને ઉત્પ્રેરક કાર્યક્રમો માટે સરળ ચાર્જ અને સામૂહિક પરિવહન લાગુ કરીને કરી શકાય. 2ડી નેનો સામગ્રીમાં પણ કેટલાક પડકારો છે. સામગ્રીના ગુણધર્મોમાં ફેરફાર કરવાની કેટલીક આડઅસરો છે, જેમ કે પ્રવૃત્તિ અને માળખાકીય સ્થિરતા, જે જ્યારે એન્જિનિયર્ડ હોય ત્યારે સમાધાન કરી શકાય છે. ઉદાહરણ તરીકે, કેટલીક ખામીઓ સર્જવાથી ઉચ્ચ ઉત્પ્રેરક કામગીરી માટે સક્રિય સ્થળોની સંખ્યામાં વધારો થઈ શકે છે, પરંતુ આડઅસરો પણ થઈ શકે છે, જે સંભવતઃ ઉત્પ્રેરકની રચનાને નુકસાન પહોંચાડી શકે છે. બીજું ઉદાહરણ એ છે કે આંતરસ્તર વિસ્તરણ ઉત્પ્રેરક પ્રતિક્રિયામાં આયન પ્રસરણ અવરોધને ઘટાડી શકે છે, પરંતુ તે સંભવિત રીતે તેની માળખાકીય સ્થિરતાને પણ ઘટાડી શકે છે. આ કારણે, પ્રદર્શન અને સ્થિરતા વચ્ચે સમાધાન થાય છે. બીજો મુદ્દો ડિઝાઇન પદ્ધતિઓમાં સુસંગતતા છે. ઉદાહરણ તરીકે, હેટેરોસ્ટ્રક્ચર્સ એ ઇન્ટરલેયર સ્પેસ અને ઊર્જા સંગ્રહ ઉપકરણોમાં ઉત્પ્રેરકની મુખ્ય રચનાઓ છે, પરંતુ આ રચનાઓમાં ઉત્પ્રેરક પ્રતિક્રિયા અથવા ચાર્જ સંગ્રહ પદ્ધતિઓ પરની પદ્ધતિની સમજણનો અભાવ હોઈ શકે છે. 2ડી નેનોમટેરિયલ ડિઝાઇનની ઊંડી સમજણ જરૂરી છે, કારણ કે મૂળભૂત જ્ઞાન આ માળખાઓની રચના કરવાની સુસંગત અને કાર્યક્ષમ પદ્ધતિઓ તરફ દોરી જશે. ત્રીજો પડકાર આ તકનીકોનો વ્યવહારુ ઉપયોગ છે. સંગ્રહ અને પ્રક્રિયા દરમિયાન તેમની આંતરિક અસ્થિરતાને કારણે 2ડી નેનો સામગ્રીના પ્રયોગશાળા-સ્કેલ અને ઉદ્યોગ-સ્કેલ કાર્યક્રમો વચ્ચે મોટો તફાવત છે. ઉદાહરણ તરીકે, છિદ્રાળુ 2D નેનોમટેરિયલ માળખામાં પેકિંગની ઘનતા ઓછી હોય છે, જે તેમને ગાઢ ફિલ્મોમાં પેક કરવાનું મુશ્કેલ બનાવે છે. ઔદ્યોગિક સ્તરે આ સામગ્રીના ઉપયોગ માટે હજુ પણ નવી પ્રક્રિયાઓ વિકસાવવામાં આવી રહી છે. લીથિયમ-સલ્ફર આધારિત ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા ધરાવતી બેટરી લિ-આયન બેટરી હાલમાં સૌથી લોકપ્રિય ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ ઊર્જા સંગ્રહ પ્રણાલીઓમાંની એક છે અને પોર્ટેબલ ઇલેક્ટ્રોનિક્સથી લઈને ઇલેક્ટ્રિક વાહનો સુધીના ક્ષેત્રોમાં તેનો વ્યાપકપણે ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. જો કે, લી-આયન બૅટરીઓની ગુરુત્વાકર્ષણ ઊર્જા ઘનતા મર્યાદિત છે અને અશ્મિભૂત ઇંધણ કરતાં ઓછી છે. લિથિયમ સલ્ફર (લિ-એસ) બેટરી, જે લિ-આયન બેટરી કરતાં ઘણી વધારે ઊર્જાની ઘનતા ધરાવે છે, તે તાજેતરના વર્ષોમાં વિશ્વભરનું ધ્યાન આકર્ષિત કરી રહી છે. નેશનલ નેચરલ સાયન્સ ફાઉન્ડેશન ઓફ ચાઇનાના સંશોધનોનું એક જૂથ (ગ્રાન્ટ નં. 21371176 અને 21201173) અને નિંગબો સાયન્સ એન્ડ ટેક્નોલોજી ઇનોવેશન ટીમ (ગ્રાન્ટ નં. 2012B82001) એ નેનોસ્ટ્રક્ચર-આધારિત લિથિયમ-સલ્ફર બૅટરી વિકસાવી છે જેમાં ગ્રેફીન/સલ્ફર/કાર્બન નેનો-સંયુક્ત બહુસ્તરીય માળખાઓનો સમાવેશ થાય છે. સલ્ફરનું નેનોમોડિફિકેશન બૅટરીની વિદ્યુત વાહકતામાં વધારો કરી શકે છે અને સલ્ફર કેથોડમાં ઇલેક્ટ્રોન પરિવહનમાં સુધારો કરી શકે છે. મલ્ટીલેયર સ્ટ્રક્ચર (જી/એસ/સી) સાથે ગ્રેફીન/સલ્ફર/કાર્બન નેનોકોમ્પોઝિટ, જેમાં નેનોસાઇઝ્ડ સલ્ફરને રાસાયણિક રીતે ઘટાડેલી ગ્રેફીન શીટ્સની બંને બાજુએ સ્તરબદ્ધ કરવામાં આવે છે અને આકારહીન કાર્બન સ્તરોથી આવરી લેવામાં આવે છે, તેને ડિઝાઇન કરી શકાય છે અને સફળતાપૂર્વક તૈયાર કરી શકાય છે. આ માળખું એક સાથે સલ્ફરની ઉચ્ચ વાહકતા અને સપાટીનું રક્ષણ પ્રાપ્ત કરે છે, અને આમ ઉત્તમ ચાર્જ/ડિસ્ચાર્જ કામગીરીને જન્મ આપે છે. જી/એસ/સી સંયોજન લિ-એસ બેટરીઓ માટે ઉચ્ચ પ્રદર્શન ધરાવતી કેથોડ સામગ્રી તરીકે આશાસ્પદ લાક્ષણિકતાઓ દર્શાવે છે. સૌર કોષોમાં નેનો સામગ્રી ઇજનેરી નેનો સામગ્રી વર્તમાન પેઢીના સૌર કોષોના મુખ્ય નિર્માણ ખંડ છે. આજના શ્રેષ્ઠ સૌર કોષોમાં વિવિધ ઊર્જાઓ પર પ્રકાશને શોષવા માટે એકસાથે ગોઠવાયેલા વિવિધ સેમિકન્ડક્ટર્સના સ્તરો હોય છે પરંતુ તેમ છતાં તે સૂર્યની લગભગ 40 ટકા ઊર્જાનો જ ઉપયોગ કરે છે. વ્યાવસાયિક રીતે ઉપલબ્ધ સૌર કોષો ઘણી ઓછી કાર્યક્ષમતા ધરાવે છે (15-20%). નેનોસ્ટ્રક્ચરિંગનો ઉપયોગ સ્થાપિત ફોટોવોલ્ટેઇક (પી. વી.) તકનીકોની કાર્યક્ષમતામાં સુધારો કરવા માટે કરવામાં આવે છે, ઉદાહરણ તરીકે, આકારહીન સિલિકોન ઉપકરણોમાં વર્તમાન સંગ્રહમાં સુધારો કરીને, રંગ-સંવેદનશીલ સૌર કોષોમાં પ્લાઝમોનિક વૃદ્ધિ કરીને અને સ્ફટિકીય સિલિકોનમાં પ્રકાશની પકડમાં સુધારો કરીને. વધુમાં, નેનો ટેકનોલોજી નેનોમટેરિયલ્સના લવચીક બેન્ડગેપ્સનો ઉપયોગ કરીને અથવા ફોટોવોલ્ટેઇક ઉપકરણોની દિશા અને ફોટોન એસ્કેપ સંભાવનાને નિયંત્રિત કરીને પ્રકાશ રૂપાંતરણની કાર્યક્ષમતામાં વધારો કરવામાં મદદ કરી શકે છે. ટાઇટેનિયમ ડાયોક્સાઇડ (ટી. આઈ. ઓ. 2) તેની ઓછી કિંમત, પર્યાવરણીય સૌમ્યતા, પુષ્કળ બહુરૂપી, સારી સ્થિરતા અને ઉત્તમ ઇલેક્ટ્રોનિક અને ઓપ્ટિકલ ગુણધર્મોને કારણે છેલ્લા કેટલાક દાયકાઓમાં પી. વી. કોષોમાં ઉપયોગ માટે સૌથી વધુ તપાસ કરાયેલ મેટલ ઓક્સાઇડ પૈકીનું એક છે. જો કે, તેમનું પ્રદર્શન ટી. આઈ. ઓ. 2 સામગ્રીના ગુણધર્મો દ્વારા ખૂબ મર્યાદિત છે. એક મર્યાદા વિશાળ બેન્ડ ગેપ છે, જે ટી. આઈ. ઓ. 2 ને માત્ર અલ્ટ્રાવાયોલેટ (યુવી) પ્રકાશ પ્રત્યે સંવેદનશીલ બનાવે છે, જે સૌર વર્ણપટના માત્ર 5 ટકાથી ઓછા ભાગ પર કબજો કરે છે. તાજેતરમાં, કોર-શેલ સંરચિત નેનો સામગ્રીઓએ ખૂબ ધ્યાન ખેંચ્યું છે કારણ કે તેઓ કાર્યાત્મક પ્રણાલીમાં વ્યક્તિગત ઘટકોના એકીકરણનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે, જે સુધારેલા ભૌતિક અને રાસાયણિક ગુણધર્મો (દા. ત., સ્થિરતા, બિન-ઝેરી, વિખેરાઈ, બહુ-કાર્યક્ષમતા) દર્શાવે છે, જે અલગ ઘટકોમાંથી ઉપલબ્ધ નથી. ટી. આઈ. ઓ. 2 નેનોમટેરિયલ્સ માટે, આ કોર-શેલ સ્ટ્રક્ચર્ડ ડિઝાઇન તેમના ગેરફાયદાઓને દૂર કરવા માટે એક આશાસ્પદ રીત પ્રદાન કરશે, આમ પ્રદર્શનમાં સુધારો થશે. એકમાત્ર ટી. આઈ. ઓ. 2 મટિરિયલની સરખામણીમાં, કોર-શેલ સ્ટ્રક્ચર્ડ ટી. આઈ. ઓ. 2 કમ્પોઝિટ્સ ટ્યુન કરી શકાય તેવા ઓપ્ટિકલ અને ઇલેક્ટ્રિકલ ગુણધર્મો દર્શાવે છે, નવા કાર્યો પણ, જે અનન્ય કોર-શેલ સ્ટ્રક્ચર્સમાંથી ઉદ્ભવે છે. નેનોપાર્ટિકલ ઇંધણ ઉમેરણો નેનો સામગ્રીનો ઉપયોગ ઊર્જાનો વપરાશ ઘટાડવા માટે વિવિધ રીતે કરી શકાય છે. કાર્બન ઉત્સર્જન ઘટાડવા અને દહન ઇંધણની કાર્યક્ષમતા વધારવા માટે નેનોપાર્ટિકલ ઇંધણ ઉમેરણો પણ ખૂબ ઉપયોગી થઈ શકે છે. સેરિયમ ઓક્સાઇડ નેનોપાર્ટિકલ્સ તેમના ઉચ્ચ સપાટી વિસ્તાર અને વોલ્યુમ ગુણોત્તરને કારણે સળગાવી ન શકાય તેવા હાઇડ્રોકાર્બન અને અન્ય નાના કણોના ઉત્સર્જનના વિઘટનને ઉત્પ્રેરિત કરવામાં ખૂબ જ સારા હોવાનું દર્શાવવામાં આવ્યું છે, તેમજ એન્જિનની કાર્યક્ષમતા વધારવા અને NOx ઉત્સર્જનને અંકુશમાં રાખવા માટે એન્જિનના કમ્બશન ચેમ્બરની અંદર દબાણ ઘટાડે છે. કાર્બન નેનોપાર્ટિકલ્સના ઉમેરાએ પણ જેટ ઇંધણમાં બર્નિંગ દર અને ઇગ્નીશન વિલંબમાં સફળતાપૂર્વક વધારો કર્યો છે. બાયોડિઝલ અને ડીઝલ ઇંધણમાં આયર્ન નેનોપાર્ટિકલ એડિટિવ્સે પણ એક અભ્યાસમાં બળતણ વપરાશ અને હાઇડ્રોકાર્બનના વોલ્યુમેટ્રિક ઉત્સર્જનમાં 3-6%, કાર્બન મોનોક્સાઇડમાં 6-12% અને નાઇટ્રોજન ઓક્સાઇડમાં 4-11% નો ઘટાડો દર્શાવ્યો છે. જ્યારે નેનો સામગ્રીઓ ઘણી રીતે બળતણની ઊર્જા કાર્યક્ષમતામાં વધારો કરી શકે છે, ત્યારે તેમના ઉપયોગની ખામી પર્યાવરણ પર નેનોપાર્ટિકલ્સની અસરમાં રહેલી છે. બળતણમાં સેરિયમ ઓક્સાઇડ નેનોપાર્ટિકલ એડિટિવ્સ સાથે, આ ઝેરી કણોની માત્રા એક્ઝોસ્ટની અંદર ઉત્સર્જિત થઈ શકે છે. ડીઝલ ઇંધણમાં સેરિયમ ઓક્સાઇડ ઉમેરણો ફેફસામાં બળતરા અને ઉંદરોમાં બ્રોન્કિયલ એલ્વિઓલર લેવેજ પ્રવાહીમાં વધારો કરે છે તેવું દર્શાવવામાં આવ્યું છે. આ ચિંતાજનક છે, ખાસ કરીને ઉચ્ચ માર્ગ ટ્રાફિક ધરાવતા વિસ્તારોમાં, જ્યાં આ કણો એકઠા થવાની અને આરોગ્ય પર પ્રતિકૂળ અસરો થવાની સંભાવના છે. ડીઝલ ઇંધણના અપૂર્ણ દહન દ્વારા સર્જાયેલા કુદરતી રીતે બનતા નેનોપાર્ટિકલ્સ પણ ડીઝલના ધુમાડાના ઝેરીકરણમાં મોટો ફાળો આપે છે. બળતણમાં કૃત્રિમ નેનોપાર્ટિકલ્સનો ઉમેરો દહનને કારણે ઝેરી કણોના ઉત્સર્જનની ચોખ્ખી માત્રામાં ઘટાડો કરે છે કે કેમ તે નક્કી કરવા માટે વધુ સંશોધન હાથ ધરવાની જરૂર છે. આર્થિક લાભો ઊર્જાના સંગ્રહ, હસ્તાંતરણ અને સંગ્રહના સંદર્ભમાં નેનો ટેકનોલોજીનો ઉપયોગ કરવા તરફ પ્રમાણમાં તાજેતરનું પરિવર્તન સમાજ પર ઘણી હકારાત્મક આર્થિક અસરો ધરાવે છે અને ચાલુ રાખશે. નેનોટેકનોલોજી ગ્રાહક ઉત્પાદનોના વૈજ્ઞાનિકો અને ઇજનેરોને પ્રદાન કરે છે તે સામગ્રીનું નિયંત્રણ નેનોટેકનોલોજીના સૌથી મહત્વપૂર્ણ પાસાંઓમાંનું એક છે અને વિવિધ ઉત્પાદનોની કાર્યક્ષમતામાં સુધારા માટે પરવાનગી આપે છે. નેનો ટેકનોલોજીના ઉપયોગ દ્વારા ઉર્જાનો વધુ કાર્યક્ષમ સંગ્રહ અને સંગ્રહ ભવિષ્યમાં ઉર્જાના ખર્ચમાં ઘટાડો તરફ દોરી શકે છે, કારણ કે વધુ વિકાસ સાથે નેનો સામગ્રીની તૈયારીનો ખર્ચ ઓછો ખર્ચાળ બને છે. વર્તમાન ઊર્જા ઉત્પાદન સાથેનો એક મોટો મુદ્દો દહનના ઉપ-ઉત્પાદન તરીકે નકામી ગરમીનું ઉત્પાદન છે. આનું એક સામાન્ય ઉદાહરણ આંતરિક કમ્બશન એન્જિનમાં છે. આંતરિક કમ્બશન એન્જિન ગરમી તરીકે ગેસોલિનમાંથી લગભગ 64 ટકા ઊર્જા ગુમાવે છે અને આમાં સુધારો કરવાથી નોંધપાત્ર આર્થિક અસર થઈ શકે છે. જો કે, આ સંદર્ભમાં આંતરિક કમ્બશન એન્જિનમાં સુધારો કરવો એ પ્રદર્શનનો ત્યાગ કર્યા વિના અત્યંત મુશ્કેલ સાબિત થયું છે. પરમાણુ અનુરૂપ ઉત્પ્રેરક, પોલિમર પટલ અને સુધારેલા બળતણ સંગ્રહનો ઉપયોગ કરીને નેનોટેકનોલોજીના ઉપયોગ દ્વારા બળતણ કોષોની કાર્યક્ષમતામાં સુધારો કરવો વધુ બુદ્ધિગમ્ય લાગે છે. બળતણ કોષને કાર્યરત કરવા માટે, ખાસ કરીને હાઇડ્રોજન પ્રકાર માટે, હાઇડ્રોજન પરમાણુના પ્રોટોનથી ઇલેક્ટ્રોનને અલગ કરવા માટે ઉમદા-ધાતુ ઉત્પ્રેરક (સામાન્ય રીતે પ્લેટિનમ, જે ખૂબ ખર્ચાળ હોય છે) ની જરૂર પડે છે. જો કે, આ પ્રકારના ઉત્પ્રેરક કાર્બન મોનોક્સાઇડ પ્રતિક્રિયાઓ માટે અત્યંત સંવેદનશીલ હોય છે. આનો સામનો કરવા માટે, સિસ્ટમમાં કાર્બન મોનોક્સાઇડની સાંદ્રતા ઘટાડવા માટે આલ્કોહોલ અથવા હાઇડ્રોકાર્બન સંયોજનોનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. નેનો ટેકનોલોજીનો ઉપયોગ કરીને, ઉત્પ્રેરકોને નેનોફેબ્રિકેશન દ્વારા ડિઝાઇન કરી શકાય છે જે અપૂર્ણ દહનને મર્યાદિત કરે છે અને આમ કાર્બન મોનોક્સાઇડની માત્રામાં ઘટાડો કરે છે, પ્રક્રિયાની કાર્યક્ષમતામાં સુધારો કરે છે. નેનો ટેકનોલોજી ઊર્જા બળતણ કોષ સંદર્ભો નેનો ટેકનોલોજી ઊર્જા ટેકનોલોજી પણ જુઓ.