Amerikalı fizikçi Richard Feynman’ın 1959 yılında yaptığı “Altta Çok Yer Var” başlıklı konuşmasında ilk kez ortaya attığı “nanoteknoloji”, günümüzde hem çok sık duyduğumuz hem de sık kullandığımız kavramlardan biri.
Nanoteknolojinin gündelik hayatımızdaki kullanımı ve enerji sektöründeki önemine geçmeden önce, bu terimin ne anlama geldiğine bakalım.
Nanoteknoloji nedir?
Nanoteknoloji Avrupa Komisyonu tarafından şöyle tanımlanıyor: Atomları ve molekülleri milimetrenin 100 milyonda biri olan 100 nanometre düzeyinde işleyerek yapılan cihazları ve sistemleri tasarlamaya, üretmeye ve kullanmaya adanmış bilim ve mühendislik dalı. “Nano” kelimesi milimetre ya da santimetre gibi belirli bir büyüklüğü tanımlamak için kullanılıyor; bir nanometre de bir metrenin milyarda birine ya da bir milimetrenin milyonda birine eşit bir ölçü birimi. Başka bir deyişle nanoteknoloji, 1 ila 100 nanometre arasında değişen boyutlarda yapılan bilim, mühendislik ve teknoloji çalışmalarının bütününe verilen ismi ifade ediyor.
Nanoteknolojiyi günlük yaşamımızda nasıl kullanıyoruz?
Gündelik yaşamımızda bu teknolojiyi sıkça kullandığımızdan bahsetmiştik. Buna birkaç örnek verelim. Nanoteknolojinin kozmetik sektöründe kullanımı oldukça yaygın. Güneş koruyucuları, nemlendiriciler ve antioksidanlar gibi ürünlerde nano boyutlu bileşenler, ürünlerin cilde daha iyi nüfuz etmesini ve etkinliğini artırmasını sağlıyor. Nanoteknoloji elektronik cihazlarda da sık kullanılıyor. Özellikle yarıiletken teknolojisindeki ilerlemeler sayesinde, daha küçük ve güçlü cihazlar üretmek mümkün oluyor. Nanomalzemeler, daha verimli güneş pilleri veya daha yüksek kapasiteli bataryalar gibi enerji depolama sistemleri için kullanılabiliyor. Böylece enerji verimliliği sağlamak daha kolay olabiliyor. Nanoteknoloji bunların yanı sıra gıda ve gıda ambalajı, temizlik malzemeleri, ilaç endüstrisi gibi pek çok alanda da kullanılabiliyor.
Ortalama bir insan parmağı milyonlarca nano metre uzunluğunda olduğundan, çıplak elle atomları tutmaya ve taşımaya çalışmanın bir anlamı yoktur. Bu kilometrelerce uzunlukta bir çatalla yemek yemeye çalışmak gibi bir iş olur. Neyseki, bilim adamları şaşırtıcı bir icat olan elektron mikroskobunu geliştirmeyi başardı. Bu mikroskop sayesinde nano ölçekteci cisimleri görebiliyor ve manipüle edebiliyoruz. Bu elektron mikroskoplarına Atomik Güç Mikroskopları (atomic force microscopes (AFMs)), tarama probu mikroskopları (scanning probe microscopes (SPMs)) ve taramalı tünel mikroskopları (scanning tunneling microscopes (STMs)) adı verilmekte.
Elektron mikroskobunun temel çalışma prensibi, ışık huzmesi göndererek görülmesi mümkün olmayacak kadar küçük parçaları görmek için elektron hüzmeleri göndermektir. Nanoskopik mikroskop ise daha da küçük maddeleri görmek için elektronik ve quantum etkilerini kullanır. Bu tür mikroskopların ucunda küçük bir de probe bulunmaktadır. Bu probe sayesinde Lego tuğlaları gibi atomlar ile oynanabilir ve istenen şekilde hizalanabilir. 1989 senesinde, IBM’de görev yapan araştırmacı Don Eigler, bu tür bir mikroskop kullanarak atomları I-B-M yazacak şekilde dizmeyi başardı. Başka bilim adamları da, aynı yöntemi nano ölçekte gitar, kitap ve benzeri şeylerin fotğraflarını oluşturacak biçimde dizmeyi başardı. Bu uğraşlar aslen insanları nanoteknolojinin gücü ile etkilemeyi hedefleyen boş uğraşlar olarak görülebilir. Öte yandan bu çalışmalar dışında da pek çok yararlı girişim tarihe geçmeyi başardı.
Peki nanoteknoloji kullanan ürünler nasıl bir fayda sağlıyor? Mesela gündelik hayatımızda kullandığımız gözlükler, bilgisayar ve kamera ekranlarını ele alalım. Bu ürünlerin üzerinde şeffaf nano ölçekli filmler var. Nano malzemeler sayesinde kullandığımız ürünler su ve kalıntı geçirmez, yansıma önleyici, kendi kendini temizleyen, ultraviyole veya kızılötesi ışığa dayanıklı, buğu önleyici, antimikrobiyal, çizilmeye karşı dayanıklı veya elektriği iletken hale gelebiliyor.
Nanoteknoloji enerji alanında verimlilik ve artı fayda sağlıyor
Pek çok sektörde avantajlarından yararlandığımız nanoteknoloji, enerji sektöründe de yaygın olarak kullanılan bir teknoloji. Öncelikle dünyanın artan enerji taleplerinin karşılanmasına yardımcı olmak için alternatif enerji yaklaşımlarını büyük ölçüde geliştirdiğini söyleyebiliriz.
Ulusal Nanoteknoloji Girişimi (NNI)’ya göre nanoteknoloji, iklim değişikliğiyle mücadele ve sürdürülebilirlik çerçevesinde uygun fiyatlı ve yenilenebilir enerji kaynaklarının yanı sıra enerji tüketimini azaltmanın ve çevremizi olumsuz etkilerden korumanın da anahtarlarından biri. Peki nasıl?
“Nanoteknoloji, iklim değişikliğiyle mücadele ve sürdürülebilirlik çerçevesinde uygun fiyatlı ve yenilenebilir enerji kaynaklarının yanı sıra enerji tüketimini azaltmanın ve çevremizi olumsuz etkilerden korumanın da anahtarlarından biri.”
Nanoteknoloji, daha iyi kataliz yoluyla ham petrol malzemelerinden yakıt üretiminin verimliliğini artırıyor. Aynı zamanda daha yüksek verimli yanma ve daha az sürtünme yoluyla araçlarda ve enerji santrallerinde yakıt tüketiminin azaltılmasına da olanak tanıyor. Açık deniz petrol ve gaz çıkarımı operasyonlarında, nanoteknolojinin etkin olduğu gaz kaldırma valflerini kullanmak veya kuyu dibindeki mikroskobik petrol boru hattı çatlaklarını tespit etmek için nanopartiküller kullanılıyor. Nanoteknoloji, güneş ışığını daha verimli bir şekilde elektriğe dönüştürmek için güneş panellerinde kullanılabiliyor. Bu da maliyeti daha düşük olarak güneş enerjisi elde edebilmek anlamına geliyor.
Zira nanoyapılı güneş pillerinin üretimi daha ucuz ve kurulumu daha kolay. Nanoteknoloji; daha hızlı şarj olan, daha verimli, daha hafif, daha yüksek güç yoğunluğuna sahip ve elektrik yükünü daha uzun süre tutan birçok yeni pil türünün geliştirilmesinde de kullanılıyor. Rüzgâr değirmenlerinin üretebileceği elektrik miktarını artırmak için diğer kanatlardan daha uzun, daha güçlü ve daha hafif olan yel değirmeni kanatlarının yapımında karbon nanotüpler içeren bir epoksi kullanılıyor. Nanoteknoloji gelişmeye devam eden bir teknoloji.
Bilim insanları nanobilim temelli araştırmaları son hızla devam ediyor. Örneğin; Bilim insanları kullanılabilir elektrik enerjisi için hareket ve yerdeki atık ısıyı kullanabilecek teknolojiler üzerine çalışıyorlar. Aynı zamanda karbondioksiti enerji santrali egzozundan ayırmak için karbon nanotüp membranlar üzerine çalışmalar yapıyorlar. Elektrik şebekesinde kullanılan yüksek gerilim tellerinden çok daha düşük dirence sahip olacak ve böylece iletim güç kaybını azaltacak karbon nanotüpler içeren teller geliştiriyorlar. Nanoteknolojinin petrokimya sektöründeki kullanım alanları neler? Petrokimya endüstrisinde nanoteknoloji ile üretilen ileri düzeydeki malzemelerin üretimi sektörde büyük bir dönüşüm yaratıyor.
Nanoteknoloji, petrokimya temelli ürünlerin daha etkili ve çeşitli şekillerde kullanılmasıyla birlikte üretim süreçlerinde de verimlilik sağlıyor. Nanoteknoloji, atık yönetimi ve su arıtma gibi alanlarda çevre dostu çözümler sunabiliyor. Bunu da birkaç maddede örneklendirelim. Katalizör geliştirme: Nanoteknoloji, petrokimya endüstrisinde katalizör geliştirme sürecinde yaygın olarak kullanılıyor. Nano boyutlu katalizörler, kimyasal reaksiyonların hızını artırabiliyor, istenmeyen yan ürünlerin oluşumunu azaltabiliyor ve enerji maliyetlerini düşürebiliyor.
Hali hazırda nano teknolojiyi kullanıyor olabilirsiniz. Belki nanoteknolojiye sahip pantolon veya ayakkabı giyiyorsunuz, belki gece nano teknoloji ile üretilen çarşaflarda yatıyorsunuz, belki de seyahatlerinizde nano teknolojili valiz ile yolculuk ediyorsunuz. Tüm bu ürünlerin kumaşları nano ölçekte kaplanıyor. Üst katmandaki bu minik katman sayesinde kir altlara geçemiyor ve alttaki katmanlar temiz kalıyor. Bazı güneş kremleri de nano teknolojiyi aynı mantıkla kullanıyor. Bu ürünler cildinizin üstünde nano ölçekte titanyum dioksit ve çinko oksit katmanı oluşturarak güneşin zararlı ışınlarını engelliyor. Nano kaplamalar, arabaların tamponlarını korumak, paslanma önleyici boyalar üretmek ve benzeri şeyler için de kullanılmaktadır.
Karbon nanotubeler nano materyaller arasında en dikkat çekenleridir. Bu çubuk şeklindeki karbon molekülleri, yaklaşık bir nanometre genişliğide. İçleri boş olsa da, bu çubukların yüksek yoğunluktaki yapısı, onları bir hayli sert bir hale getirdiği gibi, hemen her şeyin içerisinde de kullanılabilir olmasına izin veriyor. Yakın zaman önce NASA’da görev yapan bilim adamları, dünya yüzeyinden uzaya yapılabilecek bir asansör sisteminde bu karbon nanotubelerin kullanılabileceğini belirtti. İnsanlar ve gerekli malzemeler bu karbon nanotube asansör sayesinde yavaşça uzaya çıkarılıp indirilebilir. Üstelik bu sayede uzaya roket fırlatmak için harcanan para ve zamandan da tasarruf edilebilir.
Polimer malzemeler: Polimer malzemeler: Nanoteknoloji, polimer malzemelerin geliştirilmesinde kullanılıyor. Nano boyutlu katkı maddeleri, polimerlerin dayanıklılığını, esnekliğini ve termal özelliklerini artırabiliyor. Bu da daha dayanıklı ve işlevsel polimerlerin üretilmesini sağlıyor. Koruyucu kaplamalar: Nanomalzemeler, petrokimya ürünlerinin taşımacılığı ve depolanması sırasında kullanılan kaplamalarda etkili olabiliyor.
Yüksek dayanıklılık ve korozyon direnci sağlayarak boru hatları veya depolama tankları gibi altyapı unsurlarının ömrünü uzatabiliyor. Ham madde iyileştirmesi: Nanoteknoloji, ham petrol işleme ve rafinasyon süreçlerinde kullanılabiliyor. Nano boyutlu katkı maddeleri veya membran teknolojileri, rafineri süreçlerinde verimliliği artırabiliyor ve ürünlerin kalitesini iyileştirebiliyor.
Sensörler ve monitörleme: Nanoteknoloji, endüstriyel süreçlerde kullanılan hassas sensörlerin geliştirilmesinde de etkili. Bu sensörler, petrokimya tesislerindeki sıcaklık, basınç, kimyasal bileşim gibi parametreleri izleyerek süreçlerin daha kontrol edilebilir olmasını sağlıyor.
Nanomalzemelerin bazı alanlarda özellikle insan sağlığı için ciddi risk yaratabileceği düşünülüyor. Dizel makinelerde ve enerji santrallerinde kullanılan “ultra küçük” partiküller taşıdıkları metal ve hidrokarbonlarla akciğerlere ciddi zarar verme potansiyeline sahip. Vücuda deri yoluyla veya sindirim sitemiyle girebilen nanomalzemeler ise yarattıkları serbest radikallerle DNA ve hücrede hasara neden olma potansiyeli gösteriyor. Ayrıca kan dolaşım sistemiyle taşınmaları durumunda beyin-kan bariyerini geçebilmeleri de endişe uyandırıyor. Son olarak insan vücudu doğal oluşan element ve moleküllere tolerans gösterebilirken doğal bağışıklığın oluşmadığı yeni bileşenlerle karşılaştığında bunları toksik olarak algılayıp önlem almaya çalışabilir. Bu da bağışıklık sisteminin aşırı çalışmasıyla vücuda zarar verebilir. Nanoteknolojiyle üretilen nanomalzemelerin gelecekte yaratabileceği sağlık riskleri araştırılmaya devam ederken bilinmeyenlerin fazlalığı ise endişe uyandırıyor.
Nanoteknoloji nedeniyle dünyanın karşı karşıya kaldığı en büyük dezavantajlardan biri olarak, nanoteknolojideki büyük gelişme nedeniyle geleneksel tarım, imalat ve sanayi alanlarında yaşanan istihdam eksikliği gösteriliyor.
Teknoloji, akıllıca ve toplumun iyiliği için kullanıldığında, doğaya eşsiz bir katkı sağlamaktadır. Nanoteknoloji alanındaki gelişmelere geniş bir perspektiften baktığımızda birbirinden farklı onlarca alanı etkilediğini söylemek mümkündür. Ancak nanoteknolojinin dünyaya sunduğu olanaklara ve gelişmelere rağmen, potansiyel riskleri olduğunu da unutmamak gerekir. Günümüz ve gelecek teknolojilerinin temelinde yatan bu alandaki ilerlemeler, insanoğlunun yeni ufuklara yol almasında önemli bir basamak olacaktır.
