Ondanks zijn omvang maakt nanotechnologie een industriële impact
Het opkomende gebied van nanotechnologie is lang beschouwd als obscuur, zo niet zelfs een beetje eng. Nanotechnologie bewijst echter haar potentieel in verschillende sectoren, waardoor bedrijven gaan nadenken over hoe hun organisatie kan profiteren van minuscule machines en materialen. Hier zijn zes gebieden waar nanotechnologie al een enorme belofte heeft laten zien.
1) Nanomedicine
Met dragersystemen op nanoschaal kunnen medicijnen veel gerichter en efficiënter worden toegediend. Nanogeneeskunde combineert chemische en mechanische eigenschappen om patiënten en practici te helpen, waarbij wordt getracht geneesmiddelen te vervaardigen die het bedoelde gebied veel sneller bereiken dan traditionele injecties of pillen. In tegenstelling tot bestaande geneesmiddelen kunnen nanodeeltjes bepaalde biologische barrières in het lichaam passeren.
Ondanks talloze studies blijft nanogeneeskunde echter grotendeels theoretisch. Op dit moment is het meeste werk op het gebied van nanogeneeskunde beperkt gebleven tot klinische proeven en moet het nog doorbreken in de reguliere gezondheidszorg. Toch zal de wereldmarkt voor nanogeneeskunde volgens een rapport van Transparency Market Research tegen het eind van het jaar naar verwachting een waarde van 177,6 miljard dollar bereiken. Toekomstige toepassingen zouden behandelingen voor verschillende ziekten kunnen omvatten, zoals Alzheimer, kanker en diabetes, maar ook de aanpak van antimicrobiële resistentie en nano-engineering van weefsel.
2) Fabricage
Veel van de discussie rond nanotechnologie gaat over hoe deze kan worden gebruikt bij de fabricage. Door processen op nanoschaal uit te voeren, kunnen de kosten worden verlaagd, kan de efficiency worden verbeterd en kan de kwaliteit van materialen worden verbeterd. ArcelorMital produceert bijvoorbeeld met nanodeeltjes ingebed staal waarmee het lichtere, dunnere, maar sterkere balken en platen kan maken. MesoCoat heeft een nanocomposietcoating, CermaClad genaamd, ontwikkeld voor pijpen in de olie-industrie om weerstand te bieden tegen corrosie. De coating kan worden aangebracht bij een lagere temperatuur en met een hogere snelheid dan conventionele methoden, wat leidt tot lagere kosten en goedkopere pijpen.
Een andere interessante nano-innovatie in de fabricage zijn diamantstiften op nanoschaal. In samenwerking met onderzoekers van de Universiteit van Illinois en de Universiteit van Pennsylvania heeft Advanced Diamond Technologies een nieuw type nano-tip voor thermische verwerking gecreëerd die volledig uit diamant bestaat. Het klinkt overdreven, maar laten we niet vergeten dat de diamanten tips een diameter van 10 nm hebben…
3) Energie
Een van de belangrijkste takken van energie waar nanotechnologie geacht wordt bijzondere mogelijkheden te hebben, is zonne-energie. In nano-gemanipuleerde zonnecellen vergemakkelijken kleinere deeltjes en materialen met verschillende moleculaire structuren een hogere energie-absorptie. Helaas zijn de pogingen van NanoSolar om nanozonnecellen op de markt te brengen mislukt, en het bedrijf zag zich in 2013 genoodzaakt zijn deuren te sluiten. In recentere jaren is er opnieuw belangstelling voor zonne-energie. Er is nu een lange lijst van zonne-energiebedrijven die gebruik zouden kunnen maken van nanotechnologie in hun producten.
Naast zonne-energie wordt nanotechnologie ook toegepast in lithium-ionbatterijen. Candace Chan, een professor in engineering aan de Arizona State University, heeft een methode ontwikkeld om batterijen veiliger te maken door de brandbare vloeistof in batterijen te vervangen door vaste, lithiumgeleidende keramische nanomaterialen. Een breder gebruik van nanomaterialen in de bouw kan ook de efficiëntie van zowel verlichting als verwarming verbeteren, omdat nanodeeltjes veel beter zijn in absorptie.
4) Elektronica
In een wereld die wordt gedomineerd door gegevens, is het van vitaal belang om informatie snel en op schaal te verwerken. Gelukkig kan nanotechnologie op het gebied van elektronica de kleinere, snellere en krachtigere chips leveren die nodig zijn om aan de eisen van big data te voldoen. Met behulp van koolstofnanobuisjes ontwikkelde nanotechbedrijf Nantero een NRAM-geheugenchip (Nanotube Based Nonvolatile Random Access Memory) ter vervanging van Flash-geheugenchips met hoge dichtheid.
Intel zag ook al snel de voordelen in van elektronica aangedreven door nanotech. In 2014 lanceerde het bedrijf de eerste 14nm-processor voor dunne, ventilatorloze pc’s. De Core M-chip was 50 procent kleiner en 30 procent dunner dan zijn voorganger, en al snel werden verdere plannen onthuld voor een 10nm-versie. Toen, in 2015, onthulde een consortium onder leiding van Intels concurrent IBM een 7nm-testchip. De chip is het resultaat van een vijf jaar durend, 3 miljard dollar kostend onderzoeksproject. Met andere woorden, dankzij nanotech leeft de Wet van Moore voort.
5) Voedsel
Nanotechnologie helpt om het wereldwijde probleem van voedselverspilling op te lossen door voedsel en voedselverpakkingen duurzamer en resistenter tegen bacteriën te maken. Als voedsel langer houdbaar is, zal het minder door consumenten worden weggegooid of door supermarkten worden geweigerd. Zo worden bijvoorbeeld klei-nanocomposieten gebruikt in flessen, dozen en verpakkingsfilms om een ondoordringbare barrière te vormen voor gassen zoals zuurstof of kooldioxide. In verpakkingen zijn nanodeeltjes van zilver aangebracht om bacteriën te doden, en er worden nanosensoren ontwikkeld om bacteriën en andere verontreinigingen zoals salmonella op te sporen in verpakkingsbedrijven.
In het groeistadium kunnen netwerken van nanosensoren en -dispensers worden gebruikt op boerderijen en velden om te herkennen wanneer een plant voedingsstoffen of water nodig heeft. De dispensers kunnen dan de nodige meststoffen, voedingsstoffen of water vrijgeven voordat de plant tekenen van een tekort vertoont. Nanopesticiden zouden de chemische impact op planten kunnen verminderen doordat ze pas worden geactiveerd als ze door een insect worden opgenomen.
6) Slimme steden
Alle bovenstaande voorbeelden laten zien waarom nanotechnologie van groot belang zal zijn bij de bouw van slimme stadsinfrastructuren. Slimme steden creëren een monumentale hoeveelheid gegevens die tussen en binnen netwerken moeten worden verzonden. Nano enabled millimetergolftechnologie zoals mmLink van Teraphysics is een voorbeeld van hoe nanotech dit veel gemakkelijker kan maken, door gegevens te transporteren zonder een ondersteunende infrastructuur. In 2017 lanceerde Teraphysics een crowdfundingcampagne en het is ook gesprekken aangegaan met grote draadloze operators. Het uiteindelijke doel van het bedrijf is om het door nano’s mogelijk gemaakte netwerk te gebruiken om een ruggengraat te bieden voor de adoptie van 5G.
Andere toepassingen omvatten het gebruik van nanomaterialen in elektriciteitscentrales, waterzuiveringsfaciliteiten en weginfrastructuur, evenals de installatie van nanosensoren om luchtvervuilingsniveaus en andere milieumetriek te monitoren.
Een kleine stap…
Nanotechnologie gaat niet alleen over piepkleine, autonome robots. De gezondheidszorg is de meest enthousiaste toepasser in deze sector. Recente toepassingen in de energiesector, met name op het gebied van zonne-energie, hebben bijgedragen aan de belangstelling van het bedrijfsleven voor nanotechnologie. En nu smart cities van theorie in realiteit overgaan, kan nanotechnologie een antwoord bieden op gegevensdilemma’s. Bovendien draagt nanotechnologie nu al bij tot een duurzamer milieu. Nanotechnologie is de pagina’s van sciencefiction ontstegen en biedt nu kansen voor vrijwel elke bedrijfstak.