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 mi ne možemo da vidimo ništa 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 veoma drugačije u odnosu kada su u većem obliku.
Istraživanje i manipulisanje unutrašnjih karakteristika 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 još početkom 1990-ih godina. Ali danas vidimo da građevinska industrija zaostaje za drugim sektorima u primeni nanotehnologije.
Šta je nanotehnologija i šta bi ona mogla doneti 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 veličina 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, možete postići mehanička svojstva koja su uporediva sa čelikom - dodavanjem nanočestica u beton, moguće je postići mnogo gušći materijal, koji je jači i manje podložniji degradaciji od normalnog betona.
Uspon nanotehnologije
Nanotehnologija je privukla veliku količinu interesa širom sveta u poslednjih 10 do 20 godina. Najjasniji pokazatelj da se nešto posebno dešava u svetu nanotehnologije su investicije. Procenjeno je da su globalne investicije u nanotehnologiju za prošlu godinu iznosile oko 13 milijardi dolara. Nano-omogućeni proizvodi su doneli 731 milijardu dolara prihoda u 2012. godini. Prošlogodišnja procena je da će nanotehnologija doneti 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 Sjedinjenim Američkim Državama 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 dramatičnih novih nivoa performansi u smislu energije, težine, bezbednosti i inteligencije. Ovi koraci u svet nanotehnologije bi mogli dramatično promeniti prirodu ovih materijala i načina na koji naše 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, bi mogla 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 nam doneti beton koji se samozaceljuje bez ikakvih problema, rešava probleme smoga u vazduhu, obaveštava nadležne o pojavi konstruktivnih oštećenja, pojavu mikro kamera za video nadzor, prozora koji emituju svetlost, organskih fotonaponskih panela, pametnih materijala koji će se koristiti u građenju naše 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 nas i naše izgrađene sredine.
Nano revolucija će u budućnosti doneti i promene u enterijerima naših 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 on je dostupan 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 mag-netinih 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 vašoj tapeti možete upaliti lampu na drugom kraju sobe.
Putevi koji nadgledaju saobraćaj
Istraživači sa Univerziteta u Minesoti u Sjedinjenim Američkim Državama su razvili 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“ pro-izvodi 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.
Jeftiniji pametni prozori koji menjaju boju
Naučnici iz Nacionalne laboratorije za obnovljive izvore energije Sjedinjenih Američkih Država su stvorili novi, 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 koji prljavština ne može da se zadrži, eleminišući potrebu za skupim i opasnim ručnim pranjem prozora i staklenih fasada na visokim zgradama. Dosta kompanija nudi 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 više otporna na koroziju od konvencionalnih čelika, i može da smanji troškove postavke i do 50 odsto. Dodatni bonus 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 obećavaju brojne prednosti sa nano-poboljšanim građevinskim proizvodima, uključujući:
- Prozore sa malim ili nikakvim potrebnim održavanjem;
- Dugotrajne podove otporne na grebanje i habanje;
- Super jake konstruktivne elemente;
- Poboljšane dugotrajnije kućne boje;
- Zdravije i sigurnije unutrašnje sredine;
- Antimikrobske čelične površine;
- Poboljšano industrijsko održavanje zgrada;
- Zgrade koje troše manje energije;
- Dugotrajnije 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 će biti za oko deset godina.
Koncept „Desertec“ zamišlja perspektivu održivog snabdevanja energijom za Evropu, Bliski istok i S. 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 slično, bilo prilikom proizvodnje ili korišćenja. Nanočestice mogu ući u telo i preko vode kada se ona filtrira preko komercijalno dostupnih nanofiltera.
Novo istraživanje posmatra čvrsti otpad koji je 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 - one su radile u slabo provetrenoj fabrici gde su prskanjem nanosile poliakrilne boje koje su sadržale nanočestice. Dugotrajnim izlaganjem ovim okolnostima, nesrećne 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.
Zaključak
Sve je veći fokus na naučnim inovacijma u oblasti građevinarstva; postoji povećano interesovanje u široj industrijskoj primeni nanotehnologije, posebno u građevinarstvu, i postoji veoma veliko interesovanje za potencijalne energetske i ekološke dobiti koje nano gradnja može ponuditi.
Uvođenje nanotehnologije u arhitekturu i građevinarstvo je tek počelo, a možemo očekivati njeno kompletno uvođenje u izgrađene prostore u bliskoj budućnosti. U ne tako dalekoj budućnosti, nanotehnologija može odvesti građevinske materijale (premaze, panele, izolaciju, staklo...) do dramatičnih nivoa performansi u pogledu uštede i proizvodenje energije, apsorpcije i otpuštanja svetlosti, bezbedonosnih i sigurnosnih poboljšanja i inteligentnih karakteristika. Uz sve moguće napretke koje nanotehnologija može doneti, nisu ni zapostavljeni rizici koji postoje njenim korišćenjem i oni se takođe opsežno istražuju.
Kao rezultat svega toga, postoji mnogo istraživanja u polju nanotehnologije u arhitektonskim primenama, a nanotehnologija će biti veoma podržavajuća tehnologija u ekonomskom, estetskom i funkcionalnom razvoju arhitekture.
