Во иднина, нанотехнологијата може да игра значајна улога во решавањето на многу проблеми поврзани со заштитата на животната средина. Станува збор, пред сè, за употреба на наноуреди во системи за истражување и контрола на производи и отпад од различни хемиски индустрии, за создавање нови „чисти“ технологии со минимално ослободување на штетен производствен отпад, како и за рециклирање. отпад во депониите и чистење на загадени водни тела. Во иднина се планира да се врши континуиран мониторинг и третман на големи површини од животната средина со цел нивно чистење од многу мали честички на загадувачи содржани во водата (големина< 300 нм) и в воздухе (< 20 нм).
Исто така, потребно е да се земе предвид дека самите наноструктурирани материјали можат да предизвикаат загадување на животната средина што го загрозува здравјето на луѓето. Загадувањето може да се поврзе со постоечката технологија (на пример, наночестичките во издувните гасови на дизелот) или со нови супстанции или технолошки процеси. Во многу случаи нанотехнологијатапретставуваат нови производни процеси и нивните потенцијални еколошки опасности мора внимателно да се проценат.
Сложените физичко-хемиски процеси кои вклучуваат наноструктури играат значајна улога во многу феномени кои ја одредуваат изолацијата, ослободувањето, мобилноста и биорасположивоста на различни супстанции (корисни и штетни) во животната средина. Микропроцесите што се случуваат на интерфејсите помеѓу природните физички и биолошки системи одредуваат различни проблеми во медицината и биологијата. Проучувањето на динамиката на процесите специфични за наноструктурите во природните системи не само што ќе ни овозможи да ги разбереме механизмите на пренос и биолошката асимилација на супстанциите, туку и ќе ги искористиме за подобрување на еколошката состојба.
Голем број на природни наночестички и наноструктурирани супстанции се присутни во атмосферата, геолошките карпи, водните средини и биолошките системи, но нивното влијание врз здравјето на луѓето сè уште не е систематски проучено. Во некои случаи (на пример, со кварцни и азбестни влакна) се откриени штетни ефекти на наночестичките, во други потенцијалните опасности се чини дека се мали. Покрај тоа, треба да се земе предвид дека аеросолите од честички со нано големина постојано се вклучени во различни атмосферски физичко-хемиски процеси.
Нанотехнологијата
веќе имаа значително влијание врз многу индустрии поврзани со животната средина и енергијата. Некои примери на такви технологии се дадени подолу.
Намалување на производниот отпад и зголемување на енергетската ефикасност.
Најзабележителни успеси се постигнати во развојот на нови методи на катализа, каде што употребата на реагенси со нано големина во многу случаи овозможи драматично да се зголеми ефикасноста на каталитичките реакции (брзина, принос) и во хомогени и во хетерогени системи. . Употребата на материјали со нано големина (на пример, аергел или ксерогел V205) во катодите на литиумските батерии значително го зголемува нивниот капацитет, работниот век и стапките на полнење/празнење.
Еколошки композитни материјали
Компатибилноста на композитните материјали со нано туѓи подмножества отвора можност за производство на висококвалитетни материјали за посебни намени (на пример, за системи за филтрирање). Врз основа на таквите композити, можно е да се создадат системи кои се карактеризираат со зголемена отпорност на влијанија од околината, долг работен век, ниски трошоци за одржување и поправка и ниско влијание врз животната средина. Врз основа на нив, можно е да се произведат лесни и мали структури и уреди кои се карактеризираат со мала потрошувачка на енергија. Композитните наноматеријали се карактеризираат со голема структурна разновидност и можат да бидат или многу едноставни (челик со вклучување на оксиди или нитриди) или многу сложени (хетерогени композити со однапред одредена, високо функционална структура).
Рециклирање
Наноструктурните материјали се повеќе се користат во процесите на преработка и отстранување на отпадот, од оксидација на органски загадувачи со користење на честички TiO до врзување на атоми на тешки метали со апсорбери на нано размери. Во многу случаи, честичките активирани со зрачење (во раствори или аеросоли) може да се користат како оксидирачки агенси. Неодамна беше откриено дека честичките TiO со нано големина изложени на УВ зрачење можат да го прочистат воздухот од различни загадувачи, вклучувајќи опасни органски соединенија, клетки, вируси и токсични хемикалии. Честичките со нано големина, по соодветна хемиска обработка на нивната површина (формирање на деривативни соединенија) со лиганди или реагенси, можат ефикасно да ги врзат атомите на тешки метали или да ги пасивираат контаминираните површини. Покрај тоа, се претпоставува дека нанотехнологијатаќе овозможи хемиските производствени процеси да се организираат на таков начин што при нив ќе се создава помалку отпад. Површинска хемија е проучување на материјали со специјално дизајнирани наноструктурирани површини кои ќе овозможат да се појават потребните реакции при производство на минимална количина на отпад.
Конверзија на енергија
Процесите поврзани со производството на енергија (вклучувајќи го и директното производство на електрична енергија и екстракција на гориво што треба да се транспортира) предизвикуваат непоправлива штета на животната средина. Наносистемите можат да ја формираат основата за производство на енергија врз основа на обновливи извори на енергија, чија работа произведува многу помалку штетен отпад. Пример е гореспоменатата употреба на материјали од нано или мезоскала во батериски електроди или горивни ќелии за возила.
Растенијата се поранливи на токсични наночестички доколку нивните родители се одгледуваат во контаминирана почва, според новата студија објавена во NanoImpact. Резултатите ја истакнуваат важноста од подобрување и проширување на истражувањето за ефектите на наноматеријалите врз растенијата.
Во друг труд објавен во NanoImpact, научниците предупредуваат дека нашето знаење за ризиците за земјоделството поврзани со употребата на нанотехнологијата и влијанието на наноматеријалите врз растенијата, особено прехранбените култури, не е доволно и дека е време да се преиспита.
Нанотехнолошката индустрија продолжува да расте со брзо темпо. Се заснова на употреба на ситни честички, со големина од еден милијардити дел од метар, за широк спектар на технолошки апликации - од крема за сончање до батерии.
Наночестичките се користат во илјадници комерцијални производи, што го прави невозможно да се запре нивната акумулација во околината. Сепак, за разлика од многу други материјали, тие можат да бидат многу реактивни и да имаат уникатни влијанија врз здравјето и безбедноста на луѓето и животната средина.
Една важна крајна точка за наночестичките се земјоделските почви. Наночестичките се пренесуваат во почвата преку наводнување и ѓубрење од постројките за третман на отпадни води. Поради ова, културите може да бидат предмет на зголемена изложеност на наночестички во почвата во која растат.
Покрај тоа, нанотехнологијата има потенцијал да го револуционизира земјоделството на ист начин како што ги револуционизира медицината и комуникациите, така што истражувачите треба да разберат како таа влијае не само на растенијата што моментално се одгледуваат, туку и на идните генерации на култури.
„Треба да ги истражиме ефектите на наночестичките врз растот на растенијата сега“, рече д-р Џејсон С. Вајт од Земјоделската експериментална станица во Конектикат, САД, кој е еден од научниците кои повикуваат на повеќе истражувања. „Секоја технологија има и ризици и придобивки, па дури и во случаи кога придобивките може да бидат огромни, ризиците мора внимателно да се проучат. Потребни се повеќе истражувања за ефектите на наночестичките врз повеќе генерации растенија“.
Д-р Ма од Универзитетот А&М во Тексас и други истражувачи ги проучувале ефектите на наночестичките од цериум оксид врз здравјето и приносот на растенијата во три генерации растенија - прв пат е направено такво сеопфатно истражување. Одгледале три генерации растенија Брасика рапаво почва контаминирана со цериум оксид и го проучувал ефектот на наночестичките врз растот и репродукцијата на растенијата. Нивните резултати покажаа дека таквата изложеност го намалува квалитетот на семињата и настрадаа следните генерации растенија, а приносите се намалија. Следните генерации, исто така, покажаа повеќе знаци на стрес отколку нивните „родители“ под исти услови на одгледување.
„Нашата студија значително го проширува разбирањето на интеракциите меѓу растенијата и наночестичките и ефектите на наночестичките врз посевите отколку повеќето претходни студии“, рече д-р Ма.
Супстанциите создадени на нивна основа се нарекуваат наноматеријали, а методите на нивното производство и употреба се нарекуваат нанотехнологии. Со голо око, едно лице може да види предмет со дијаметар од приближно 10 илјади нанометри.
Алманах „Разбирање на нанотехнологијата“ Разбирање на нанотехнологијата забележува дека и покрај фактот што терминот „нанотехнологија“ стана многу популарен во последниве години, дури и луѓето кои го поддржаа развојот на оваа гранка на науката и технологијата често имаат многу груба идеја за за што зборуваме. Значајно е што зборот „нанотехнологија“ не се појавува во академскиот речник на американскиот англиски вебстер речник од 1966 година, и покрај фактот што дотогаш долго време се вршеле истражувања во наносферата.
Соединетите Држави одвоија значителни буџетски средства за развој на нанотехнологијата за прв пат во времето на претседателот Бил Клинтон. Во говорот кој го објави овој факт (направен во 2000 година), Клинтон објасни дека нанотехнологијата овозможува да се создаде од парче супстанција со големина на коцка шеќер материјал кој е десет пати појак од челикот. Оваа дефиниција сега се доживува како вулгарна и крајно примитивна, но не постои гаранција дека сегашните дефиниции за нанотехнологијата нема да станат застарени во догледна иднина и нема да изгледаат како кошмарен анахронизам. Веројатно најголемата шанса за преживување ја дава дефиницијата дадена од Рита Колвел, директорка на американската национална научна фондација: „Нанотехнологијата е порта кон друг свет“.
Глобалните трошоци за нанотехнолошки проекти сега надминуваат 9 милијарди долари годишно. Соединетите Американски Држави сега сочинуваат приближно една третина од сите глобални инвестиции во нанотехнологијата. Други главни играчи на ова поле се Европската унија и Јапонија. Истражувањата во оваа област активно се спроведуваат и во земјите од поранешниот СССР, Австралија, Канада, Кина, Јужна Кореја, Израел, Сингапур, Бразил и Тајван. Проекциите покажуваат дека до 2015 година, вкупниот број на вработени во различни сектори на нанотехнолошката индустрија би можел да достигне 2 милиони луѓе, а вкупната вредност на стоките произведени со употреба на наноматеријали ќе биде најмалку неколку стотици милијарди долари и веројатно приближно до 1 трилион долари.
Нанотехнологијата обично се дели на три вида. Индустриската употреба на наночестичките во боите за автомобили и авто-козметиката е пример за „пораснатите“ нанотехнологии. „Еволутивните“ нанотехнологии се претставени со нано сензори кои користат флуоресцентни својства на квантните точки (од 2 до 10 нанометри во дијаметар) и електричните својства на јаглеродните наноцевки (од 1 до 100 нанометри во дијаметар), иако овие случувања се уште се во повој. „Радикалните“ нанотехнологии сè уште не се појавија; тие можат да се видат само во научно-фантастични трилери. Треба да очекуваме и конвергенција на овие три технологии.
Сепак, транзицијата од лабораториско производство кон масовно производство е полн со значителни предизвици, а сигурната обработка на материјалите во наноскала на потребниот начин сè уште е многу тешко економски да се реализира. Во моментов, наноматеријалите се користат за производство на заштитни и апсорбирачки облоги, спортска опрема, транзистори, диоди што емитуваат светлина, горивни ќелии, лекови и медицинска опрема, материјали за пакување храна, козметика и облека. Нанонечистотиите базирани на цериум оксид веќе се додаваат во дизел горивото, што овозможува да се зголеми ефикасноста на моторот за 4-5% и да се намали степенот на загадување на издувните гасови. Во 2002 година, тениските топчиња создадени со нанотехнологија беа користени за прв пат на Дејвис купот.
Севкупно, американската индустрија и индустријата на другите развиени земји сега користат нанотехнологија во производствениот процес на најмалку 80 групи на стоки за широка потрошувачка и над 600 видови суровини, компоненти и индустриска опрема. Во Соединетите Американски Држави, федералните трошоци само за нанотехнолошките програми и проекти се зголемија од 464 милиони долари во 2001 година на 1 милијарда долари во 2005 година. Според Конгресната служба за истражување, САД планираат да одвојат 1,1 милијарди долари за овие цели во 2006 година. Уште 2 милијарди долари беа потрошени во 2005 година од американските корпорации за истите цели (нанолабораториите беа создадени од бизнис гиганти како HP, NEC и IBM, универзитетите и властите на одделни држави).
Наноутре без облаци
Во последните години беа објавени многу оптимистички прогнози за примената на нанотехнологијата. Карактеристиките на материјалите во нано размери се разликуваат од големите размери поради фактот што во нано размер површината на површината по единица волумен е исклучително голема. Нанотехнологијата може радикално да ги промени методите кои моментално се користат во микроелектрониката, оптоелектрониката и медицината. Затоа, нанотехнологијата има навистина огромен потенцијал.
Познатиот научник Џеј Сторс ХолЈ. Сторс Хол, автор на популарната научна книга „Nanofuture“Nanofuture: What's Next For Nanotechnology, тврди дека нанотехнологијата радикално ќе ги промени сите области од човечкиот живот. Врз нивна основа, може да се создадат стоки и производи, чија употреба ќе револуционизира цели сектори Тие вклучуваат наносензори за идентификација на токсичен отпад од хемиската и биотехнолошката индустрија, лекови, агенси за хемиска војна, експлозиви и патогени микроорганизми, како и филтри за наночестички и други уреди за прочистување дизајнирани да ги отстранат или неутрализираат. Уште еден пример на ветувачки наносистеми во блиска иднина се електричните автопати.кабли базирани на јаглеродни наноцевки, кои ќе спроведуваат високонапонска струја подобро од бакарните жици и во исто време тежат пет до шест пати помалку.Наноматеријалите во голема мера ќе ги намалат трошоците за автомобилските катализатори кои ги чистат издувните гасови од штетни нечистотии, бидејќи со нивна помош е можно за 15-20 пати да се намали потрошувачката на платина и други вредни метали што се користат во овие уреди. Постојат сите причини да се верува дека наноматеријалите ќе најдат широка примена во индустријата за рафинирање на нафта и во такви нови области на биоиндустријата како геномика и протеомика.
Физичарот Тед Сарџент, автор на книгата „Танцот на молекулите“ против специфични патогени. Реј Курцвеил, автор на книгата Фантатично патување: Живеј доволно долго за да живееш некогаш, предвидува дека е можно да се создадат лекари на нанороботи кои ќе можат да „живеат“ во човечкото тело, елиминирајќи ја сета штета што се случува или спречувајќи ја нејзината појава.
Теоретски, нанотехнологијата може да му обезбеди на човекот физичка бесмртност поради фактот што наномедицината може бескрајно да ги регенерира клетките кои умираат. Списанието Scientific American предвидува дека медицинските помагала со големина на поштенска марка ќе се појават во блиска иднина. Ќе биде доволно да ги нанесете на раната. Овој уред самостојно ќе спроведе тест на крвта, ќе утврди кои лекови треба да се користат и ќе ги инјектира во крвта.
Се очекува дека првите роботи базирани на нанотехнологијата ќе се појават веќе во 2025 година. Теоретски е можно тие да можат да конструираат каков било објект од готови атоми. Нанотехнологијата има потенцијал да го револуционизира земјоделството. Молекуларните роботи ќе можат да произведуваат храна, заменувајќи ги земјоделските растенија и животни. На пример, теоретски е можно да се произведува млеко директно од трева, заобиколувајќи ја средната врска - крава. Нанотехнологијата може да ја стабилизира и еколошката ситуација. Новите видови индустрија нема да произведуваат отпад што ја труе планетата. Неверојатни перспективи се отвораат и на полето на информатичката технологија. Нанороботите се способни да го оживеат сонот на писателите на научна фантастика за колонизација на други планети - овие уреди ќе можат на нив да создадат живеалиште неопходно за човечкиот живот. Џош Волф, уредник на Forbes/Wolfe Nanotech Report, пишува: „Светот едноставно ќе биде обновен. Нанотехнологијата ќе потресе сè на планетата“.
Кратка наноисторија
Научниот историчар Ричард Д. Букер забележува дека историјата на нанотехнологијата е исклучително тешко да се создаде поради две причини - прво, „нејасната“ природа на самиот овој концепт. На пример, нанотехнологијата често не е „технологија“ во вообичаената смисла на зборот. Второ, човештвото отсекогаш се обидувало да експериментира со нанотехнологијата, без воопшто да го знае тоа.
Чарлс П. Пул, автор на книгата „Вовед во нанотехнологијата“, дава илустративен пример: во Британскиот музеј се наоѓа таканаречената „Ликургска чаша“ (на ѕидовите на чашата се прикажани сцени од животот на овој голем спартански законодавец). направен од стари римски занаетчии - содржи микроскопски честички од злато и сребро додадени на стаклото. Под различно осветлување, чашата ја менува бојата - од темно црвена до светло златна. Слични технологии беа користени за создавање на витражи во средновековните европски катедрали.
Грчкиот филозоф Демокрит може да се смета за татко на нанотехнологијата. Околу 400 п.н.е. Прво го употребил зборот „атом“, што на грчки значи „нераскинлив“ за да ја опише најмалата честичка на материјата. Во 1661 година, ирскиот хемичар Роберт Буле објави статија во која го критикува тврдењето на Аристотел дека сè на Земјата се состои од четири елементи - вода, земја, оган и воздух (филозофска основа на тогашната алхемија, хемија и физика). Бојл тврдеше дека сè се состои од „трупови“ - ултра мали делови кои, во различни комбинации, формираат разни супстанции и предмети. Потоа, идеите на Демокрит и Бојл беа прифатени од научната заедница.
Веројатно за прв пат во модерната историја, нанотехнолошкиот пробив постигнал американскиот пронаоѓач Џорџ Истман (подоцна ја основал познатата компанија Кодак), кој произведувал фотографски филм (ова се случи во 1883 година).
1905 година Швајцарскиот физичар Алберт Ајнштајн објави труд во кој докажа дека големината на молекулата на шеќер е приближно 1 нанометар.
1931 година Германските физичари Макс Нол и Ернст Руска создадоа електронски микроскоп, кој за прв пат овозможи да се проучуваат нанообјекти.
1968 година Алфред ЧоАлфред Чо и Џон Артур Џон Артур, вработени во научниот оддел на американската компанија Бел, ги развија теоретските основи на нанотехнологијата во површинскиот третман.
1974 година Јапонскиот физичар Норио Танигучи го воведе зборот „нанотехнологија“ во научната циркулација, што тој предложи да ги нарече механизми со големина помала од еден микрон. Грчкиот збор „нос“ значи „гном“ и се однесува на милијарди делови од една целина.
1981 година Германските физичари Герд Биниг и Хајнрих Рорер создадоа микроскоп способен да прикажува поединечни атоми.
1985 година Американските физичари Роберт Курл, Харолд КротоХаролд Крото и Ричард СмалиРичард Смали создадоа технологија која овозможува прецизно мерење на објекти со дијаметар од еден нанометар.
1986 година Нанотехнологијата стана позната на пошироката јавност. Американскиот футурист Ерик ДрекслерЕрик Дрекслер објави книга во која предвиде дека нанотехнологијата наскоро ќе почне активно да се развива.
1989 година Доналд АјглерДоналд Ајглер, вработен во IBM, го претстави името на својата компанија со ксенонски атоми.
1993 година Во Соединетите Американски Држави почна да се доделува наградата Фајнман, која го носи името на физичарот Ричард П. атомско ниво. Во 1965 година, Фајнман ја доби Нобеловата награда за неговото истражување во областа на квантната електродинамика, сега едно од областите на нанонауката.
1998 година Холандскиот физичар Сиз Декер создаде транзистор базиран на нанотехнологија.
1999 година Американските физичари Џејмс Тур Џејмс Тур и Марк РидМарк Рид утврдија дека поединечна молекула може да се однесува на ист начин како и молекуларните синџири.
2000 година. Администрацијата на САД го поддржа создавањето на Националната иницијатива за нанотехнологија. Истражувањето за нанотехнологијата доби владино финансирање. Тогаш од федералниот буџет беа издвоени 500 милиони долари.
2001 – Марк А. Ратнер, автор на книгата „Нанотехнологија: нежен вовед во следната голема идеја“, верува дека нанотехнологијата станала дел од човечкиот живот во 2001 година. Потоа се случија два значајни настани: влијателниот научен магазин Science ја нарече нанотехнологијата „пробив на годината“, а влијателниот бизнис магазин Форбс ја нарече „нова ветувачка идеја“. Во денешно време, изразот „нова индустриска револуција“ периодично се користи во однос на нанотехнологијата.
фантомска закана
Историјата непобитно покажува дека речиси сите корисни пронајдоци и научни и технички достигнувања не само што придонесуваат за развојот на економијата, туку и го изложуваат човештвото на нови, а понекогаш и тешко предвидливи опасности.
Во 2004 година, Credit Suisse First Boston објави аналитички извештај за иднината на нанотехнологијата. Во него се наведува дека нанотехнологијата е класична „технологија за општа намена“. Други технологии за општа намена - парни мотори, електрична енергија и железници - станаа основа за индустриските револуции. Иновациите од овој вид обично започнуваат како многу груби технологии со ограничени случаи на употреба, но потоа брзо се шират во други области од животот. Ова го започнува „процесот на креативно уништување“ (процес во кој нова технологија или производ обезбедува нови можности и подобри решенија, што резултира со целосна замена на претходната технологија или производ, бидејќи струјата ја замени пареата, а електронската пошта го замени телеграфот) . Во блиска иднина, креативното уништување не само што ќе продолжи, туку и ќе се забрза, а нанотехнологијата ќе биде во нејзиното јадро. Заклучок: „Повеќето од компаниите наведени во тековниот индустриски просек на Дау Џонс веројатно нема да бидат таму за дваесет години“.
Ерик Дрекслер Ерик Дрекслер, основач и раководител на истражувањето на Институтот за предвидување, автор на книгата „Мотори на создавањето“, нагласува дека денес купувачот на индустриски производ плаќа за неговиот дизајн, материјали, работна сила, трошоци за производство, транспорт, складирање и продажба. организација. Ако нанофабриките можат да произведат широк спектар на производи во секое време и каде било, повеќето од овие операции ќе станат непотребни. Затоа, не е познато како нано-производството ќе влијае на цените и стапките на невработеност. Флексибилноста на производството со нанотехнологија и способноста за производство на радикално подобри производи значи дека конвенционалните производи нема да можат да се натпреваруваат со производите од нанофабриките во многу области. Доколку технологијата на нанофабриките е во сопственост или контролирана од која било организација, тоа би можело да доведе до „нова монополизација“.
Центарот за одговорна нанотехнологија предвидува дека производите од нанотехнологијата ќе бидат исклучително вредни според денешните стандарди. Монополот ќе им овозможи на сопствениците на технологијата да поставуваат високи цени за сите производи за да остварат голем профит. Сепак, тоа значи дека милиони луѓе на кои им е потребна нема да имаат пристап до витална, евтина технологија. Со текот на времето, конкуренцијата ќе ги намали цените, но рано монопол е веројатно. Освен тоа, „сиромашните“ земји во светот немаат капацитет да финансираат наноистражување. Исто така, малку е веројатно дека ќе се дозволи постоење на нерегулиран комерцијален пазар за нанотехнологија.
Има и други аспекти на проблемот. Терористите и криминалците кои ќе добијат пристап до нанотехнологијата може да предизвикаат значителна штета на општеството. Хемиското и биолошкото оружје ќе биде поопасно, а ќе биде многу полесно да се сокријат. Ќе може да се создадат нови видови оружје за убивање на далечина, што ќе биде многу тешко да се открие или неутрализира. Фаќањето криминалец по извршување на слично кривично дело исто така ќе стане потешко. Од друга страна, државата ќе добие нови можности. Теоретски е возможно да се создадат многу мали, евтини суперкомпјутери кои можат да работат тајни, тековни програми за надзор на населението. Огромен број уреди за надзор може да се произведат по прилично скромни трошоци. Со можност за изградба на милијарди сложени уреди по вкупна цена од неколку долари, секоја автоматизирана технологија што може да се примени на едно лице може да се примени за секого. Секое сценарио за физичка или психолошка контрола со користење на екстремните можности на нанотехнологијата ќе изгледа научно-фантастично и неверојатно.
Новите работи и промените во вообичаениот начин на живот може да доведат до олабавување на темелите на општеството. На пример, медицинските уреди кои овозможуваат релативно лесно менување на структурата на мозокот или стимулирање на одредени делови од мозокот да произведуваат ефекти кои имитираат каква било форма на ментална активност, може да станат основа за „зависност од нанотехнологијата“.
Нанотехнологијата има и светла воена иднина. Во моментов, воените истражувања во светот се вршат во шест главни области: технологии за создавање и спротивставување на „невидливоста“, енергетски ресурси, системи за самолекување (на пример, овозможувајќи ви автоматски да ја поправите оштетената површина на тенк или авион или да промените неговата боја), комуникациите, како и уреди за откривање на хемиски и биолошки агенси.загадување. Уште во 1995 година, Дејвид Е. Џеремаја, поранешен член на Здружениот Генералштаб, изјавил: „Нанотехнологијата има потенцијал радикално да го промени балансот на силите, повеќе дури и од нуклеарното оружје“.
Можно е да се замисли уред со големина на најмалиот инсект (околу 200 микрони) способен да пронајде незаштитени луѓе и да им вбризгува отрови. Смртоносната доза на ботулински токсин е 100 нанограми, или околу 1/100 од волуменот на целиот уред. 50 милијарди вакво оружје - доволно за да се убие секој човек на Земјата - може да се чуваат во куфер. Огненото оружје ќе стане многу помоќно - а куршумите ќе станат дома. Воздухопловната технологија би можела да биде многу полесна и подобра, направена со малку или без метал, што го отежнува откривањето со радар. Вградените компјутери ќе ви овозможат да активирате секаков вид оружје на далечина, а покомпактните извори на енергија во голема мера ќе ги подобрат можностите на борбените роботи.
Аналитичарот Том Мекарти, автор на написот „Молекуларната нанотехнологија и светскиот систем“, тврди дека нанотехнологијата ќе помогне да се намали нивото на економско влијание на одделни држави. За време на воените операции, армиите ќе претпочитаат да уништуваат луѓе отколку воена опрема или индустриски претпријатија. Нанотехнологијата ќе овозможи да се организира индустриско производство дури и во региони каде што нема минерални суровини. Тие ќе ги направат малите групи целосно самодоволни, што може да придонесе за колапс на државите.
Проценка на ризик
САД и другите земји се обидуваат да го проценат ризикот од користење и подобрување на нанотехнологијата. Меѓутоа, во Соединетите Американски Држави, финансирањето за анализа на потенцијалните закани од употребата на наноматеријали е сè уште многу мало.
Според проценките на експертите од Проектот за новите нанотехнологии, нивната вкупна сума е само 39 милиони долари - односно само 4% од сите средства за нанотехнологијата кои доаѓаат од федералната каса. Сосема скромен е и бројот на проекти за кои се издвојуваат овие средства - приближно 160.
На сослушувањето на Научниот комитет на Претставничкиот дом на САД, претставниците на еколошките движења и индустриските корпорации едногласно изјавија дека трошоците за разјаснување на еколошките и медицинските аспекти на употребата на наноматеријалите треба да изнесуваат од 10 до 20 проценти од сите владини трошоци за нанотехнологијата. .
Ваквата состојба веќе предизвика многу алармантни предупредувања од експерти. Наночестичките лесно продираат во телото на човекот и животните преку кожата, респираторниот систем и гастроинтестиналниот тракт. Сега нема сомнеж дека некои нанообјекти можат да имаат токсичен ефект врз клетките на различни ткива. Особено, јаглеродните наноцевки, кои се сметаат за еден од најперспективните наноматеријали во блиска иднина, имаат таков ефект.
Ситуацијата е комплицирана од фактот што многу наноструктури се произведуваат на повеќе од еден начин. Оваа околност го зголемува опсегот на ризици со кои може да се соочат или веќе се соочуваат работниците во нанотехнолошката индустрија. Од друга страна, дава причина да се претпостави дека надворешно истите нанопроизводи, произведени со различни технологии, ќе имаат различни ефекти врз луѓето и нивната околина.
Во декември 2004 година, Советот за научна политика на Агенцијата за заштита на животната средина на САД создаде работна група од експерти задолжени за подготовка на Бела книга за опасностите од нанотехнологијата. Точно една година подоцна беше објавена нацрт-верзија на овој документ.
Авторите на проектот Бела книга започнуваат со дефиниција на предметот на нивната анализа. Тие ја дефинираат нанотехнологијата како „истражување и развој на атомско, молекуларно и макромолекуларно ниво на скала на големина од еден до сто нанометри; создавање и употреба на вештачки структури, уреди и системи кои, поради нивните ултра мали димензии, имаат значително нови својства и функции; манипулација со материјата на скала на атомско растојание“. Оваа дефиниција е доволно широка за да ги вклучи не само постоечките материјали и производи, туку и оние системи што ќе се појават само за десет до дваесет години.
Сепак, до денес, информациите за последиците од неконтролираното ослободување на наночестички во животната средина остануваат прилично оскудни. Авторите на проектот Бела книга ја нагласуваат потребата да се пополнат овие информативни празнини што е можно побрзо. Тие нагласуваат дека неодамна започна сериозното проучување на однесувањето на наночестичките во животната средина. Познато е, на пример, дека наночестичките можат да се акумулираат во воздухот, почвата и отпадните води, но науката сè уште нема доволно податоци за прецизно моделирање на таквите процеси. Наночестичките може да се уништат со светлина и хемикалии, како и со контакт со микроорганизми, но овие процеси сè уште не се добро разбрани. Наноматеријалите, по правило, подлежат на хемиски трансформации полесно од поголемите објекти со ист состав, и затоа се способни да формираат сложени соединенија со претходно непознати својства. Оваа околност ги зголемува технолошките изгледи на нанообјектите и во исто време не принудува да посветиме посебно внимание на ризиците поврзани со нив.
Друга малку истражена област се последиците од контактот на наночестичките со живите клетки и ткива. Нема сомнение дека многу наноматеријали имаат токсични ефекти. На пример, вдишувањето на наночестички од полистирен не само што предизвикува воспаление на ткивото на белите дробови, туку предизвикува и тромбоза на крвните садови. Постојат докази дека јаглеродните наночестички можат да предизвикаат срцеви нарушувања и да ја потиснат активноста на имунолошкиот систем. Експериментите на аквариумски риби и кучиња покажаа дека фулерените, полиатомски сферични јаглеродни молекули со големина од неколку нанометри, можат да го уништат мозочното ткиво. Навлегувањето на наночестичките во биосферата е полн со многу последици, кои се уште не е можно да се предвидат поради недостаток на информации.
Авторите на Белата книга силно препорачуваат да се забрзаат големите истражувања насочени кон разјаснување на опасностите и ризиците поврзани со загадувањето на животната средина од наночестички. Поточно, потребно е да се открие на кои начини се случува биоразградувањето на наночестичките и како тоа влијае на еколошките синџири во живата природа.
Кларенс Дејвис дојде до слични заклучоци. Кларенс Дејвис, научен соработник во Центарот Вудро Вилсон, автор на извештајот „Управување со ефектот на нанотехнологијата“. Тој забележува дека нанотехнологијата е „нова реалност“ која сè уште не е подложна на владините регулативи. Исклучително е тешко да се користат постоечките закони за оваа намена. Затоа, итно е да се создадат фундаментално ново законодавство, нови механизми и регулаторни институции (вклучувајќи ги и меѓународните) - во спротивно џинот може да избега од шишето и последиците од тоа да бидат најнепријатни.
За време на конференцијата посветена на проблемите со биосигурноста на нанотехнологијата, научниците предложија владата да донесе одредени прописи за контрола на производите од наноиндустријата.
Владите на многу земји во денешно време организираат специјални конференции и издвојуваат значителни суми пари за проучување на влијанието на нанотехнологијата врз животната средина.
Едно од прашањата што го поставуваат и научниците и обичните луѓе, особено жителите на мегаградите, е воздухот што го вдишуваме. Не е тајна дека присуството на огромен број болести, хроничен бронхитис и астма, вклучително и вродени случаи на оваа болест, се објаснуваат со токсични и загадени емисии во атмосферата од индустриските претпријатија и уредите за домаќинство.
Во овој поглед, научниците спроведуваат истражување за однесувањето на наночестичките во атмосферата и последиците од нивното вдишување од страна на луѓето. Како резултат на експериментите врз лабораториски глодари, откриена е висока чувствителност на епителните клетки на респираторниот систем на наночестички, кои се акумулирале во носните премини на експерименталните животни, предизвикувајќи ринитис и други потешки болести.
Не помалку внимание привлекува и проблемот со влијанието на наноматеријалите врз животната средина. Така беше спроведена студија за еколошките ризици од пет главни типови наноматеријали, вклучувајќи наноцевки, квантни точки и баки топки. Истражувачите идентификуваа различни видови на ризици од контаминација за различни процеси на операции, вклучително и производство на лекови и рафинирање на нафта. Врз основа на добиените податоци, професорот по животна средина во написот заклучува дека создавањето наноматеријали претставува помал ризик од сегашните индустриски процеси.
Наночестичките кои влегуваат во почвата нема да предизвикаат забележителна штета на екосистемот. Беа спроведени голем број експерименти во кои фулерените беа ставени во различни видови почви, а потоа беше проучено нивното однесување и нивното влијание врз микроорганизмите и минералите. Фулерените се рамковни сферични полиедри составени од правилни петаголници и шестоаголници со јаглеродни атоми на темињата. Значајните промени може да бидат фатални за елементите на растителните синџири на исхрана. Сепак, резултатите од набљудувањата покажаа дека не произведува никаква негативна динамика: микроорганизмите се живи и здрави, рамнотежата на супстанциите не е засегната.
Нанотехнологијата, секако, придонесува за техничкиот напредок на човештвото - научниците редовно известуваат за нови успеси кои можат да ги променат животите и секојдневниот живот на луѓето на подобро. Наночестичките развиени со помош на нанотехнологијата можат да помогнат во лекувањето на ракот, но некои наночестички, напротив, можат да предизвикаат рак во човечкото тело. Наночестичките од титаниум диоксид (TiO2), кои сега се наоѓаат во многу храна, се акумулираат во телото и доведуваат до системско генетско оштетување. Наночестичките од титаниум диоксид (TiO2) предизвикуваат скршеници на ДНК со една и двојна верига и исто така доведуваат до оштетување на хромозомот.
Штом титаниумските наночестички ќе влезат во телото, тие се акумулираат во различни органи, бидејќи телото нема механизми за нивно отстранување. Поради нивната мала големина, тие лесно продираат во клетките и почнуваат да влијаат на нивните елементи.
Обемот на употреба на наночестички во производството на козметика расте секоја година и, според производителите, нема ништо лошо во тоа. Некои екологисти заземаат поинаков став. Употребата на наночестички во козметиката не е помалку штетна од адитивите на арсен и олово, сметаат австралиските претставници на меѓународната еколошка организација Friends of the Earth. Во сите случајно избрани тест групи на производи, истражувачите пронајдоа наночестички.
Нанотехнологијата се користи во козметиката многу пошироко отколку што веруваат потрошувачите. Покрај тоа што содржат наночестички, седумдесет проценти од тестираните производи содржеле хемиски засилувачи кои го олеснуваат наночестичките да навлезат во кожата во крвотокот. Многу популарни производители и брендови на козметика не ги избегнаа обвинувањата. Наночестички беа пронајдени во производите на Clinic, Lacom, L'Oreal, Max Factor, Revlon, Yves Saint Laurent, и покрај тоа што тие не беа наведени во составот. Но, производителот на козметика Кристијан Диор не само што вклучи наночестички во составот на производи, но ги посочи и во листата на состојки.
Резултатите од студијата јасно укажуваат на опасностите од новата козметика. Во 2009 година, Европската унија воведе закон со кој бара сите креми за сончање кои содржат наноматеријали и наночестички да бидат подложени на тестирање до 2012 година.
Овој случај не е прв пат еколозите и научниците да го покренуваат прашањето за опасноста што може да ја претставува модерната нанотехнологија. Конкретно, некои научници веруваат дека појавата на наночестички во атмосферата на индустриско ниво може да ја промени климата на Земјата, а исто така предупредуваат за опасностите од јадење храна создадена со помош на нанотехнологијата
Американските научници открија значително количество наночестички во атмосферата на Земјата, кое продолжува да се зголемува. Според нивното мислење, наночестичките, кои ги рефлектираат сончевите зраци, можат сериозно да ја променат климата на планетата, предизвикувајќи уште едно ледено доба.
Според најновите набљудувања на американските научници, атмосферата на нашата планета веќе содржи значително количество наночестички кои се невидливи за окото, но можат да влијаат на временските процеси.
Бројот на наночестички се зголемува во различни делови на светот, но зошто тоа се случува останува мистерија. Научниците го проучуваа прашањето како се формираат наночестичките и како нивниот број се зголемува кога тие се во интеракција со различни органски испарувања.
Сепак, тие успеаја да откријат дека некои видови органски материи брзо растат во атмосферата. Кога ќе се соберат во големи количини, тие ја рефлектираат сончевата светлина назад во вселената - еден вид обратен ефект на стаклена градина. Освен тоа, забележуваат научниците, ширењето на наночестички во воздухот може да ги влоши болестите како што се астма, емфизем и други белодробни заболувања.
Во март 2008 година, повеќе од стотина научници од целиот свет се состанаа во Швајцарија на конференцијата nanoECO за да разговараат за проблемите поврзани со влијанието на синтетизираните наночестички врз животната средина. Иако нано-екотоксикологијата е младо поле на истражување, беа презентирани интересни и важни резултати. Се разбира, фокусот беше на нерешените проблеми: како и во колкави количини наночестичките од „нанопроизводите“ влегуваат во животната средина; какво ќе биде, на пример, нивото на загадување на реките и почвата; кои аналитички методи можат да се користат ефективно?
Прашањето за применливоста на истражувачките методи е многу важно. Х. Круг во својот извештај истакна дека податоците за токсичноста на јаглеродните наноцевки (CNT), заедно со металните нечистотии присутни во нив (препознатлив ефект), може да бидат под влијание и од реагенсите што се користат за експерименти ин витро! Во овој случај, заклучоците за опасностите од наноцевките може да се покажат како лажни. Затоа, при проценката на токсичноста, многу е важно правилно да се карактеризираат не само самите наноматеријали, туку и аналитичките методи кои се користат во студиите.
„Зелена“ хемија, „зелена“ енергија... Овие термини се појавија на крајот на минатиот век и веднаш станаа многу популарни. Во последниве години, интересот за заштеда на ресурси, еколошки прифатливи зелени технологии е енормно зголемен, а инвестициите во фирмите за зелена технологија постојано се зголемуваат. Извештајот на Б. Карн е посветен на „зелената нанотехнологија“. Зелената нанотехнологија, како што објаснува авторот, е начин на создавање и употреба на наноматеријали и нанопроизводи без да се наштети на животната средина и здравјето на луѓето. Така, од една страна, зелената нанотехнологија се однесува на производство на наноматеријали и производи со користење на принципите на зелена хемија и зелени технологии (која ја подобрува животната средина на индиректен начин), а од друга страна, создавање нанопроизводи кои се директно вклучени во решавањето на минати, сегашни и идни проблеми, поврзани со заштитата на природата и здравјето на луѓето (на пример, сорбенти за третман на отпадни води или вода за пиење, нови катализатори, енергетски системи).
Резултатите од компјутерското моделирање на транспортот на трите најчести типови наночестички (nano-Ag, nano-TiO 2 и CNTs), претставени во извештајот на швајцарските научници Б. Новак и Н. Мулер, се покажаа како толку интересни дека тие беа целосно објавени во списанието „Environmental Science & Technology“ и коментирани во јунскиот број на Nature Nanotechnology. Ајде да ги разгледаме подетално.
Наночестичките Ag и TiO 2 се најшироко користени во производите за широка потрошувачка. Се верува дека нано-среброто има антимикробни, антифунгални и други корисни својства, а нано-TiO2 се произведува во големи количини за употреба во самочистење, антифулирачки, антимикробни премази и бои, и во козметиката како апсорбер на УВ (само Австралија има повеќе 300 регистрирани производи за сончање кои содржат наночестички TiO2. Третиот проучуван наноматеријал, јаглеродните наноцевки, нема потреба од вовед за нашите редовни читатели.
Моделот ги користеше следните влезни податоци: проценки на глобалното производство, концентрации на наночестички во различни производи, принос на наночестички од производите и параметри на протокот во животната средина (од согорувачи на отпад, депонии и/или постројки за третман на отпадни води) и помеѓу него области (воздух, почва, вода). Се разгледува целиот циклус на употреба на производи кои содржат наночестички, од производство до депонирање. Овој тип на модел најчесто се користи при одредување на изложеноста на хемиски производи.
Авторите направија проценка на ризик за три области на животната средина - вода (реки и езера), воздух, почва во Швајцарија (сл. 1). Беа разгледани две сценарија - реални ( RE – реално), врз основа на достапни информации и најлош случај ( HE – висока изложеност), врз основа на проценките кои сугерираат повисоки концентрации. Резултатите беа споредени со вредности кои, според токсиколошките студии, не предизвикуваат негативни ефекти ( PNEC – предвидена концентрација без ефект). Ризикот беше изразен како однос на предвидената еколошка концентрација на PEC ( PEC – предвидени еколошки концентрации) до PNEC. Материјалите за кои овој сооднос е помал од еден се сметаат за безбедни.
Сл.1. Можна дистрибуција на наноматеријали во околината (воздух; почва, вегетација; почва покриена со вегетација; вода; седименти)
За жал, невозможно е да се најде список на сите производи што содржат наночестички. Многу производители не информираат за нивната достапност. Ситуацијата веројатно ќе се промени на подобро во наредните години, но засега авторите користеле параметри за анализа, од кои некои се претставени во Табела 1.
Табела 1. Параметри кои се користат за моделирање на транспорт на наночестички во Швајцарија
| Наночестички | Категорија на производ | % од вкупната количина | Метод на селекција | % | Областа за избор |
| нано-Аг | текстил | 10 | абразија при употреба триење при перење отстранување распаѓање |
5 | воздухот Чистење на одводи горење ѓубре жив систем жив систем жив систем |
|
козметика |
25 | употреба отстранување |
95 | Чистење на одводи горење ѓубре |
|
| аеросоли средства за чистење |
15 |
употреба отстранување абразија |
95 | воздух, отпадни води, почва горење ѓубре Чистење на одводи |
|
| метални производи | 5 |
отстранување распаѓање абразија |
47,5 | жив систем горење ѓубре жив систем Чистење на одводи |
|
| пластика | 10 | отстранување распаѓање |
50 | горење ѓубре жив систем почва, отпадни води |
|
| распаѓање отстранување |
45 | жив систем место за отстранување |
|||
| нано-TiO 2 | пластика | 2 | абразија отстранување |
5 | воздух, отпадни води горење ѓубре |
|
козметика |
60 | употреба отстранување |
95 | отпадни води, вода горење ѓубре |
|
| премази | 2 |
употреба отстранување |
95 | отпадна вода, воздух горење ѓубре |
|
| метали | 1 |
абразија отстранување |
5 | отпадни води жив систем горење ѓубре |
|
|
складирање/ производство на енергија |
10 |
отстранување |
25 | горење ѓубре жив систем |
|
| 25 |
отстранување |
50 | отпадни води, почва место за отстранување |
||
| CNT | пластика, спортови Опрема |
50 | абразија отстранување |
5 | воздухот горење ѓубре |
| електроника, батерии | 50 | рециклира отстранување |
40 | жив систем горење ѓубре место за отстранување |
|
| извоз | 50 | жив систем |
Табела 2Дадени се PEC вредностите добиени за две сценарија (RE и HE).
Табела 3
| Проценка на ризик (PEC/PNEC) во животната средина | ||||||
| Нано – Аг | Нано – TiO 2 | CNT | ||||
| РЕ | ТОЈ | РЕ | ТОЈ | РЕ | ТОЈ | |
| Воздух | не | не | 0,0015 | 0,004 | 1,5х10 -5 | 2,3x10 -3 |
| Вода | 0,0008 | 0,002 | >0,7 | >16 | 0,005 | 0,008 |
| Почвата | Но | Но | Но | Но | Но | Но |
Но– не е утврдено поради недостаток на екотоксиколошки податоци
Како што може да се види од табелата. 2, вредностите на PEC за CNT се најниски (иако, се разбира, ситуацијата може да се промени во иднина со зголемување на производството). Содржината во воздухот е мала за сите три типа наночестички. Честичките на наносребро и нанотитаниум оксид главно се наоѓаат во водата и почвата, а содржината на нано-Аг е 20-200 пати помала од нано-TiO2. CNTs практично не влегуваат во вода.
Врз основа на добиените вредности на PEC, сега е можно да се одреди кои наночестички претставуваат најголем ризик и каде (Табела 3).
Резултатите од моделирањето покажуваат дека CNT во моментов не претставуваат ризик за животната средина. Главниот дел од производите што содржат наноцевки или оди во повторен циклус или завршува во инсталации за согорување отпад, каде што CNTs речиси целосно согоруваат во присуство на кислород (температурата во инсталациите е приближно 850 o C). Но, односот PEC/PNEC за нано-TiO 2 во водата се приближува до единство или уште повеќе, што укажува на присуство на значителен ризик.
Се разбира, ова се прелиминарни резултати. На пример, трансформацијата, деградацијата и биоакумулацијата на наночестичките не се намерно земени предвид, иако овие процеси може да играат важна улога. Емисиите од производствените локации не се земаат предвид. Сепак, резултатите даваат проценка на ризикот и можат да послужат како почетна точка за следните студии, кои, меѓу другото, поцелосно ќе ги одразуваат специфичните својства на наночестичките.
- 1. наноЕКО. Наночестичките во животната средина. Импликации и апликации 2–7 март, 2008 Centro Stefano Franscini Monte Verità Ascona, Швајцарија
- 2.Х.Ф. Krug et al., nanoECO Book of Abstracts 2–7 март, 2008, стр.53
- 3. Б. Карн. nanoECO Book of Abstracts 2–7 март, 2008, стр.77
- 4. N. Mueller, B. Nowack., Environ. Sci. Технол. 42, 4447 (2008)
- 5. М. Шерингер, Nature Nanotechnol., 3, 332 (2008)