能源领域的大多数重要过程都发生在纳米尺度。以太阳能电池为例，光子可以将材料中的电子释放出来，这些电子随后便可形成电流；氢气和化石燃料的生产同样如此，其中原子与分子之间的化学反应借助催化剂得以加速。在这两个过程中，纳米尺度的工程设计都能显著提升其效能与效率。
例如，去年四月，Ludwig Maximilian University of Munich的科学家宣布制成了铁镍氧化物纳米颗粒，可将制氢效率提高10倍。纳米技术也正在石油和天然气行业得到探索，它有助于提高钻探设备的耐用性。
然而，能源相关纳米技术最大的影响很可能体现在可再生能源领域，纳米技术有望在突破成本与效率瓶颈方面发挥关键作用。例如，在黑硅上加装纳米针，不仅可以制造出比传统太阳能电池能从更宽角度吸收更多阳光的产品，还无需使用减反射涂层，从而节省成本。一类新型纳米材料（量子点）也可能使太阳能电池能够以溶液形式沉积，就像把墨水印到纸上或给墙壁刷漆一样。尽管目前效率尚无法与之竞争（该技术为9%，黑硅为22%），但理论上该技术可达到45%的转换效率，而且喷涂太阳能电池比用硅制造更快、成本更低。
纳米技术在提高能源效率方面也将发挥重要作用，包括联网电子设备的能效。2013年，这些设备合计耗电约616太瓦时，超过德国全国的电力消费总量。据国际能源署（IEA）预测，到2025年，这一数字预计将接近翻倍，达到1140太瓦时。
“降低逻辑电路能耗的唯一办法，是为电压调节找到一条新路径，并研发一种新型高能效开关。”瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）洛桑纳米实验室负责人、两个欧盟资助项目（STEEPER和E2SWITCH）的协调人Adrian Ionescu教授表示，这两个项目旨在设计下一代晶体管。
参与该纳米电子学研究的科学家正在设计新型隧道场效应晶体管（TFET），旨在将集成电路的供电电压降至0.25伏以下。Ionescu先生表示，这一做法“可将逻辑电路的能耗降低约25倍，并在其处于被动或待机模式时几乎彻底消除功耗”。若研究成功，将是一项重大突破：网络设备的用电量中有80%发生在待机期间。
在1959年向美国物理学会发表的演讲中，诺贝尔物理学奖得主理查德·费曼（Richard Feynman）曾广为人知地指出，谈到纳米技术时，“底部还有大量空间”。半个多世纪过去，这一论断依然成立，并为能源行业带来了好消息。
本文首次发表于 GE LookAhead。刊发本文并不意味着世界经济论坛认可其观点。
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作者：Michael Berger是GE LookAhead的撰稿人。
图片：图中为一只灯泡。REUTERS。
