近來地球環境所關注的重要問題之一就是二氧化碳排放量對氣候變化引起的全球變暖，尤其是最近二氧化碳溫室氣體的排放量更是急劇的增加；根據美國國家海洋和大氣管理局US National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA)的統計，現在大氣中的二氧化碳濃度水準來到約387ppm，自工業革命以來大氣中的二氧化碳濃度增加了將近40%。其中最大量的二氧化碳排放來源是燃燒礦物燃料如煤、石油和天然氣發電廠、汽車、工業設施等排放的氣體。這些溫室氣體已導致許多嚴重且無法挽回的損失，如臭氧層的破壞，生活、環境和健康品質的惡化等。最近各地不斷增長的環保意識與民眾對自身生活與健康品質的擔憂，已漸漸成為一個全球性的議題，迫使各國政府提出許多不同的方法來減少二氧化碳排放量。這些策略通常分為以下三個類別：1）使用效率更高的技術以減少使用化石燃料並降低能源消耗；2）採用最新技術以利用再生能源和能源存儲技術；3）解決碳管理問題，其中涉及到碳分離、碳捕獲、碳隔離、以及轉換碳產物為有用的產品等。以下我們分別就奈米技術對這些策略所能貢獻的地方加以介紹。

降低能耗和提高效率

　　目前已有許多減少能源消耗並導致減少溫室氣體排放的方法，其中，奈米科技在能源運用可以改善目前使用石化燃料的效率。運輸是二氧化碳排放主要的來源之一(根據美國的環境保護組織報告書，約28%），因此減輕運輸載具的重量將可以有效降低燃料消耗，更可以直接對全球產生重大的影響。據估計，車輛的重量減少10%將對應到約10%燃料降低的消耗量，並以此類推。這個簡單的概念促使全球研究汽車載具的單位不斷的探索新型材料以實現在汽車上減重的方法，例如使用更輕、更強和更堅韌的奈米複合材料，被認為有可能大大減輕汽車載具的重量，其中非常有希望的候選材料包括像是thermosets、熱塑性彈性體與矽溶膠、nanoclay和奈米管等的增強聚合物。採用奈米複合材料也可以用在航空界，而且其能源消耗的減少量也很驚人，根據Mitre公司的估計，在機身中原本使用鋁的地方若改為使用奈米碳管增強聚合物將減少結構重量約14.05%，進而減少燃料耗用量約9.8%。因此如通用汽車公司、Dow Automotive, Sud ChemieAG, Degussa, Hyperion Catalysis International等的主要汽車大廠紛紛集中研究能量在追求將奈米複合材料用在車體、護舷外板等生產技術。另一種策略用來提高燃料的效率是透過加入奈米催化劑在燃料中。Energenics公司的第三代奈米催化劑Enercat採用氧化鈰奈米顆粒以促進燃料燃燒完全，這有助於減少燃料消耗。最近，該公司在意大利已展示出節省燃油8-10％的混合柴油車車隊。

　　在汽車行業中，如何減少摩擦、高耐磨性和傳動系統是非常重要的。由一家瑞典公司估計，減少摩擦將可以每年從卡車和其他重型車輛降低燃油消耗約2％，光是在瑞典將可導致二氧化碳排放量減少5億噸，因此這種能顯著降低摩擦係數的奈米潤滑劑和奈米塗層，正陸續引入市場。以色列已經發展出NanoLub™潤滑油，這種油就像二硫化鎢、二硫化鉬、NbS2等的無機富勒烯，和傳統的潤滑油相比NanoLub可以顯著的減少摩擦和磨損，特別是在高負荷時效果更明顯。該公司聲稱，NanoLub可以節省資金，減少污染，具有成本效益，同時具有安全和環保的效果。同樣的，英國也已經發展出BORPower ®來降低油耗，延長引擎的使用壽命，這是藉由透過硬烤塗層和微型化軸承球以減少在引擎內運動摩擦和磨損的效果。BORPower ®包含兩個主要部分，即單晶金剛石粉和奈米硼，據該公司表示，使用BORPower ®將可獲得較低的燃料消耗（8-15％），改善引擎功率（7-9％），並降低二氧化碳排放量（8-15％）。

　　住宅和商業大樓的耗能直接或間接貢獻了約11％的溫室氣體總排放量，其中大樓的空間加熱和冷卻佔住宅能源使用的40%。而奈米結構材料如氣凝膠，將有潛力大大增強建築構件的熱傳導，並減輕在冷暖空調中的熱負荷。氣凝膠是一種多孔超絕緣材料，具有極低的密度（90-95％的空氣），二氧化矽氣凝膠是目前可用的最輕固體材料（密度小於0.05公克╱立方公分），具有優良的保溫隔熱性能，高溫穩定性，低介電常數和高表面積比例，在節能建築材料上，它是一種突破性的材料技術，使用氣凝膠的內牆保溫可以減少44％的U值（U值是衡量熱流量通過絕熱或建築材料的能力;通常較低的U值，具有較好的絕熱能力），並降低能源消耗。儘管氣凝膠用在減少能源消耗可以有如此重大的貢獻，其成本過高是其得到廣泛採用的障礙因素之一，馬來西亞科技大學的哈姆丹博士和她的團隊已開發出生產氣凝膠的方法，他們利用稻殼（農業廢棄物）作為原料，可以降低氣凝膠80％的生產成本；由於稻殼具有很高的矽含量，這是成為氣凝膠的主要成分；除了能夠生產出成本為目前五分之一的氣凝膠之外，這個方法還解決了稻殼廢物處置的問題。

　　照明在全世界電能消耗上也占有重要的份量，它消耗住宅和商業大樓約20-40％的初級能源。常見的白熾燈泡及螢光燈效率非常低，發光效率分別為10-35流明/瓦（5％的效率）和50-100流明/瓦（20-25％效率）。近年來，以白光發光二極體（White Light LED）為基礎的新照明裝置正在推出市場，這些元件具有非常高的發光效率(達150流明/瓦)以及較長的操作壽命（數千小時）。應用奈米尺度薄膜技術的有機發光二極體（OLEDs）也開始展露頭角，英國的LOMOX公司正在開發OLED照明技術，該技術有望成為比標準節能燈泡效率高2.5倍的照明裝置，這些革命性的技術具有廣泛的應用，例如一片薄膜式的發光裝置，可以用於發光壁紙並取代了傳統燈泡。RTI國際技術公司開發了高效率的照明裝置，結合了奈米纖維的反光板和光致發光奈米纖維，這些裝置具有比傳統白熾燈泡高出至少5倍的效率，因為它們不含有汞，比螢光燈泡對環境更安全。

可再生能源技術

　　薄膜太陽能電池或光伏電池可以把太陽光的能量轉化為電能。這項技術具有極大的發展潛力，因為陽光是一個非耗竭的能源，不會助長溫室氣體排放到大氣中；這也是一個最有吸引力的解決方案，因為太陽每天到達地球的能量是當今世界的能源消耗的10000倍。目前的太陽能電池技術，主要是基於矽（單晶或多晶矽）材料，然而，昂貴的製造本和有限的效率一直是矽太陽能電池被廣泛採用的最大障礙。有機或塑料薄膜太陽能電池是一種低成本的選擇，主要是基於奈米粒子和聚合物，現在又被用來製造軟性太陽能電池板。薄膜太陽能電池技術也具有較高的成本效益，因為使用廉價聚合物襯底來支撐薄膜包覆的活性成分，這些活性成分包含有無定形矽或奈米級硫化鎘，碲化鎘，二氧化鈦，氧化鋅，量子點，有機材料等材料，由於不需要昂貴的襯底，因此成本進一步降低。和半導體製程的複雜流程相比，柔性基板的技術能夠利用連續加工的技術從而導致成本大幅降低。

燃料電池和氫經濟 

　　燃料電池是可再生能源系統的一項重要的關鍵技術之一。燃料電池是一種電化學發電裝置，可以將氫直接轉化為電能，其效率達到60％（相對於佳汽油引擎的25％效率），而且唯一的氣體排放是無污染的水。預計到了2015年，燃料電池會主要應用在汽車；使用氫燃料的車型能夠消除道路運輸所有有毒污染物的排放。然而，燃料電池的成本過高是實現燃料電池汽車的主要障礙，其他有待克服問題包括安全顧慮和固體氫儲存的方法、以及如何生產和淨化氫氣，而奈米技術在有效存儲氫氣的技術上將發揮重要的作用，目前有許多奈米材料系統，如奈米碳管、奈米鎂氫化物、氫碳奈米複合材料、氮化硼奈米管，TiS2/MoS2奈米管和聚合物奈米複合材料等，都有希望能夠成為存儲大量氫氣的技術之一。這方面值得注意的進展是金屬有機化合物（MOF），它是一種經由有機物連接的金屬氧化物分子團，可以藉由調整孔徑大小和功能，來達到有效氫儲存的應用。此外它的優點還包括如高表面積，低密度，以及熱和機械的穩定性。

　　目前，生產氫氣最經濟的方式來是由天然氣中提煉，但它會導致溫室氣體的排放。產生氫氣最乾淨的方法是利用陽光催化水分子分裂成氫原子和氧。英國已成功地展示了以光電裂解水的方式來生產氫氣，他們使用磷化銦奈米顆粒作成的電極和鐵硫複合物構成的層狀結構，以通過光電反應生產氫氣，其效率可以達到60％。最近QuantumSphere公司使用塗有奈米鎳鐵合金的電極在電解水製氫的技術上有重要的突破，這些奈米結構電極使氫氣產量增加了300％，其效率達到85％以上，使得這項技術得以應用在工業與大眾運輸的應用中。QSI還開發了一種鈀的奈米催化劑，使得甲醇燃料電池的白金使用量減少30至50％，從而降低其製造成本，這種奈米催化劑大大增加催化的表面積，可以增強耐用性，延長生命週期，並減少甲醇燃料電池的體積。

能量存儲

　　插電式電動車和插電式混合動力汽車有可能大幅減少溫室氣體排放，將減緩全球氣候變暖和空氣污染，也將降低對石油的依賴。據美國國家實驗室估計，電動汽車將減少汽油動力汽車的溫室氣體排放量26％並將對汽車產業進行改造，而先進的電池技術將是這一改造的核心，因為它決定了的電動汽車一次充電可行走多遠和需要多長時間來充電。目前，鎳金屬氫化物（鎳氫）或鉛酸電池在汽車電池市場佔主導地位，但專家預測鋰離子/鋰硫電池將在不久的將來主導市場。奈米技術可以改善鋰離子電池的性能和壽命，它也能提高能源和功率密度，縮短充電時間，以及減少電池的尺寸和重量，同時提高安全性和穩定性。

總結

　　最後，儘管奈米技術對於解決或緩解全球變暖的問題表現出非常大的潛力，但是我們仍要仔細探索奈米技術的發展可能會產生的問題，因為奈米技術往往涉及奈米材料(如奈米催化劑、薄膜、奈米顆粒、氣凝膠等)的使用，生產這些奈米材料往往也需要大量的能量。如果生產這些奈米材料的能源是來自化石燃料，那麼減少二氧化碳氣體排放和防止全球變暖的功用反而可能會變得徒勞無功!