Нанотехнологии – революционные возможности для системы энергоснабжения
Тенденции в развитии энергетики, особенно в кризисные времена, когда бесперебойное энергоснабжение является непременным условием выживания, а также в связи с планами ЕС по постепенному отказу от ископаемого топлива в период до 2050 года подразумевают перевод энергетики на генерацию без выбросов СО2 в атмосферу и ставят вопрос о разработке способов генерации электроэнергии, не связанных с традиционной энергетикой и базирующейся на использовании новейших материалов.
В настоящее время многие научные исследования в той или иной мере связаны с возможностью преобразования падающего на Землю потока солнечных частиц. Данное направление работ является очень перспективным в связи с появлением новых материалов.
Несмотря на приоритетное внимание общественности к тематике распространения эпидемии и способах борьбы с ней, вопросы о перспективах развития энергетики особенно в связи со сложной ситуацией в мире приобретают сегодня свою особую актуальность и занимают важное место в экономических обзорах в интернете и в прессе.
О чем идет речь?
Одна из возможных дискутируемых перспектив - создание малых АЭС, как, например, первая плавучая АЭС на Чукотке «Академик Ломоносов» в России, так и планы других стран по развитию малых АЭС. Хотя один из минусов подобных проектов виден достаточно четко, организация безопасности и защита подобных АЭС потребует аналогичных по объему вложений, как и для больших АЭС, что негативно повлияет на экономическую эффективность малой атомной станции.
Сама энергетика, методы и способы получения и распределения электроэнергии очень консервативны. Фактически сейчас осваивается и работает то, что было изобретено ещё 60-100 лет назад, конечно с учетом модернизаций. Десятки тысяч специалистов, по большому счёту, занимаются только усовершенствованием того, что было спроектировано не только их отцами и матерями, но ещё их дедушками и бабушками. Это конечно важно, но сложившаяся система электроснабжения нуждается в радикальном обновлении и перестройке, поэтому настоящее поколение учёных должно внести свой вклад в развитие инновационных экологичных способов и методов получения энергии на основе использования новейших материалов, способных исключить необходимость сжигания ископаемого топлива для выработки электроэнергии. Именно революционные изменения в технологиях получения экологически чистой безопасной электроэнергии без нанесения ущерба и загрязнения окружающей среде и будут стартовой площадкой для человечества на новом витке технологического прогресса. Развитие IT-технологий, роботизированной техники безусловно важны, но без революции в электроснабжении развитие человечества будет неполноценным и негармоничным. Чтобы осуществить подобные радикальные изменения необходимо отказаться от устоявшихся парадигм и сложившихся структур, необходимы учёные с новым видением, незашоренным взглядом и свободные от влияния существующей сложившейся системы в энергетике.
Учёные различных стран работают над созданием новых способов получения электроэнергии в эру «после нефти». Это и строительство термоядерного реактора на юге Франции, развитие ветряной и солнечной электрогенераций и т.д. Однако наибольший интерес представляют новейшие разработки, использующие графен в качестве материала для источников постоянного электрического тока. В последние годы исследования графена показали, что он обладает большой механической прочностью, высокой теплопроводностью и электропроводимостью, что позволило уже сейчас начать его применять для различных целей, как высокоэффективных теплоотводящих поверхностей, аккумуляторов с улучшенными характеристиками, наномеханических резонаторов, каналов умножения электронов в приборах эмиссионной наноэлектроники, сорбентов большой ёмкости для безопасного хранения водорода и т.д. Спектр использования графена настолько широк, что способен кардинальным образом изменить технологический уровень развития человечества. Но в данной статье хотелось бы остановиться на использовании графена именно для нужд генерации электроэнергии.
В настоящее время в серьёзных научных кругах ни у кого уже не вызывает сомнение возможность графена генерировать электрический ток под воздействием различных электромагнитных излучений. Комбинируя графен с нитридом бора учёные Массачусетского технологического института смогли получить постоянный электрический ток под воздействием терагерцовых волн. Терагерцовые волны широко распространены в нашей повседневной жизни, и, если их использовать, то их концентрированная энергия может потенциально служить альтернативным источником энергии. Учёные MIT также обнаружили, что чем сильнее энергия поступающего терагерца, тем больше энергии устройство может преобразовывать в постоянный ток. Исследователи разработали проект терагерцового выпрямителя, состоящего из небольшого квадрата графена, который расположен на слое нитрида бора и находится внутри антенны, которая будет собирать и концентрировать окружающее терагерцовое излучение, усиливая его сигнал настолько, чтобы преобразовать его в постоянный ток.
Holger Thorsten Schubart, CEO Neutrino Energy Group
Фотограф Максим Новиков
Однако, несмотря на весь авторитет Массачусетского технологического института в научном мире и финансовую поддержку государства, первенство в исследовании использования графена для электрогенерации следует признать за частной немецко-американской научно-технологической компанией Neutrino Energy Group. Эта компания разработала технологию получения постоянного электрического тока путем нанесения многослойного нанопокрытия из чередующихся слоев графена и легированного кремния на металлическую фольгу. Предполагается, что многослойное расположение чередующихся слоёв графена и легированного кремния приводит к тому, что силы между электронами графена «выбиваются» из равновесия. Общий эффект заключался в том, что физики называют «косым рассеянием», когда облака электронов отклоняют свое движение в одном направлении, что и называется постоянным электрическим током.
Благодаря такому многослойному материалу и повышенному колебательному движению атомов графена, эта чрезвычайно чуткая к внешним электромагнитным волнам конструкция энергетической ячейки способна принимать не только воздействие терагерцовых волн, но и высокоэнергетических космических частиц невидимого спектра излучения. Это позволяет получать постоянный электрический ток круглосуточно вне зависимости от места размещения энергетической ячейки. Кроме того, при отсутствии или слабом фоновом воздействии терагерцовых волн, такая многослойная конструкция из слоёв графена и легированного кремния позволит получать постоянный ток только от воздействия высокоэнергетических космических частиц невидимого спектра излучения (нейтрино), что и подтвердили независимые испытания в клетке Фарадея в условиях исключения воздействия терагерцовых волн. Компания Neutrino Energy Group опубликовала данные исследований Neutrinovoltaic технологии, которые показали, что в клетке Фарадея с пластины размером А-4 была получена выходная мощность 2.5-3.0 Вт. Большим преимуществом такой конструкции является возможность масштабирования до заданных выходных характеристик и геометрических размеров. Генеральный директор Neutrino Energy Group, господин Шубарт прогнозирует, что компания сможет выйти на выпуск готовых изделий уже через 2-3 года, которые необходимы компании для отработки промышленной сборки и ресурсных испытаний первых тестируемых образцов источников постоянного тока Neutrino Power Cube®.
Безусловно, в данном случае мы имеем дело с одной из самых инновационных и прогрессивных технологий экологичной энергогенерации в мире. Несмотря на распространение эпидемии и экономическую рецессию, разработки не прекращаются, «хотя на данный момент это возможно только в самых сложных условиях» - говорит Хольгер Шубарт.
Развитие и внедрение этой инновационной технологии в повседневную жизнь будет означать начало новой эры в энергетике.
