Новейшие материалы из графена - независимость от ресурсоснабжающих компаний
Возможность избавиться от зависимости от ресурсоснабжающих организаций желание многих энергопотребителей. Однако электроснабжение и электрогенерация являются консервативными отраслями, где нововведения и изменения – процессы далеко не динамичные, что по сути легко объяснимо, поскольку многомиллиардные инвестиции в энергетические объекты рассчитаны на длительный срок окупаемости. Возможно, именно этим объясняется тот факт, что компании, вложившие значительные средства, не заинтересованы, во-первых, в появлении каких-либо новых технологий в области электрогенерации, а, во- вторых, уже построенные мощности должны выработать свой срок эксплуатации полностью или государство должно компенсировать компании экономические потери.
Любые новые прогрессивные технологии электрогенерации требуют времени для внедрения и десятки лет - для широкого внедрения, поэтому курс Евросоюза на создание экономики без выбросов СО2 рассчитан на 30 лет. Технологии альтернативной электрогенерации, которые выходят на финишную прямую или близки к внедрению уже сейчас, будут определять облик электроснабжения через 30 лет.
Для учёных, работающих в области альтернативной энергетики, всегда являлась перспективной идея получения электроэнергии от излучений, поступающих на Землю. Казалось бы, что наука и промышленность давно освоили технологию получения электроэнергии от солнечного света, себестоимость производства солнечных панелей значительно подешевела, коэффициент их полезного действия возрос. Казалось бы, наконец –то мы имеем решение, которое должно всех удовлетворить, однако делать основную ставку на солнечную, да и на ветровую электрогенерацию в будущей системе электроснабжения опрометчиво и недальновидно без разработки систем хранения энергии. Сегодня солнечная и ветровая электрогенерации могут играть только вспомогательную роль в общем балансе электрогенерации. И даже их относительно небольшая доля в общем объеме требует сложного управления из-за неустойчивости выработки. В настоящее время около 80% первичной энергии в мире происходит из ископаемого топлива, сжигание которого приводит к выбросу в атмосферу около 34 млрд т диоксида углерода. Поэтому необходимо объективно признать, что даже небольшой вклад этих видов альтернативной электрогенерации сокращает количество парниковых газов в атмосферу и, в некоторой мере, затормаживает поднятие среднегодовой температуры, хотя этого крайне недостаточно, и последняя авария в Норильске, связанная с разгерметизацией ёмкости хранения дизельного топлива из-за таяния вечной мерзлоты, является предвестником появления техногенных аварий, вызванных таянием вечной мерзлоты.
На пути к поиску новых и экологичных источников энергии, учёные вплотную приблизились к решению задачи получения электроэнергии из космических (в первую очередь солнечных) частиц невидимого спектра излучения (нейтрино).
Чем привлекательно получение электроэнергии от нейтрино?
Поток нейтрино стабилен днем и ночью, не зависит от погодных условий и внешних факторов и составляет около 60 млрд. частиц в секунду через 1 см2 земной поверхности. Сверхпроникающая способность нейтрино обеспечивает стабильность такого потока, который не зависит от времени суток. Но если нейтрино обладает сверхпроникающей способностью, то каким образом «приручить» их и получить энергию от них? Если нейтрино с лёгкостью «прошивают» Землю, не встречая препятствий, то каким образом можно создать устройство, генерирующее электроэнергию от взаимодействия с ними?
В решении этой проблемы учёным пришёл на помощь графен. Впервые, возможность получения электроэнергии от воздействия на графен высказал 15 лет назад математик Holger Thorsten Schubart, являющийся ныне генеральным директором немецко-американской компании Neutrino Energy Group, которая занимается развитием и внедрением технологии, названной Neutrinovoltaic, на основе использования графена для нужд электрогенерации. 15 лет назад высказать столь смелое утверждение означало вызвать на себя весь гнев ученого мира, т.к. неоспоримой истиной считалось, что нейтрино не имеет массы. Даже наглядная демонстрация опыта не убеждала оппонентов. В качестве контраргументов приводились доводы, что это воздействие различных наводок.
Ради справедливости следует отметить, что Шубарт никогда не утверждал, что только нейтрино вызывает ток в электрической цепи. Он отмечал, что идёт комплексное воздействие на электрогенерирующий материал со стороны не только космических нейтрино, но и других электромагнитных излучений. Серьезная помощь в аргументации и обосновании научных данных пришла со стороны Нобелевского Комитета, который в 2015 году присудил премию по физике за доказательство существования массы нейтрино, что позволило Шубарту в дискуссиях с оппонентами применять обезоруживающий аргумент – «если есть масса, значит есть энергия». Более сложная задача состояла в создании материала способного воспринимать воздействие нейтрино и выдавать на выходе электрический ток. Учёные Neutrino Energy Group тестировали десятки тысяч вариантов использования различных материалов и легирующих элементов к ним.
Слева: профессор, доктор наук, экс-федеральный министр Гюнтер Краузе.
Справа: СЕО Neutrino Energy Group Хольгер Торстен
В результате многолетних исследований ставка была сделана на графен, который, как оказалось, и сейчас это подтверждено различными опубликованными данными (например, исследователями из Колумбийского Университета Джеффри Кайсар и Джеймс Хоун), обладает сверхтвёрдостью и электро- и теплопроводностью. Кристаллическая решетка графина обладает свойством повышенного колебания атомов, при этой особенности колебания возможны только в виде графеновых волн. Учитывая эти данные, команда ученых Neutrino Energy Group под руководством Хольгера Шубарта и профессора Гюнтер Краузе сделали заключение, что колебательная система графеновых волн очень чувствительна к воздействию тепловых и различных электромагнитных излучений, включая воздействие нейтрино. Это воздействие приводит к резонансу атомных вибраций графена, который снимается в виде постоянного тока с металлической фольги, на которую нанесён наноматериал. Комбинация слоёв графена и легированного кремния дала возможность создать многослойный наноматериал, который позволяет создавать компактные источники постоянного тока различных габаритных размеров и выходных мощностных характеристик.
В настоящее время разработано и изготавливается оборудование автоматической линии для создания многослойного электрогенерирующего материала, что в ближайшие годы позволит вывести на рынок источники постоянного тока как для электроснабжения отдельных домов, так и источники для размещения их внутри корпусов в различных электроприборах и электромобилях.
Нейтринные источники постоянного тока обозначают для нас в недалеком будущем автономность и независимость от ресурсоснабжающих организаций и безусловный прорыв в электроснабжении без сжигания ископаемого топлива и внесут важный вклад к улучшение экологической ситуации на Планете.
