Бестопливная энергетика — стратегический путь энерготрансформации 21 века

Стремительно нарастающая гонка создания инновационных технологий для выработки электроэнергии без использования ископаемого топлива свидетельствует о высокой значимости этого направления для экономик разных стран. Такие технологии объединены общим названием — бестопливные.

В настоящее время наиболее популярными среди них являются ветрогенерация и солнечная энергетика. Долгое время фотоэлектрические элементы считались передовым источником чистой энергии, поскольку они преобразуют солнечный свет в электрическую энергию. Эти элементы хорошо работают при прямом солнечном свете, однако, несмотря на высокую скорость, солнечный свет всё же ограничен препятствиями. Тени, погодные условия, атмосферная пыль и географическая ориентация — всё это влияет на непрерывность и надёжность получения солнечной энергии. На протяжении многих лет инженеры пытались преодолеть эти ограничения с помощью различных технических решений: угловых трекеров, накопителей и гибридных массивов. Однако главная проблема остаётся неизменной: фотоэлектрическая энергия доступна лишь время от времени и зависит от местоположения и времени суток.

Даже после десятилетий исследований и разработок эффективность традиционных солнечных панелей остаётся относительно невысокой. Монокристаллические кремниевые панели, используемые в коммерции, в среднем достигают эффективности около 20–22%. В лабораторных условиях были разработаны усовершенствованные многопереходные прототипы, которые могут приближаться к 47% при концентрированном освещении. Однако эти высокие показатели достигаются за счёт значительных затрат, зависимости от редкоземельных материалов и негативных факторов, влияющих на окружающую среду. Со временем производительность солнечных панелей снижается из-за накопления пыли (загрязнения), несоответствия спектра, температурных коэффициентов и микротрещин.Фотоэлектрические системы также требуют большой площади поверхности. Например, для солнечной установки мощностью 5 кВт на крыше дома может понадобиться более 30 квадратных метров в зависимости от её ориентации, наклона и профиля затенения. В густонаселённых городских районах полезная площадь крыши может стать проблемой. Даже в оптимальных географических условиях солнечная энергия вырабатывается с меньшей мощностью в пасмурную погоду или в зимние месяцы, когда интенсивность солнечного излучения значительно снижается. Кроме того, фотоэлектрические системы не вырабатывают энергию ночью, а их суточный график производства редко совпадает с графиком потребления. Это означает, что необходимо либо подключиться к сети, либо использовать дорогостоящие системы хранения, такие как литий-ионные или проточные аккумуляторы. Однако такие системы создают свои собственные экологические, экономические и противопожарные проблемы. Таким образом, из-за прерывистого характера выработки фотоэлектрическая энергия требует постоянной компенсации на системном уровне.

Работа ветрогенераторов также зависит от силы ветра и носит прерывистый (пилообразный) характер. Из-за этой зависимости от погодных условий обе упомянутые технологии бестопливной электрогенерации серьёзно ограничиваются в работе систем электроснабжения, особенно в части поддержания частоты тока. Дополнительные технические решения, такие как накопители энергии, значительно влияют на конкурентоспособность этих технологий.

В ближайшем будущем разработка новых технологий для выработки электроэнергии, которые не зависят от погодных условий, может значительно снизить конкурентоспособность солнечной и ветряной энергетики. Среди самых современных технологий производства электроэнергии без использования топлива стоит отметить Neutrinovoltaic технологию, разработанную группой компаний Neutrino Energy. По словам президента компании Holger Thorsten Schubart, в настоящее время специалисты работают над поиском наиболее производительного, эффективного и экономичного промышленного способа нанесения одноатомных слоёв материалов на металлическую фольгу. Эти слои входят в состав многослойного наноматериала, который представляет собой чередующиеся слои графена и легированного кремния. Такой наноматериал преобразует энергию частиц окружающих полей излучений невидимого спектра, включая нейтрино, в электрический ток. Так как поля излучений присутствуют всегда и везде, то благодаря конструкции Neutrinovoltaic системы работают непрерывно и бесшумно, независимо от воздействия окружающей среды.

Бестопливный генератор Neutrino Power Cube нетто-мощностью 5-6 кВт, созданный с использованием Neutrinovoltaic технологии

Neutrinovoltaic технология позволяет отделить производство энергии от визуальных, пространственных и климатических ограничений и генерировать электроэнергию круглосуточно в базовом режиме. Графен и легированный кремний расположены в виде ультратонких слоёв на металлической подложке, спроектированной таким образом, чтобы максимизировать квантовый колебательный резонанс, возникающий в каждом слое графена. Наблюдение слоя графена через микроскоп с большим разрешением показывает наличие вибраций, похожих на волны на поверхности моря, т. е. когда соседние области чередуются между вогнутой и выпуклой кривизной. Чем сильнее воздействие энергетических и тепловых полей, тем сильнее колебания атомов графена, а значит, частота и амплитуда колебаний «графеновых волн». Теоретические исследования дают объяснение, что источником этого процесса является электрон-фононная связь, поскольку она подавляет жёсткость длинноволнового изгиба и усиливает внеплоскостные флуктуации.

Гармонические колебания «графеновых волн», переходящие в резонанс, по сути – это совершаемая работа, необходимая для преобразования теплового (броуновского) движения атомов графена и энергии частиц окружающих полей излучений невидимого спектра, включая кинетическую энергию нейтральных частиц нейтрино, в электрический ток. Как и в выпускаемых в настоящее время электрогенераторах, устанавливаемых на электростанциях, разработанных схем электрогенерации Бедини и других схем магнитных двигателей бестопливной электрогенерации, возникновение электродвижущей силы (ЭДС) происходит в каждом слое графена по причине взаимодействия магнитных и электрических полей. Однако, кардинальное отличие заключается в том, что в Neutrinovoltaic технологии пульсирующий механизм взаимодействия возникает не в результате вращения ротора с магнитной катушкой, а в процессе микровибраций графена в наноматериале, что является принципиально другим физическим принципом возникновения ЭДС. Возникающая в каждом слое графена ЭДС заставляет течь электроны в одном направлении, т.е. возникает электрический ток. Движение электронов в одном направлении достигается путём нанесения пленочных покрытий каждого слоя легирующими элементами, создающими p-n переход, пропускающий электрический ток только в одном направлении, т.е. возникает эффект тонкоплёночного диода. Многослойность наноматериала обеспечивает решение задачи по получению максимально возможной электрической мощности с единицы поверхности, так как один слой графена не может обеспечить достаточную мощность для промышленного применения.

Neutrinovoltaic устройства отличаются полной герметичностью и работают благодаря проникающему излучению, что обеспечивает их защиту от фотонного износа. Легированные слои кремния и листы графена, которые при этом используются, обладают химической стабильностью и высокой структурной прочностью. Эти материалы не подвержены воздействию влаги, светового спектра или частиц воздуха.

Каждая цивилизация определяется тем, какими источниками энергии она пользуется. На протяжении веков мы наблюдали, как доступ к энергии расширялся: от дров до ископаемого топлива, от гидроэнергии до солнечной энергии и ветрогенерации. С каждым новым шагом мы уменьшали нашу зависимость от одного источника энергии и увеличивали доступ к другому.

 Сегодня мы наблюдаем новый этап в истории энергетики, возглавляемый группой компаний Neutrino Energy. Это не просто усовершенствование существующих технологий, а их полное переосмысление. Мы переходим от использования энергии, которую можно увидеть, спрогнозировать и компенсировать, к использованию энергии, которая просто существует.

Читать оригинал статьи