Графен, суперконденсаторы и искусственный интеллект – основа графеновой энергетики
Накопленный опыт эксплуатации объектов солнечной энергетики и ветрогенерации показывает, что в секторе «зелёной» энергетики ощущается острая необходимость в новых устойчивых решениях.
Показательным примером тому является ситуация с солнечной фермой Северной территории недалеко от Кэтрин (Австралия) стоимостью 40 млн. долл., которая была построена в 2020 году, но на протяжении нескольких лет не подключена к сети. Вся проблема в том, что добавление 64 МВт, генерируемых солнечными панелями в сеть на 250 МВт, сделало электроснабжение потребителей нестабильным из-за зависимости от погодных условий, а работу сети непригодной к использованию.
В прессе и на телевидении, особенно в последнее время, происходят дискуссии о проблемах этих двух технологий электрогенерации не только в плане устойчивости работы из-за критической зависимости от погодных условий, но и относительно нанесения экологического вреда природе из-за отсутствия технологий переработки отслуживших свой срок работы солнечных панелей и лопастей ветрогенераторов, а также протечек масла при работе ветряков, что особенно критично при попадании его в воду. Также отмечается ненадёжность работы ветряных турбин из-за их низкого качества, что приводит к большим финансовым потерям.
В мире прослеживается явно выраженная тенденция проведения исследований в области бестопливной распределённой электрогенерации и возможности адаптации бестопливных технологий для нужд электромобилей, водного транспорта и т.д. Причём наиболее перспективным считается направление, связанное с изучением свойств и технологиями на основе двумерных наноматериалов и созданием на их основе бестопливных генераторов электрического тока.
Анализ опубликованных материалов учёных различных стран показывает, что приоритетным по значению наноматериалом с многофункциональным прикладным применением можно назвать графен, который является наиболее тонким и легким (1 м2 графена весит около 0,77 миллиграмма), известным науке соединением толщиной в один атом. Наряду с этим графен в 100-300 раз прочнее стали с пределом прочности при растяжении 130 ГПа и модулем Юнга 1 ТПа, лучший проводник тепла при комнатной температуре (от (4,84±0,44) × 10^3 до (5,30±0,48) × 10^3 Вт/м·К), а также лучший известный проводник электричества. Наибольшие успехи применения графена к настоящему времени достигнуты в высокочастотной электронике, био-, химических и магнитных датчиках, фотоприемниках со сверхширокополосной передачей, а также в накоплении и генерации энергии.
Одно из «узких» мест в технологических исследованиях и прикладном применении графена – это получение большой площади материала, что является необходимым условием для производства компактных промышленных бестопливных генераторов различного предназначения в отличие от бытовых генераторов нетто-мощностью 5-6 кВт, электрогенерирующие пластины для которых можно изготовить с применением метода химического осаждения из паровой фазы (CVD, chemical vapor deposition) при использовании токсичных химикатов для выращивания графена в виде монослоя путем воздействия карбида платины, никеля или титана на этилен или бензол при высоких температурах. Альтернативы использованию кристаллической эпитаксии (наращение кристаллического слоя на кристалл, именуемый, как подложка), на чем-либо, кроме металлической подложки, до 2012 года не существовало. Исследования, проведенные в 2012 году, показали, что, анализируя энергию адгезии графена к поверхности раздела, можно эффективно отделить графен от металлической пластины, на которой он выращен. Кроме того, качество графена, который был выделен с помощью этого метода, было достаточно высоким для создания молекулярных электронных устройств. За последние 10 лет исследования в области выращивания CVD-графена достигли значительных результатов, что сделало качество графена пригодным для внедрения технологий с его использованием. Кроме того, компании Neutrino Energy Group, лидеру в разработке бестопливной графеновой электрогенерации, совместно с партнёрами удалось разработать инновационный высокопроизводительный метод нанесения одноатомных слоёв графена и других материалов методом плазменного напыления на большие поверхности, что кардинально расширило возможности прикладного использования Neutrinovoltaic технологии.
Достижения исследователей в области технологии выращивания графена на больших площадях позволяет компании Neutrino Energy Group реализовать масштабные проекты в области графеновой электрогенерации.
В отличие от солнечной энергетики и ветрогенерации бестопливная графеновая технология получения электрического тока является устойчивым решением, т.к. не зависит от погодных условий, работа происходит в базовом режиме 24 часа в сутки.
Одним из особенностей альтернативной электрогенерации в отличие от традиционной энергетики является необходимость использования аккумуляторных батарей, из-за чего в мире развернулась серьезное соперничество за контроль над месторождениями лития. По убеждению президента компании Neutrino Energy Group Holger Thorsten Schubart, потребность в новой технологии хранения энергии, которая заменит аккумуляторные батареи очень высока. Именно поэтому компания совместно с контрагентами разрабатывает систему хранения энергии на основе суперконденсаторов.
Суперконденсаторы известны своей способностью быстро накапливать и выделять большое количество энергии. В то время как обычные аккумуляторные батареи накапливают энергию за счет химических реакций, суперконденсаторы накапливают энергию за счет разделения зарядов, что обеспечивает гораздо более быструю передачу энергии. Эта способность имеет решающее значение в сочетании с непрерывным источником энергии, таким как графеновый бестопливный Neutrinovoltaic генератор. Суперконденсаторы могут улавливать устойчивый поток энергии, генерируемый Neutrinovoltaic генерирующими элементами, и выделять её по требованию, обеспечивая доступность энергии в периоды пиковой нагрузки.
Holger Thorsten Schubart отмечает, что устойчивая работа системы хранения энергии на основе суперконденсаторов невозможна без использования искусственного интеллекта (ИИ) для интеллектуального управления энергией. ИИ привносит в управление энергопотреблением уровень сложности, который ранее был недостижим. Анализируя большие объемы данных в режиме реального времени, ИИ может предсказывать закономерности потребления энергии, оптимизировать циклы зарядки и разрядки суперконденсаторов и управлять распределением энергии в сети с непревзойденной точностью.
Графеновая электрогенерация, система суперконденсаторов и ИИ позволит построить новую бестопливную распределённую энергетическую инфраструктуру, а также даст возможность человечеству перейти на принципиально новые технологические решения в области производства автономного электротранспорта без ущерба для экологических целей.
«Компания Neutrino Energy Group, - по утверждению Holger Thorsten Schubart, - достигла огромных успехов в изучении и применении графена для нужд электрогенерации, подключив к проводимым работам лучших в мире учёных в области графеновой электрогенерации, суперконденсаторов и ИИ. Компания является мировым лидером в этом направлении, и наши учёные обладают уникальными знаниями о графене, графеновой электрогенерации, системе суперконденсаторов и интеллектуальной системе управления, позволяющих в будущем отказаться от аккумуляторных батарей. Сейчас мы знаем намного больше о графене и его свойствах, чем публикуется в открытой печати, что позволяет нам утверждать о неизбежной технологической трансформации системы электроснабжения потребителей и электротранспорте, которому будет не нужна зарядка от внешних источников».
Подводя итог, можно сказать, что это графеновая технология электрогенерации вкупе с суперконденсаторами и ИИ полностью изменит в недалёком будущем наше мировоззрение и мироуклад в области потенциальных пределов развития науки.
Автор: Румянцев Л.К., к.т.н.
Comments