Исследования графена позволили создать новый перспективный вид электрогенерации
Погодные катаклизмы последних лет, пандемия коронавируса и проведение специальной военной операции на Украине не только повлияли на расстановку экономических приоритетов, выдвинув на первый план для стран ЕС вопросы энергоснабжения, но и одновременно показали уязвимость существующих технологий электрогенерации как традиционной, так и альтернативной энергетики.
Если политики, не имеющие компетенции в вопросах энергетики, решили, что солнечная энергетика и ветрогенерация способны заменить электрогенерацию от сжигания ископаемого топлива, то специалисты видят и указывают на все минусы этих технологий. Поэтому лучшие учёные, техники и инженеры мира ищут инновационные технологические решения для замены ископаемого топлива, хотя при этом нельзя не отметить, что мгновенного решения не существует и необходимы десятилетия упорной работы для создания приемлемых новых технологий энергоснабжения. Эскалация геополитического противостояния в мире привела к многократному поднятию цен на топливо и электроэнергию, а политический кризис в европейских странах явился следствием «тупиковой ситуации» энергетической политики ЕС, что вызывает нарастающее недовольство широкой общественности в условиях роста инфляции и финансовой нестабильности.
При этом прогресс, обозначившийся в последние годы в области создания новых наноматериалов, позволяет многим учёным обоснованно предполагать, что энергетика будущего будет опираться именно на использование наноматериалов как в области производства электроэнергии, так и в области её доставки до потребителя с минимальными потерями. Существующие в настоящее время электросети имеют ограничения в пропускной способности практически во всех странах и не смогут справиться с резко возрастающей потребностью в электроэнергии. Модернизация электросетей потребует существенных инвестиций, только в США в ближайшие десятилетия потребуются инвестиции для модернизации устаревших линий электропередач и строительства тысяч километров новых линий, которые могут достичь 2 триллионов долларов, а с учётом существующей инфляции они могут возрасти многократно.
Нарастающий энергетический кризис в ЕС отодвинул более или менее на задний план тематику эко-экономики, вопросы климата и глобального потепления ради обеспечения энергией населения. Политики европейских стран сразу забыли о своих же требованиях о запрете сжигания угля для энергогенерации и расконсервируют даже уже выведенные из эксплуатации угольные электростанции, при этом учёные продолжают исследовательские работы по разработке новейших технологий электрогенерации.
Графен
Особенно перспективной в этой связи видится идея создания распределённой системы электроснабжения на основе применения наноматериалов. Уже доказано, что графен является материалом, позволяющим генерировать электрический ток. Однако многие учёные не понимают, каким образом можно применить это открытие для нужд электрогенерации и рассуждают о необходимости проведения исследований, которые займут не один десяток лет. Большинство учёных ссылается на информацию, опубликованную группой учёных University of Arkansas во главе с профессором Тибадо, что графен способен извлекать энергию из окружающего пространства. Был сделан вывод, что такая способность объясняется тепловым броуновским движением атомов графена. В интервью журналу Research Frontiers профессор Тибадо (University of Arkansas) констатировал: «Это ключ к использованию движения 2D-материалов в качестве источника неиссякаемой энергии. Тандемные вибрации вызывают рябь в листе графена, что позволяет извлечь энергию из окружающего пространства, используя новейшие нанотехнологии». Однако группа под руководством профессора Тибадо не смогла предложить практическое применение этому открытию, так как ими была зафиксирована крайне слабая генерируемая мощность, практическое применение которой невозможно.
Возможность практического применение графена для нужд электрогенерации была ранее разработана группой учёных компании Neutrino Energy Group под руководством Holger Thorsten Schubart, которые опытным путём значительно раньше, чем учёные University of Arkansas, открыли способность графена генерировать электрический ток. Стратегическим решением Neutrino Energy Group было нераскрытие результатов исследований до окончания всех научно-исследовательских и лабораторных тестов и получения патента на изобретение. Подобное решение было обосновано исключительной значимостью проводимых работ, а также их коммерческим характером, учитывая, что финансирование велось за счёт собственного капитала без дотаций государства, и только устойчивые положительные результаты экспериментов, которые были получены и обнародованы в 2014 году, привлекли постепенно интерес широкого круга инвесторов.
Сложность проводимых работ заключалась не только в нахождении материала и обосновании принципа появления электрического тока, но и в отсутствии ментального восприятия самого факта возможности получения электроэнергии не только под воздействием температурного броуновского движения атомов графена, но и под воздействием окружающих полей излучений, которое не утвердилось окончательно и до сегодняшнего дня.
Но проект показывает всем скептикам практические успехи, и уже в 2023 году начнётся лицензионный промышленный выпуск Neutrino Power Cubes источников электроэнергии с выходной мощностью 5 кВт*час, предназначенных для электроснабжения домовладений. Для глобального открытия такого революционного значения срок 9 лет от открытия до промышленного внедрения беспрецедентно короткий. Причем необходимо отметить, что Швейцария одна из первых стран, где начинается промышленный выпуск Neutrino Power Cubes, лицензии на промышленное производство также приобрели ещё несколько стран, включая Россию. Лицензионные права в Россию распространяются не только на производство источников электроэнергии Neutrino Power Cubes, но и на производство электромобилей со встроенными в его корпус источниками постоянного тока, а также на изготовление самой широкой номенклатуры продукции, работающей по технологии Neutrinovoltaic.
Ноу-хау технологии Neutrinovoltaic заключается в изобретении наноматериала, способного преобразовывать кинетическую энергию различных частиц невидимого спектра излучения, имеющих массу, в электрический ток. Если говорить точнее, то различные излучения, включая поток нейтрино мощностью 60 млрд. частиц в секунду, пронизывающих каждый см2 земной поверхности, вызывают колебания атомов графена. Эти колебания накладываются на колебания атомов графена, обусловленных температурным броуновским движением. При совпадении частот появляется резонанс колебаний атомов графена, что позволяет кратно усилить отдачу электронов графена. В графене, имеющим в основе своей структуры шестигранную кристаллическую решётку, возникает волна, подобно волнам на поверхности моря, появляющаяся в результате комбинации небольших спонтанных движений и приводящая к появлению более крупных спонтанных движений. Смещение одного атома, суммируясь со смещениями других атомов, вызывает появление поверхностных волн с горизонтальной поляризацией, известных в акустике как «волны Лява». Чем легче атомная масса химического элемента, тем сильнее наблюдается эффект от столкновения различных частиц с ядром атома химического элемента. Предположительно, именно поэтому колебания атомов графена, к примеру, в 100 раз сильнее колебаний атомов кремния. Процесс взаимодействия нейтрино, и других частиц полей излучений невидимого спектра с ядром атома химического элемента получил название «когерентное упругое нейтрино-ядерное рассеяние (CEvNS)».
Учёные Neutrino Energy Group обнаружили, что, при чередовании слоев графена с легированным кремнием, электроны в графене искажают свое движение в общем направлении, т.е. возникает постоянный электрический ток. Общий эффект заключается в том, что физики называют «косым рассеянием», когда облака электронов отклоняют свое движение в одном направлении. Один слой графена способен генерировать очень слабый ток, задача же состояла в том, чтобы создать технологию, которая работает устойчиво, а создаваемые на её основе источники постоянного тока имели компактные размеры, что является ключевым условием для размещения Neutrino Power Cubes в жилых помещениях. Задача была решена путём изготовления многослойного генерирующего наноматериала, таким образом, многократно был увеличен выходной ток и напряжение. Многослойный наноматериал наносится на одну сторону металлической фольги для сохранения его целостности. Покрытая сторона металлической фольги становится положительным полюсом, а непокрытая - отрицательным. Наличие положительного и отрицательного полюсов на электрогенерирующей пластине позволяет создавать источники электроэнергии различных выходных характеристик.
Разработка Neutrinovoltaic технологии электрогенерации является прорывным научным достижением, а внедрение её на практике станет важным вкладом в создание автономной безэмиссионной энергетики будущего без централизованного электроснабжения в эпоху отказа от сжигания ископаемых природных ресурсов в целях энергогенерации.
Автор: Румянцев Л.К., к.т.н.
Comments