Наноматериалы - основа безэмиссионной энергетики будущего

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.

Перспективной является идея создания распределённой системы электроснабжения на основе применения наноматериалов, которые позволяли бы преобразовывать энергию окружающих полей излучений в электрический ток. Возможность воплощения в жизнь такой многообещающей идеи была исследована учёными компании Neutrino Energy Group под научным руководством Holger Thorsten Schubart. Изучение различных материалов для реализации этой идеи началось в начале текущего столетия, а первые устойчивые положительные результаты экспериментов были получены и обнародованы в 2014 году. Сложность заключалась не только в нахождении материала и обосновании принципа появления электрического тока, но и в отсутствии ментального восприятия самого факта возможности получения электроэнергии под воздействием окружающих полей излучений. Поэтому создатели технологии и, в первую очередь, Holger Thorsten Schubart в своей функции президента и научного руководителя проекта, вынуждены были заниматься большой информационной и разъяснительной работой как в научной среде, так и среди самых широких слоев населения, справедливо полагая, что подобная информация привлечёт внимание к проекту и не даст возможность игнорировать факт существования технологии, повысит уровень акцентирования технологии и, в конечном итоге, такая работа должна была ускорить сам старт промышленного производства источников тока, названных Neutrino Power Cubes. Промышленный выпуск Neutrino Power Cubes источников электроэнергии выходной мощностью 5 кВт*час, предназначенных для электроснабжения домовладений, начнется в Швейцарии в конце 2022 – начале 2023 года, также Neutrino Energy Group предоставило на коммерческой основе лицензионные права на производство Neutrino Power Cubes нескольким странам, включая Россию. Лицензионные права в Россию распространяются не только на производство источников электроэнергии Neutrino Power Cubes, но и на производство электромобилей со встроенными в корпус электромобиля 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, вызывает колебания атомов графена. Колебания атомов графена, вызываемых частицами полей излучений, накладываются на колебания атомов графена, вызываемых температурным броуновским движением. При совпадении этих частот колебаний 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)».

Упрощенная схема когерентного упругого рассеяния нейтрино на тяжелых ядрах. D. Akimov et. al. / Science

Учёные Neutrino Energy Group обнаружили, что, чередуя слои графена с кремнием и добавляя легирующие элементы, 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 работала бы устойчиво, а создаваемые на её основе источники постоянного тока имели бы компактные размеры. Задача была решена путём изготовления генерирующего наноматериала многослойным, таким образом, многократно был увеличен выходной ток и напряжение. Многослойный наноматериал наносится на одну сторону металлической0 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 несомненно ценным научным достижением, а внедрение её на практике станет важным вкладом в создание автономной беэмиссионной энергетики будущего без централизованного электроснабжения в эпоху отказа от сжигания ископаемых природных ресурсов в целях энергогенерации.

Автор: Румянцев Л.К., к.т.н.