Немецко-американская компания Neutrinovoltaic разработала технологию генерации постоянного электрического тока, которая позволяет создать компактные автономные источники постоянного тока, предназначенные для размещения как внутри корпусов электрических устройств – от мобильных телефонов до электромобилей, так и для электроснабжения отдельных домостроений.

Новые технологии в энергетике и транспорте будут жизнеспособны только в том случае, если потребитель получает финансовую выгоду от их внедрения. К примеру, в России уже несколько десятилетий ведутся дискуссии о необходимости перехода на газомоторное топливо: население убеждали переоборудовать свой транспорт для его использования, доказывая, что потребитель получит существенную экономию. Многие эксперты сразу предупреждали, что нефтегазовые компании неизбежно начнут поднимать цены на газомоторное топливо и никакой экономии не будет. Так оно и вышло: когда нас убеждали, сжиженный газ стоил 18–19 руб. за кубометр, а сейчас – уже 30 руб. и никакого экономического смысла переоборудовать автотранспорт на газ нет. Газ безусловно экологичнее бензина и дизельного топлива, но, учитывая существующую реальность и менталитет российского гражданина, для 99.9% это просто «сотрясание воздуха». Поэтому любые новые технологии должны уменьшать затраты потребителей, а не увеличивать их под любым благовидным предлогом.

Сейчас в мире сформировалась устойчивая тенденция отказа от автотранспорта с ДВС и перехода на электромобили, а в области электрогенерации всерьёз и с энтузиазмом обсуждается переход на водород. Предлагается даже использовать атомные станции для производства «зелёного» водорода. Если задуматься, мы строим атомные станции, которые вырабатывают электроэнергию для электролиза воды на кислород и водород, потом этот водород, который крайне текуч, нужно доставить до потребителя и использовать опять же для производства электроэнергии или для автотранспорта – можно с уверенностью утверждать, что такой энергопереход больно ударит по кошельку потребителя, и не факт, что население будет в состоянии оплачивать такие производственные цепочки.

Технологическое развитие во многом связано в настоящее время с появлением новых материалов и исследованием их свойств, в частности наноматериалов. В этом аспекте следует обратить внимание на перспективную разработку Neutrinovoltaic технологии, созданную немецко-американской компанией Neutrino Energy Group под научным руководством Holger Thorsten Schubart, которая находится на этапе промышленного внедрения. Neutrinovoltaic – это технология преобразования энергии окружающих полей и даже потоков космических частиц в электроэнергию. Основа изобретения – многослойный наноматериал, состоящий из чередующихся слоёв графена и легированного кремния, нанесённых на металлическую фольгу. Сторона фольги с нанесённым многослойным наноматериалом, общей толщиной 10–20 нанометров представляет собой положительный полюс, а непокрытый – отрицательный.

Следует отметить, что в технологии Neutrinovoltaic, как можно подумать из названия, генерация электроэнергии происходит в основном от воздействия космических нейтрино (поток которых оценивается в районе 60 млрд. в секунду через 1 см2 земной поверхности), однако это не так. Генерация электрического тока происходит также от других электромагнитный излучений, как электросмог, терагерцевые волны (Т-лучи), антинейтрино и т.д., возможно также от излучений, природа которых в настоящее время даже неизвестна. Изюминкой изобретения является тот факт, что всё то, что способно усиливать колебания атомов графена, является «топливом» для генерации электроэнергии. Величина генерируемого тока зависит также и от температуры.

Holger Thorsten Schubart, CEO и научный руководитель Neutrino Energy Group

Решение такой крайне сложной задачи оказалось возможным благодаря исследованию свойств графена (одноатомного слоя углерода), за открытие которого в 2010 году была присуждена Нобелевская премия. Всестороннее изучение свойств графена показывает, что уже сегодня он находит и будет продолжать находить самое широкое применение в различных областях промышленности, обладая свойствами высокой проводимости и теплопроводности, прочности и гидрофобности. Графен, обладая повышенными колебаниями атомов, способен реагировать на различные электромагнитные и тепловые излучения и «собирать» энергию из окружающей среды. Объяснение этому явлению заключается в системе колебаний атомов графена. Кристаллическая решётка графена представляет собой плоскость, состоящую из шестиугольных ячеек, то есть, является двумерной гексагональной кристаллической решёткой. По этой причине колебания атомов графена вызывают появление «графеновых волн», частота и амплитуда колебаний которых зависит от воздействия электромагнитных излучений и тепловых потоков.

Однако, сами по себе атомные колебания не могут вызвать электрический ток, поэтому стояла задача направить электроны графена в одном направлении. Для этого должна быть нарушена внутренняя симметрия материала, или то, что физики называют «инверсией». Обычно, электроны графена должны чувствовать равную силу между ними, а это означает, что любая поступающая энергия рассеивает электроны во всех направлениях, симметрично. Необходимо было сломать инверсию графена и вызвать асимметричный поток электронов в ответ на поступающую энергию от нейтрино и других электромагнитных излучений. Основываясь на опубликованных результатах исследований графена другими учёными, Holger Thorsten Schubart предположил, что размещение слоя графена между слоями легированного кремния выбивает электроны графена из равновесия, электроны, ближние к кремнию, испытывали определенное воздействие. Общий эффект заключался в том, что физики называют «косым рассеянием» – термин, определяющий процесс, при котором облака электронов отклоняют свое движение в одном направлении. Чем сильнее энергия поступающих излучений, тем больше энергии можно преобразовать в устройстве-конверторе в постоянный ток.

Нейтрино, которые, как считалось до недавнего времени, не вступают во взаимодействие с веществом, способны взаимодействовать с генерирующим наноматериалом и усиливать атомные колебания графена. Последние опубликованные данные экспериментов COHERENT в лаборатории Ок-Ридж (США), в которых принимали участие и учёные из России (ИТЭФ имени А.И. Алиханова (НЦ «Курчатовский институт»), Университет МИФИ и МФТИ) доказали, что нейтрино низких энергий участвуют в слабых взаимодействиях с ядрами веществ. Аналогичную модель взаимодействия нейтрино с атомами графена можно принять в качестве теоретического обоснования схемы конвертации энергии нейтрино в постоянный электрический ток. Эти взаимодействия являются одним из факторов, усиливающих колебания атомов графена, происходящих в виде «графеновых волн».

Независимое тестирование электрогенерирующего наноматериала в Швейцарском технологическом институте показало, что тестовые испытания энергетической ячейки на глубине 30–35 метров под землёй в бетонном бункере и в клетке Фарадея, полностью исключили воздействие какого-либо излучения, кроме нейтрино, на процесс генерации постоянного тока. В указанных условиях только нейтрино могли взаимодействовать с испытываемым наноматериалом. Однако даже в таких условиях приборы фиксировали мощность 2.5–3.0 Вт, получаемую с металлической фольги размером А-4 с нанесённым на её одну сторону многослойным наноматериалом, созданным Neutrino Energy Group. ​Несколько листов фольги с нанесённым инновационным наноматериалом, размещенных друг над другом, как пачка писчей бумаги, а значит соединённых последовательно, составляют энергетическую ячейку. При варьировании соединением нескольких энергетических ячеек создаётся источник постоянного тока необходимых габаритных размеров и мощностных характеристик. Источник постоянного тока размером «с дипломат», имеет выходную мощность от 4,5 до 5,5 кВт /час. Такие компактные габаритные характеристики позволяют создавать автономные источники тока для электроснабжения в том числе отдельных домов и электромобилей. Компания Neutrino Energy Group заключила лицензионные договора с рядом крупных производственных компаний в различных странах на производство источников тока.

Полученные мощностные характеристики и габаритные размеры таких источников позволяют разместить их даже внутри корпуса электромобиля, что позволит вместо зарядки аккумуляторной батареи от розетки получать электрический ток из окружающей среды 24 часа в сутки/365 дней в году вне зависимости от того, движется электромобиль или стоит, а также независимо от погодный условий. Владельцу такого электромобиля будет определенно не страшна инфляция: он независим от цен на централизованную электроэнергию и ему не нужна инфраструктура зарядки. Работы по созданию Pi-Car электромобиля разворачиваются в Германии совместно с ведущим в области метаматериалов индийским научно-исследовательским центром C-MET. Стартовый бюджет проекта составил $2.5 млрд. Руководители проекта как с немецкой, так и индийской стороны уверены, что разработка Pi-Car электромобиля – это революционный шаг в трансформации автотранспорта, который ознаменует новую эру электромобильности. Ряд экспертов уже включили Neutrinovoltaic технологию в списки самых инновационных технологий 2020 года, таких как искусственный интеллект и беспроводная передача энергии. «Я убеждён, что в течение ближайших 10–20 лет практически каждый человек будет иметь прибор или электромобиль, работающий на основе Neutrinovoltaic технологии», – убеждён Хольгер Шубарт, директор компании Neutrino Energy Group Внедрение экологичной Neutrinovoltaic технологии будет означать революционные изменения в традиционной устоявшейся системе энергоснабжения, а также повлияет кардинально на мобильность и развитие автоиндустрии. За новыми технологиями – будущее, и особенно важно не упустить из виду новые разработки и технологические тренды, которые позволят дать преимущества экономике государства и позитивно скажутся на финансовом состоянии его граждан.

Автор: Автор: к.т.н. Румянцев Л.К.