Какой будет электрогенерация будущего?

Противостояние ведущих мировых держав достигло такого кризисного состояния, что охватывает на сегодняшний день буквально все области, где могут только соприкасаться международные интересы: от мирных спортивных соревнований до торговых и технологических войн.

Уже сейчас ясно, что следующим этапом будет обострение климатического конфликта: поскольку именно изменение климата станет доминирующей экономической и политической темой ближайших десятилетий, и этот процесс уже сегодня оказывает прямое воздействие на развитие сектора энергетики и транспорта.

Ожидаемые изменения в энергетике и транспорте будут прогрессировать стремительно.

«На сегодняшний день, к примеру, в России рентабельно удастся добывать и продавать нефть при сохранении текущих технологий добычи только на протяжении 19 лет», – утверждает глава Роснедр России Евгений Киселев. По его словам, всех разведанных запасов нефти России хватит на 58 лет, а газа хватит более чем на 60 лет. И это при любом сценарии развития экономики.

Это означает, что менее, чем за одно поколение способы электрогенерации должны претерпеть кардинальные изменения при безусловном отказе от ископаемого топлива. Если принять во внимание, что для широкого внедрения солнечной и ветрогенерации потребовались десятки лет, и эти способы обладают серьезнейшими недостатками, которые исключают их доминирование в общем энергобалансе, то процесс трансформации энергетического сектора является задачей архисложной и архиважной.

Следует признать, что мировые энергетические гиганты ищут свои решения для жизненно важных задач, стоящих перед человечеством, вкладывая сотни миллиардов в научно-исследовательские и проектно-конструкторские работы, но инертное мышление и инертное потребление мешает разорвать замкнутый круг.

Как правило, промышленность предпочитает идти проторенной дорогой, инвестируя в проверенные временем устоявшиеся технологии. С одной стороны, подобное развитие можно понять, но с другой это может оказаться серьезной ошибкой и обернуться потерей определенных сегментов рынка. Солнечная и ветровая генерации способны занять только определенную долю общего объема электрогенерации, причем только в регионах с соответствующим климатом.

Ярким примером отказа от инертного мышления служит судьба Илона Маска, который за очень короткий период достиг выдающихся результатов в бизнесе, хотя оппоненты порой высмеивали его и даже называли сумасшедшим – что собственно не сильно помешало его стремительному экономическому взлету.

Наша современность – самое благоприятное время для научных прорывов в области альтернативной электрогенерации и транспорта, так как новые технологии остро востребованы не только бизнесом, но и политикой.

Именно этим обусловлен повышенный интерес мировой общественности к новейшей разработке в области энергогенерации немецко-американской компании Neutrino Energy Group под научным руководством математика и бизнесмена Хольгера Шубарта (Holger Thorsten Schubart).

Созданная Neutrinovoltaic-технология – способ электрогенерации от конвертации энергии нейтрино и других электромагнитных излучений, а также тепловых потоков в постоянный электрический ток – сегодня крайне востребована, ее своевременность и значимость сложно переоценить. Впервые миру предложена технология, позволяющая получать электроэнергию под воздействием нейтрино, что является настоящим прорывом в науке.

Миллиардные вложения в фундаментальную науку, инвестированные различными странами и опубликованные данные экспериментов в области исследований 2D-материалов, наноматериалов, исследования свойств нейтрино помогли Хольгеру Шубарту найти технологическое решение, научно обосновать возможность преобразования энергии нейтрино в постоянный электрический ток, применить это явление на практике и доказать работоспособность технологии

За основу электрогенерирующего материала был взят графен, который, как известно, позволяет получать электроэнергию из окружающей среды за счет колебаний атомов графена, происходящие из-за особенностей кристаллической решетки в виде «графеновых волн» и наблюдаются в микроскоп с сильным разрешением. В интервью журналу Research Frontiers профессор Тибадо (University of Arkansas) так описал этот свойство графена: «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».

Сама по себе способность графена преобразовывать энергию из окружающей среды важна, но получаемая мощность с единицы поверхности 1 слоя графена сравнительно мала, что первоначально ставило под сомнение возможность использования эффекта для практического применения. Кроме того, на сегодняшний день не существует технологии, позволяющей наносить графен на большие площади. Само по себе такое открытие было бы бесполезно, если его невозможно применить его практике, что предполагает создание независимых источников тока, которые могли бы занять свое значимое место в энергетическом сегменте рынка.

Подобная амбициозная перспектива обязывает и определяет специальные требования: источник должен быть компактным, не требовать сложных технических мер и ограничений для размещения и эксплуатации, быть максимально простым в применении – при этом цена генерируемой электроэнергии должна позволять без дотаций со стороны государства занять определенную долю энергорынка.

Предложение математика Хольгера Шубарта было простым до гениальности. Решено было отказаться от покрытия графеном больших площадей и сделать генерирующий материал многослойным, но с сохранением общей толщины материала менее 10–20 нанометров. При такой нанотолщине, как подтверждают опубликованные работы профессором ETH (Eidgenössische Technische Hochschule, Zürich) Ванессой Вуд и ее коллегами, колебания внешних атомных слоев на поверхности наночастиц велики и играют важную роль в поведении этого материала. Эти атомные вибрации, или «фононы», ответственны за процессы переноса электрического заряда и тепла в материалах.

Holger Thorsten Schubart и Доктор Vijay Pandurang Bhatkar

Долго оставался непонятным механизм взаимодействия нейтрино с наноматериалом. Независимые эксперименты в условиях полной изоляции от каких-либо паразитных наводок, которые проводились в экспериментах в клетке Фарадея на глубине 30 м в бетонном бункере, устойчиво фиксировали электрическую мощность 2.5-3.0 Вт получаемую с металлической фольги размером А-4 с нанесенным односторонне многослойным нанопокрытием, созданным Neutrino Energy Group.

Экспериментаторы сделали однозначный вывод, что электрический ток в таких условиях является именно результатом воздействия нейтрино на наноматериал. Такое утверждение входило в противоречие с общепринятым мнением о том, что нейтрино не вступает во взаимодействие с веществом. Однако присуждение Нобелевской премии по физике за 2015 год за доказательство наличия массы у нейтрино, а значит и энергии, давало основание предполагать с высокой степенью достоверности, что такое взаимодействие должно существовать.

Последние публикации коллаборации COHERENT в Ок-Риджской национальной лаборатории (США) позволили разобраться в механизме такого взаимодействия. Было показано, что нейтрино низкой энергии участвуют в слабом взаимодействии с ядрами вещества. Этот процесс получил название когерентное упругое нейтрино-ядерное рассеяние (CEvNS). Таким образом, можно утверждать, что энергию нейтрино, которые падают на 1 кв. см земной поверхности с интенсивностью 60 млрд. частиц в секунду, можно преобразовать в электрический ток, и такое преобразование не должно зависеть ни от погодных условий, ни от сезона и быть стабильным днем и ночью.

Стремительное развитие доказательной базы Neutrinovoltaic-технологии и обоснование ее работоспособности не осталось без внимания мировых бизнес-структур. Neutrino Energy Group после долгих лет использования исключительно собственного капитала получила сегодня инвестиционную поддержку, что позволило компании ускорить проведение практических работ по выводу технологии на рынок.

Подписанный меморандум о сотрудничестве с индийским научно-технологическим центром C-MET при поддержке индийского правительства закладывает основу для совместного проекта по адаптации Neutrinovoltaic технологии для создания Pi Car электромобиля со встроенными в его корпус нейтринными источниками электрического тока, что подразумевает одновременно, что сам корпус будет в состоянии «собирать» энергию из окружающей среды. Водитель такого электромобиля сможет забыть о необходимости зарядки от электрической розетки. Стартовый бюджет проекта составляет $2,5 млрд.

Есть все основания ожидать, что внедрение Neutrinovoltaic-технологии в нашу повседневность станет одним из важнейших этапов научно-технического прогресса XXI века, который будет означать «энергетическую независимость» и, безусловно, позволит снизить конфликтность политической ситуации в мире.

Партнерский материал

Читайте также: