Возможно ли трансформировать энергетику ЕС без ископаемого топлива?

Нарастающий кризис в энергетическом секторе Европы заставляет власти искать решение задачи энергообеспечения как на текущую зиму, так и последующие. Уже сейчас половина вновь построенных домов в ЕС сдаются в эксплуатацию с солнечными панелями, и Еврокомиссия (ЕК) строит планы по оснащению всех коммерческих и общественных зданий солнечными батареями, а с 2029 года предполагается их установка на всех новых жилых домах. По сообщению Bloomberg, ЕК оценивает затраты на эти мероприятия в 565 млрд. евро, хотя практика показывает, что любые расчетные цифры затрат можно смело увеличивать в 2 раза.

Но даже не специалист понимает, что зимой эффективность работы солнечных панелей резко снижается из-за короткого светового дня и большого количества пасмурных дней в году. Значит ли это, что придется устанавливать повышенное количество солнечных панелей для достаточной электрогенерации зимой? А что делать с избыточной электрогенерацией с этих солнечных панелей в летние месяцы? Придётся или отключать часть их, или отдавать излишки генерируемой энергии в централизованную систему. Но в летние месяцы на протяжении нескольких лет в Европе неоднократно наблюдались отрицательные цены на электроэнергию, что говорит об её избытке на рынке, и это связано с работой уже установленных солнечных панелей и ветрогенераторов.

Недостаток необходимой электроэнергии в зимние месяцы можно компенсировать за счёт работы ветрогенераторов, т.к. они дают наибольшую выработку зимой, а летом более низкую. Но здесь наблюдается ряд проблем, т.к. наиболее благоприятные места для установки ветряков уже используются, а установки дополнительных ветрогенераторов в не очень благоприятных местах снижает коэффициент использования установленной мощности. Так в Германии, к примеру, наиболее благоприятные места для установки ветряков находятся на севере, а промышленные потребители в основном располагаются на юге. Уже сейчас, когда в избытке солнечный свет и ветер, существующие линии электропередач не справляются с энергоперетоками с севера на юг.

Прошедшее лето показало, что отсутствие дождей привело к резкому снижению выработки энергии гидроэлектростанциями, а повышение температуры воды и маловодность привели к снижению выработки и даже отключению некоторых АЭС, например во Франции. Всё вышеперечисленное ставит под вопрос возможность построения электрогенерации только от возобновляемых источников электроэнергии (ВИЭ), или, как минимум, построения эффективной системы электроснабжения. Выстраивать систему электроснабжения на технологиях, зависящих от погодных условий, вряд ли разумно и целесообразно.

Экономическая составляющая системы электроснабжения, построенной на ВИЭ, очень важна, поскольку население не сможет в самом скором будущем оплачивать растущие счета за энергообеспечение, бизнес становится неконкурентоспособным, что неизбежно приведёт к росту банкротств, безработицы и сокращению поступления налогов в бюджет. Начало этого процесса уже можно наблюдать в Германии, где наблюдается перемещение энергозатратных производств в США и другие страны, где стоимость газа и электроэнергии в разы ниже, чем в Европе. Если такая ситуация сохранится на протяжении нескольких лет, то процесс разрушения промышленности примет необратимый характер, а Европе грозит деиндустриализация, что будет означать в итоге серьёзное снижение уровня жизни, а главными выигравшими в данном процессе станут США и Китай, в первую очередь. Первым признаком начавшихся проблем в экономике Европы стало значительное снижение курса евро относительно долл. США. Власти европейских государств и Еврокомиссия, конечно, понимают сложившуюся сложнейшую ситуацию в экономике ЕС, но реально ничего изменить не в состоянии по идеологическим и политическим причинам. "Частично это всего лишь тлеющий огонь, а частично хижина уже горит. В любом случае будущая жизнеспособность нашей экономики находится под угрозой, есть риск необратимого ущерба", - заявил министр по делам экономики и защиты климата Германии Роберт Хабек 27.09.22 агентству DPA.

Кризис в энергетике придал дополнительное ускорение научно-технологическим работам по созданию и внедрению новых альтернативных технологий в области электрогенерации, систем хранения энергии и созданию новых материалов. Особенный прогресс заметен в создании аккумуляторов, что важно для расширения выпуска электромобилей. Однако следует обратить пристальное внимание и на разработку новых технологий в области электрогенерации, связанных с использованием так называемой «свободной энергией».

Многие обыватели считают, что «свободная энергия» - это появление мифического вечного двигателя, что является заблуждением. Закон сохранения и превращения энергии гласит, энергия не возникает ниоткуда и никуда не исчезает, она лишь переходит из одного вида в другой или от одного тела к другому. Именно этот принцип заложен в обоснование работы Neutrinovoltaic технологии, разработанной компанией Neutrino Energy Group. Появление графена и исследование его свойств позволило президенту компании, математику Holger Thorsten Schubart и его коллегам создать многослойный материал из чередующихся слоёв графена и легированного кремния, который преобразовывает тепловое броуновское движение атомов графена, а также кинетическую энергию частиц окружающих полей излучений, включая нейтрино, в электроэнергию.

Почему именно графен стал тем наноматериалом, который позволяет генерировать электроэнергию, и почему другие наноматериалы не обладают этой способностью? Ответ заложен в самой особенности кристаллической решётки графена, атомы углерода в которой находятся в sp²-гибридизации и соединены посредством σ- и π-связей в гексагональную двумерную кристаллическую решётку. Доказано, что графен не может существовать в 2D-плоскости, а только в 3D-плоскости. Группа ученых из University of Arkansas провела исследование графена, нанесённого на пластину меди. Они наблюдали за изменениями положения атомов с помощью сканирующего туннельного микроскопа. При этом было сделано очень значимое открытие — в графене появлялась волна, подобно волнам на поверхности моря, возникающая из-за комбинации небольших спонтанных движений и приводящая к появлению более крупных спонтанных движений. Тепловое смещение (броуновское движение атомов) одного атома, усиленное воздействием частиц окружающих полей излучений, суммируясь со смещениями других атомов, вызывает появление поверхностных волн с горизонтальной поляризацией, известных в акустике как волны Лява. Из-за особенностей кристаллической решётки графена его атомы колеблются как бы в тандеме, что отличает подобные движения от спонтанных движений молекул в жидкостях.

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».

Holger Thorsten Schubart в своих выступлениях неоднократно отмечал, что именно способность графена реагировать на воздействие температуры и окружающих полей излучений увеличением амплитуды колебаний атомов графена, переходящих в резонанс, позволило компании Neutrino Energy Group решить технологическую задачу получения электроэнергии из «свободной энергии». Применение графена практически без примесей, подбор легирующих элементов и разработанная технология напыления графена и кремния на металлическую фольгу позволили добиться появления эффекта, который заключается в том, что физики называют «косым рассеянием», когда облака электронов отклоняют свое движение в одном направлении, т.е. появляется электрический ток. Промышленное лицензионное производство источников электроэнергии мощностью 5-10 кВт, использующих Neutrinovoltaic технологию, планируется начать в Швейцарии в конце следующего-начале 2024 года.

Данные событие несомненно положит начало процессу создания автономной и распределённой системы электрогенерации, хотя потребуется много лет, чтобы Neutrinovoltaic источники электроэнергии оказали влияние на общий баланс производства энергии, но данное решение можно рассматривать как первый реальный и практический шаг на пути к созданию СО2 - нейтральной энергогенерации.