Графеновая электрогенерация – достижения и перспективность широкого внедрения

Вопросы, связанные с развитием энергетики, становятся ключевыми для стран как импортирующих, так и экспортирующих углеводородное сырьё, преимущественно вооружённые конфликты в мире возникают из-за стремления контролировать месторождения углеводородов.

Потеря приоритетности роли углеводородного сырья неизбежно приведёт к снижению напряженности международной обстановки, однако поставит одновременно крупнейшие страны, чья экономика в значительной степени зависит от продажи углеводородов, перед необходимостью серьёзных преобразований. К числу таких стран относится и Россия. В исследовании экспертов Института энергетических исследований Российской академии наук (ИЭИ РАН) указано, что экономика страны в ближайшие 25 лет потеряет 40% топливного экспорта, а доходы от него сократятся в 2,8 раза. И это будет серьезным вызовом для экономики России.

Однако энергетическая отрасль — это огромный промышленный комплекс. Переход на альтернативные технологии в области электрогенерации и производство необходимого оборудования может принести государству значительную экономическую выгоду и усилить его позиции на мировой арене в среднесрочной перспективе.

В первую очередь речь идёт о развитии кластеров, основанных на бестопливной электрогенерации. К ним относятся, безусловно, солнечная энергетика и ветрогенерация.

25 апреля 1954 года компания «Bell Laboratories» заявила о создании первых солнечных батарей на основе кремния для производства электрического тока. Первая ветряная турбина, генерирующая электроэнергию, была продемонстрирована австрийцем Йозефом Фридлендером на Венской международной электротехнической выставке в 1883 году.

Несмотря на то, что прошло много времени с момента изобретения этих технологий электрогенерации до их широкого распространения, проблема зависимости мощности электрогенерации от погодных условий остаётся нерешённой. Кроме того, существует проблема надёжности работы оборудования, что приводит к значительным убыткам и нежеланию крупных энергетических холдингов, таких как Shell, инвестировать в «зелёную» энергетику.

Обострившаяся конкуренция на мировом энергетическом рынке и борьба крупнейших компаний за контроль над энергетическими потоками вызвали рост интереса к альтернативным разработкам в области энергетики, не связанным с ископаемым топливом. Это даёт шанс на их быстрое внедрение, без необходимости ждать десятилетия.

В последние 10-15 лет был сделан значительный рывок в изучении возможности использования двумерных материалов для производства электроэнергии. В ходе исследований было обнаружено, что наиболее перспективным материалом для этой цели является графен — форма углерода с уникальными механическими и электронными свойствами, которые радикально отличаются от свойств трёхмерного графита. Появление графена открыло совершенно новую категорию материалов, изменив физику твёрдого тела.

В процессе исследований было выявлено одно из важных свойств графена — его способность преобразовывать энергию частиц полей излучений невидимого спектра в электрический ток за счёт такого уникального свойства, как «графеновые волны».

«Без микроколебаний атомов графена не было бы графеновой волны, а значит мы не смогли бы преобразовывать энергию частиц волн материи в электрический ток», — подчеркнул Хольгер Торстен Шубарт, президент компании Neutrino Energy Group.

Neutrino Energy Group - международный лидер в области использования двуслойных материалов для бестопливной генерации электроэнергии. Благодаря научно-исследовательским и технологическим разработкам в этой области, компания значительно опередила конкурентов и в кратчайшие сроки приступила к промышленному внедрению своих научных достижений. Для этого она привлекла крупные компании с опытом и техническими возможностями для лицензионного производства оборудования для бестопливной электрогенерации различного назначения.

Выбор графена для создания наноматериала-преобразователя энергии обусловлен его уникальными свойствами, относительно низкой стоимостью и доступностью на рынке. При этом цены на графен снижаются. В графене каждый атом связан с тремя другими атомами углерода в двумерной плоскости, а один электрон остаётся свободным для электронной проводимости в третьем измерении, создавая избыток электронов в материале.

«Динамическое поведение графена — это процесс, необходимый для генерирования электрического тока за счёт взаимодействия электрических и магнитных полей. То есть процесс электрогенерации регулируется стандартной моделью в физике», — говорит Хольгер Торстен Шубарт.

*Инновационный материал для преобразования энергии полей излучений*

Учёные Neutrino Energy Group разработали уникальный материал, который преобразует энергию частиц полей излучений в электрический ток. Этот материал представляет собой полупроводниковый сэндвич из графена и легированного кремния. Объёмная доля графена в нём составляет от 50% до 75%.

Для понимания процессов, лежащих в основе этой технологии, необходимы дополнительные фундаментальные исследования. Они проводятся компанией Neutrino Energy Group на базе Европейского Центра ядерных исследований (ЦЕРН), а также по договору с Технологическим институтом Карлсруэ.

*Особенности технологии Neutrinovoltaic*

Создатели технологии подчёркивают, что на генерацию электрического тока влияет не только поток нейтрино, имеющих массу, как может показаться исходя из названия технологии. Также важными факторами являются другие энергетические поля и тепловое движение атомов графена (броуновское движение). Возможно, существует и другой механизм, приводящий к генерации энергии.

*Нейтрино: новые открытия и исследования*

Нейтрино — это элементарная частица, которая не имеет электрического заряда и обладает очень малой массой. До недавнего времени считалось, что нейтрино не имеет массы и не взаимодействует с веществом. Однако сейчас уже никто не отрицает наличие массы у нейтрино и эффекта его взаимодействия с ядрами атомов веществ (упругого рассеяния).

Группа учёных физического факультета МГУ под руководством профессора А.И. Студеникина с 1992 года занимается вопросами электромагнитных свойств нейтрино. Они считают, что наличие массы указывает на наличие ненулевых электромагнитных свойств нейтрино.

Профессор А.И. Студеникин предполагает, что электромагнитные свойства массивных нейтрино могут появиться как в процессах их взаимодействия с веществом, так и в процессах нейтринных осцилляций во внешних полях. Однако до настоящего времени не получено однозначных результатов на ненулевые электромагнитные характеристики нейтрино из данных лабораторных экспериментов с потоками нейтрино от наземных источников и астрофизических наблюдений.

Тем не менее, из-за наличия у нейтрино зарядового радиуса можно ожидать уже в ближайшее время первого наблюдения участия нейтрино в электромагнитном взаимодействии. Если будет доказано существование электромагнитной характеристики нейтрино, то будет измерен и его магнитный момент.

Помимо возможных нейтринных электромагнитных свойств, ведётся поиск электрического миллизаряда, дипольного электрического момента и анапольного момента нейтрино.

«На сегодняшний день одним из наиболее разработанных инструментов поиска электромагнитных свойств нейтрино являются измерения упругого рассеяния нейтрино на электронах и ядрах», — пишет профессор А.И. Студеникин в своих работах.

*Применение искусственного интеллекта в развитии графеновой электрогенерации*

Holger Thorsten Schubart, президент Neutrino Energy Group, отмечает, что проведение научных исследований и создание теоретической модели процессов, происходящих в графеновых плёнках, является одной из важных задач. Он также подчёркивает, что применение искусственного интеллекта позволит найти оптимальные варианты для развития графеновой электрогенерации.

«Страны, которые первыми приступят к промышленному производству оборудования бестопливной графеновой электрогенерации, которая генерирует электрический ток 24 часа в сутки в базовом режиме, будут несомненно иметь технологическое превосходство в технологической гонке», — отмечает Holger Thorsten Schubart.