- https://infuture.ru
Бестопливные генераторы - альтернатива традиционной энергетике
Какой будет энергетика через 30-50 лет зависит от технологий, которыми человечество обладает или тех, которые уже находятся на стадии промышленного внедрения. Несмотря на энергетический кризис в Европейских странах, век ископаемого топлива подходит к концу. Эта тематика актуальна сегодня, как никогда, и для России.
"Наша задача сегодня заключается не только в том, чтобы дырки в земле сверлить, газ и нефть добывать и продавать их по дорогой цене, наша задача заключается в диверсификации экономики и придании ей инновационного характера", - сказал президент России В.В. Путин в интервью американскому журналу Time в 2007 году. "Именно для этого мы создаем новые институты развития, специальные экономические зоны, именно поэтому обращаем особое внимание на развитие образования, науки", - подчеркнул он, «Мы исходим из того, что мы должны жить не за счет нефти, а за счет мозгов».
К сожалению, в мирных технологиях Россия сильно отстает от передовых стран, которые, как правило, не обладают существенными запасами ископаемого топлива, что заставляет учёных этих стран особенно концентрироваться на прикладных научных исследованиях в области энергетических технологий. Поэтому задача российской науки, Российской академии наук, российских промышленников и предпринимателей должна состоять в том, чтобы своевременно обратить внимание на появляющиеся тенденции мирового энергетического сектора, которые сопровождают процесс его трансформации и активно проводить поиск новых бестопливных технологий электрогенерации.
Ряд стран сейчас активно работает над технологиями, связанными с генерацией энергии под воздействием полей излучений невидимого спектра. Прогресс в исследованиях напрямую связан с появлением наноматериалов, способных преобразовывать кинетическую энергию частиц окружающих полей излучений в электрический ток. В настоящее время учёные пришли к выводу, что таким материалом является графен, исследования которого показали, что он не может устойчиво существовать в 2D плоскости, проявляя признаки 3D материала. Оценивая способность графена генерировать электроэнергию, проф. Тибадо (University of Arkansas) в интервью журналу Research Frontiers заявил: «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».
Все материалы состоят из атомов, которые вибрируют. Эти атомные вибрации, или «фононы», ответственны, например, за то, как электрический заряд и тепло переносятся в материалах. Вибрации металлов, полупроводников и изоляторов хорошо изучены. Тем не менее, в настоящее время материалы используются в наноразмере для повышения производительности таких устройств, как дисплеи, датчики, батареи и каталитические мембраны.
Что происходит с вибрациями, когда материал имеет наноразмер? Профессор ETH (Eidgenössische Technische Hochschule, Zürich) Ванесса Вуд с соавторами показали, что, когда материалы производятся с размерами менее 10–20 нанометров, то есть в 5000 раз тоньше человеческого волоса, колебания внешних атомных слоев на поверхности наночастиц велики. Именно это свойство обуславливает такое явление, при котором колебания атомов графена вызывают появление «графеновых волн», наблюдаемые в микроскоп с сильным разрешением.
Работы нобелевских лауреатов по физике за 2015 год Takaaki Kajita и Arthur B. McDonald, доказавших наличие массы у нейтрино и сделавших вывод о том, что распространяться в пространстве могут нейтрино определенной массы, работы проф. Ванессы Вуд и проф. Тибадо, работы Массачусетского технологического института по исследованию графена и нитрида бора, а также опубликованные в 2017 году результаты работ коллаборации COHERENT в Ок-Риджской национальной лаборатории (США) о взаимодействии нейтрино, имеющих массу, с ядрами атомов аргона и многие другие труды отечественных и зарубежных учёных позволили научно-технологической компании Neutrino Energy Group под руководством математика Holger Thorsten Schubart теоретически обосновать многолетние экспериментальные результаты исследований, осуществлённые их командой по созданию материала, позволяющего получать электрический ток под воздействием частиц окружающих полей излучений (нейтрино, электросмог, терагерцевые волны (Т-лучи), антинейтрино и т.д.), а также от теплового броуновского движения атомов графена.
Экспериментальные работы, проведённые Holger Thorsten Schubart и командой учёных позволили найти оптимальный состав материала, способного преобразовывать кинетическую энергию частиц полей излучений в электроэнергию. Он представляет собой 12 слоёв графен-легированный кремний, нанесённых на металлическую фольгу, при общем их соотношении 75/25%. Выбор графена в качестве превалирующего материала обусловлен наличием шестигранной кристаллической решётки, благодаря чему колебания атомов графена вызывают появление «графеновых волн». По мнению Holger Thorsten Schubart, «смещение одного атома, суммируясь со смещениями других атомов, вызывает появление поверхностных волн с горизонтальной поляризацией, известных в акустике как «волны Лява». Из-за особенностей кристаллической решётки графена атомы колеблются как бы в тандеме, что отличает подобные движения от спонтанных движений молекул в жидкостях.»
Однако, сами по себе атомные колебания не могут вызвать электрический ток, именно поэтому задача заключалась в том, чтобы 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 частиц окружающих полей 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.
Такая конструкция позволила учёным с пластины размером А-4 получить напряжение 1.5 В и силу тока 2 А. В процессе экспериментов было обнаружено, что нанесение на одну сторону металлической фольги наноматериала сделало её положительным полюсом, а обратная чистая сторона фольги стала отрицательным полюсом. Учитывая факторы, влияющие на спонтанные колебания «графеновой волны», учёные компании Neutrino Energy Group пришли к выводу, что электрогенерирующие пластины следует размещать стопкой, как в пачке писчей бумаги, для достижения максимальной компактности. Такое техническое решение дало убедительной результат, в настоящий момент созданный ими электрогенерирующий блок бестопливного генератора ( БТГ) «свободной энергии» Neutrino Power Cube нетто-мощностью 5-6 кВт имеет размер всего 800х400х600 мм, вес около 50 кг, что позволяет разместить его в любом месте дома или квартиры. Это позволит потребителям в ближайшем будущем отказаться от централизованного электроснабжения, что особенно актуально для европейских потребителей электроэнергии и тепла, обеспокоенных тенденцией роста цен за энергообеспечение. Промышленный лицензионный выпуск БТГ Neutrino Power Cube начнётся в Швейцарии через год-полтора.
Российские учёные и бизнес-структуры проявили большой интерес к разработке компании Neutrino Energy Group. К сожалению, достигнутые договорённости о совместных исследованиях и организации лицензионного производства в России БТГ Neutrino Power Cube тормозятся блокирующими финансовыми и политическими санкциями.
Учитывая подобную ситуацию, необходимо объективно отметить, что для научных работ международного масштаба и для процесса развития и внедрения подобных стратегически важных для всего человечества технологий, международные санкции являются сегодня серьёзным препятствием, а время торопит и экологическая ситуация развивается по самому критическому сценарию.
