2D наноматериалы – новые возможности для энергетического перехода
Будущее развития человечества неразрывно связано с открытием новых наноматериалов, исследованием их свойств в целях индустриального применения. Сфера энергетики – экономическая база и политически - социальная основа любого государства, именно поэтому внедрение наноматериалов, особенно в процессе перехода на энергетические технологии без углеродного следа, играет важную роль в рамках трансформации энергетического сектора: позволит повысить эффективность электрогенерации, сократить энергетические потери, а значит ограничить рост тарифов на энергообеспечение.
Традиционная система электроснабжения основывается на строительстве крупных энергоблоков и наличии разветвлённой системы линий электропередач, в которых происходят существенные потери энергии, при этом линии электропередач не только наносят эстетический ущерб облику городов и мешают росту деревьев, но и влияют негативно на здоровье людей. Они являются прямыми источниками электромагнитных полей (ЭМП) промышленной частоты (50 Гц). Эти поля невидимы для человека, но это не значит, что они не имеют своего воздействия на людей. Специалисты выяснили, что при проживании по соседству с ЛЭП повышается риск ряда заболеваний, и виной тому магнитная составляющая. Развитие автоматизации, IT отрасли, роботизации неизбежно приводит к увеличению спроса на электроэнергию, а принятая в настоящее время версия электромобилей создаст уже в самое ближайшее время дополнительную нагрузку на электросети в связи растущей потребностью в электрогенерации. Специалисты прогнозируют двукратное увеличение спроса на электроэнергию к 2050 году, что будет означать необходимость масштабного строительства новых электросетей, загрязняющих окружающее пространство электросмогом. Такой вектор развития энергетики имеет изначально существенные минусы и недостатки.
Многие специалисты и отраслевая наука серьёзно рассматривают применение наноматериалов для нужд электрогенерации. Уже сейчас можно констатировать, что электрогенерация на основе наноматериалов близка как никогда. Информация о создании наноматериала, способного генерировать постоянный электрический ток под воздействием нейтрино, других электромагнитных и тепловых полей, поступила от немецко-американской компании Neutrino Energy Group.
«Наноматериалы позволяют человечеству освоить огромные энергетические поля, которые в настоящее время недоступны для использования. Появление графена и исследование его свойств позволяет нам сделать первый и самый значимый шаг в освоении этого бесконечного потенциала и поставить его на службу человечеству. Мы нашли технологический путь для развития электрогенерации нового типа, разработанная нами Neutrinovoltaic технология уже сейчас позволяет получать энергию в любой точке Земли вне зависимости от погодный и сезонных условий», - объясняет директор и научный руководитель проекта Holger Thorsten Schubart огромный интерес инвесторов и учёных к разработке компании.
Любая технология электрогенерации должна пройти свой путь тестирования и развития, чтобы максимально использовать все преимущества, как и Neutrinovoltaic, и разработчики которой объясняют, что она находится в начальной стадии своего практического внедрения, но перспектива получения энергии от источника тока, который можно разместить внутри корпусов электрооборудования, приборов, электромобилей и т.д., и, таким образом, сделать ненужным подсоединение изделий к электросетям централизованного электроснабжения – является неоспоримым преимуществом данной технологии и основным аргументом в пользу её самого интенсивного развития. Необходимо учитывать также, что Neutrinovoltaic технология по итогам эксплуатации изделий, несомненно, будет дорабатываться по мере появления новых знаний и новых наноматериалов, но уже сейчас её можно расценивать как полноценную технологию электрогенерации, которая способна создать альтернативу на энергетическом рынке не только традиционной энергетике, но и солнечной и ветрогенерации.
Суть разработки заключается в получении электрического тока из окружающих энергетических полей, включая поток космических нейтрино, что стало возможным за счет применения графена, который, относясь к 2D материалам, проявляет свойства 3D материала. Колебания атомов графена (в 100 раз выше, чем, например, в кремнии) в результате гексагональной кристаллической решётки приводят к появлению так называемых «графеновых волн» или «ряби», т.е. когда соседние области чередуются между вогнутой и выпуклой кривизной. Чем сильнее воздействие энергетических и тепловых полей, тем сильнее колебания атомов графена, а значит частота и амплитуда колебаний «графеновых волн». Теоретические исследования дают объяснение, что источником этого процесса является электрон-фононная связь, поскольку она подавляет жесткость длинноволнового изгиба и усиливает вне плоскостные флуктуации. Современные микроскопы с большим разрешением позволяют видеть «рябь» графена. Графен имеет чрезвычайно высокую плотность электрического тока (в миллион раз больше, чем у меди) и рекордную подвижность носителей зарядов. В графене каждый атом связан с 3 другими атомами углерода в двухмерной плоскости, при этом один электрон остается свободно доступным в третьем измерении для электронной проводимости. Добавление легирующих элементов в наноматериал воздействует на облака электронов графена и заставляет их течь в одном направлении, что и является электрическим током.
Наноматериал, является многослойным и состоит из чередующихся слоёв графена и легированного кремния, которые наносятся на металлическую фольгу. Металлическая фольга с электрогенерирующим наноматериалом является положительным полюсом, а непокрытая - отрицательным. Одна энергетическая пластина размером А-4, помещённая в клетку Фарадея на глубине 30 м в бетонном бункере, генерировала мощность 2.5-3.0 Вт. Таким образом, если положить описываемые электрогенерирующие пластины в стопку, получается последовательное соединение. Этот принцип соединения применён при создании энергетических ячеек, когда несколько (или несколько десятков в зависимости от технического задания) энергетических пластин укладываются стопкой и спрессовываются, что обеспечивает надёжность последовательного соединения, и помещаются в отдельный корпус (как правило шестигранный для компактного размещения с другими ячейками).. Соединение ячеек друг с другом последовательно или параллельно позволяют достичь заданных мощностных выходных параметров, поэтому Neutrinovoltaic технология отличается большой гибкостью в плане создания необходимых геометрических размеров и электрической мощности.
Применение в промышленности наногенераторов, созданных на основе Neutrinovoltaic, может стать новой вехой в развитии энергетики, поскольку эта безэмиссионная технология даёт правильные и практические ответы на актуальные потребности сегодняшнего дня: развитие научно-технологического прогресса и повышение уровня электрогенерации без разрушения экологического баланса и предотвращения климатической катастрофы, которая сделает нашу Планету непригодной для жизни будущих поколений.