Бестопливные генераторы на основе графена — новый путь инновационной энергетики - «Технологии»

В последние годы активизировались исследовательские работы по изучению частиц нейтрино и их возможного взаимодействия с веществами, что явилось непосредственным следствием присуждения Нобелевской премии по физике за 2015 год Такааки Кадзите (Takaaki Kajita) и Артуру Макдональду (Arthur B. McDonald) — руководителям двух экспериментальных групп, Super-Kamiokande и SNO, изучающих свойства нейтрино.

Работы этих ученых убедительно доказали, что три известных сегодня сорта нейтрино способны осциллировать, самопроизвольно превращаться на лету друг в друга. Рождаться в реакциях с элементарными частицами могут нейтрино определенного сорта, а распространяться в пространстве могут нейтрино определенной массы. Именно доказательство наличия массы, а значит и энергии, является ключевым аргументом теоретической возможности конвертировать кинетическую энергию нейтрино в электрический ток. Это позволило объяснить результаты экспериментальных работ, проведенных научно-технологической компанией Neutrino Energy Group по разработке наноматериала, позволяющего преобразовывать энергию окружающих полей излучений в электрический ток.

Данная технология, получившая название Neutrinovoltaic и имеющая отдаленное сходство с Photovoltaic, но лишенная ее критических недостатков, разработана международной группой ученых во главе с немецким ученым, математиком Holger Thorsten Schubart. Долгие годы считалось, что нейтрино не взаимодействуют с веществами, поэтому даже ученые, специализирующиеся в этой области исследований, затруднялись дать однозначный ответ о возможности прикладного применения вновь получаемых знаний. Отсутствие единства в научной среде о роли нейтрино и отсутствие доказательств о взаимодействии нейтрино с веществами затрудняло разработчикам Neutrinovoltaic технологии аргументированно защищать предлагаемый метод получения электроэнергии от окружающих полей излучений невидимого спектра.

Как изменилась ситуация за прошедшие 8 лет с момента присуждения Нобелевской премии по физике рассказывает руководитель проекта, президент компании Neutrino Energy Group Holger Thorsten Schubart.

Каким образом получаемые знания о нейтрино способствуют продвижению Neutrinovoltaic технологии?

Шубарт. Когда в 2014 году мы начали рассказывать на различных конференциях о Neutrinovoltaic технологии, научный мир и бизнес структуры, к сожалению, не приняли нашу концепцию создания принципиально новой технологии получения электрического тока, которая позволила бы поставить на практике интенсивный нейтринный поток на службу человеку. После любого нашего выступления следовали нападки и аргументы о том, что частицы нейтрино не имеют массы и не взаимодействует с веществом, угрозы и упреки — «не занимайтесь лженаукой». Причем подобные комментарии мы были вынуждены выслушивать даже от очень авторитетных ученых. Представленные нами экспериментальные данные о работоспособности технологии, к сожалению, не акцептировались.

Но сейчас мы видим поразительные результаты работы Вашей компании. Мы читаем о заключении договоров о строительстве заводов в ряде стран, включая Россию, и начале запуска первого завода по производству источников электроэнергии в Швейцарии в конце 2023 — начале 2024 года. Вряд ли бы это произошло, если бы продолжалось отрицание научным сообществом работоспособности Neutrinovoltaic технологии.

Шубарт.
Вы правы, научное сообщество постепенно принимает нашу аргументацию касательно того факта, что поля излучений вокруг нас могут стать источником безграничной электроэнергии. Но любые экспериментальные результаты требуют научного обоснования. Без создания теоретической модели предоставления только экспериментальных данных для широкого признания совершенно недостаточно. Причем, именно результаты экспериментов и теоретическое обоснование создают для инвесторов целостную и ясную картину. Инвестор должен понять, во что он вкладывает деньги и каким образом будет получать прибыль. При этом необходимо отметить, что до привлечения инвестиционного капитала развитие проекта финансировалось из собственных средств. Нам очень помогла информация о присуждении Нобелевской премии по физике за 2015 год за доказательство наличия у нейтрино массы. Любой школьник скажет Вам, что согласно законам физики, если есть масса, то есть и энергия. Учитывая, что поток космических нейтрино составляет 60 млрд. частиц, пересекающих 1 см2 земной поверхности в секунду, то весь воздух буквально «заполнен» энергией. Факт присуждения премии уменьшил количество наших оппонентов как минимум наполовину. Но я хотел бы подчеркнуть, что было бы глубочайшей ошибкой утверждать, что созданный нами многослойный наноматериал из чередующихся слоев графена и легированного кремния преобразует в электроэнергию только кинетическую энергию частиц нейтрино, имеющих массу.

Можете рассказать о механизме преобразования энергии окружающих полей излучений в электрический ток?

Шубарт. Механизм преобразования заключается в возникновении колебаний атомов графена, который имеет шестигранную кристаллическую решетку. В графене возникает волна, подобно волнам на поверхности моря, которая появляется в результате комбинации небольших спонтанных движений и приводит к появлению более крупных спонтанных движений. Смещение одного атома, суммируясь с тепловыми смещениями других атомов, вызывает появление поверхностных волн с горизонтальной поляризацией, известных в акустике как «волны Лява». Из-за особенностей кристаллической решетки графена его атомы колеблются как бы в тандеме, что отличает подобные движения от спонтанных движений молекул в жидкостях. Поэтому в механизме преобразования энергии определяющее значение имеет тепловое броуновское движение атомов графена, поскольку колебания внешних атомных слоев на поверхности наночастиц толщиной менее 10–20 нанометров велики и играют важную роль в том, как этот материал «себя ведет». В итоге, если Вы не сможете обеспечить равномерное нанесение графена толщиной 1 атом, то эффективность преобразования энергии полей излучений в электрический ток резко падает, поэтому нам пришлось проводить конструкторские работы по созданию специального оборудования для нанесения графена и кремния на металлическую фольгу размером 200х300 мм и выше, т.к. без этого нельзя говорить об освоении производственных мощностей. Технологии нанесения графена и кремния в лабораторных условиях дороги и не годятся для промышленного производства.

Почему Вы выбрали именно графен для своего материала, и каким образом колебания графена, выражающиеся в возникновении «графеновой» волны вызывают появление электрического тока?

Шубарт. Графен – это одноатомный слой графита, а графит – это одна из аллотропных модификаций углерода с атомным номером 6. Атомная масса углерода составляет 12,011, т.е. это один из самых легких химических элементов. Это означает, что ядро атома графена получит наибольший отскок при ударе частиц окружающих полей излучений, имеющих массу. Такой механизм воздействия описан в опубликованных работах коллаборации COHERENT в Ок-Риджской национальной лаборатории (США). Мы используем графен практически без примесей и чередуем его слои со слоями легированного кремния, поэтому облака электронов графена искажают свое движение в одном направлении, таким образом возникает электрический ток. Общий эффект заключается в том, что физики называют «косым рассеянием», когда облака электронов отклоняют свое движение в одном направлении. Пока нам не известны другие материалы или химические элементы, которые бы обладали подобными свойствами, поэтому пока альтернативы графену нет.

Если мы говорим об автономных источниках электрического тока, то крайне важную роль играют такие показатели, как мощность, габаритные размеры и цена.

Шубарт. Завод, который строится в Швейцарии, планирует в основном выпускать бестопливные генераторы «свободной» энергии Neutrino Power Cubes нетто-мощностью 5-6 кВт. Генерирующий блок имеет размер 800х400х600 мм и вес около 50 кг. Для увеличения генерируемой мощности до 10-12 кВт можно установить 2 генерирующих блока. Предварительная цена Neutrino Power Cube нетто-мощностью 5-6 кВт составляет 11000 евро. Цена определяется себестоимостью производства, а Швейцария, как известно, очень дорогая страна. Возможно, нам удастся добиться более низкой себестоимости, учитывая экономические условия в тех странах, которые также приобрели лицензии, а также за счет повышения объемов массового производства и широкого внедрения нашей технологии в повседневной жизни. Для слабо экономически развитых стран и кризисных регионов мы рассматриваем возможность субсидии и благотворительной поддержки, учитывая высокую моральную и этическую ответственность, которая связана с нашей технологией.