Развитие Neutrinovoltaic технологии получило свой старт в процессе экспериментов по оптимизации работы солнечных панелей: для опытных работ использовались наночастицы различных материалов с целью достичь максимально возможной активной физической поверхности для увеличения коэффициента полезного действия солнечных панелей, но подобные эксперименты не имели успеха. Было отмечено, что испытываемый материал проявлял признаки нестабильности, при этом возникали вибрации, которые на способствовали улучшению поверхности солнечных батарей. Эти вибрации, происхождение которых на тот момент было необъяснимым, заставили учёных продолжить работы по усилению вибраций, опираясь на предположение о том, что если в материале происходят вибрации, то их можно привести к резонансу атомных вибраций, а значит и к получению электроэнергии нового типа.
Принцип действия Neutrinovoltaic технологии опирается на способность графена «собирать» электрический ток из окружающей среды, которую случайно обнаружили физики Университета Арканзаса (США). Оказалось, что графен (двумерная аллотропная модификация углерода, образованная слоем атомов углерода толщиной в один атом. Атомы углерода находятся в sp²-гибридизации и соединены посредством σ- и π-связей в гексагональную двумерную кристаллическую решётку), не может существовать в 2D-плоскости. Чтобы существовать отдельно друг от друга, графен должен вести себя как 3D-материал для обеспечения необходимой стабильности. «Лазейкой» является смещение подвижных атомов, что и придает графену свойства третьего измерения. Иными словами, графен никогда не был 100% плоским — он вибрировал на атомарном уровне так, чтобы его соединения не подвергались спонтанному распаду. Группа физиков Манчестерского университета под руководством Пола Тибадо доказала, что дело в так называемых «полетах Леви» — шаблонах небольших случайных колебаний, сочетающихся с внезапными, резкими сдвигами. В атомном масштабе физики видели их впервые. Измеряя скорость и масштаб этих графеновых волн, Тибадо предположил, что их можно использовать для извлечения энергии из окружающей среды.
Эта задача была успешно решена учёными немецкой технологической компании Neutrino Deutschland GmbH под руководством Holger Thorsten Schubart. Необходимо отметить, что все характеристики созданного компанией инновационного многослойного наноматериала были получены экспериментальным путем много лет назад. Путь от открытия до начала промышленного производства Neutrinovoltaic источников электроэнергии был пройден беспрецедентно быстро для открытий такого уровня. Holger Thorsten Schubart отметил, что «потребность в генерации электроэнергии без сжигания ископаемого топлива и выбросов парниковых газов в атмосферу имеет крайне важное значение для сохранения жизни на Земле, хотя сейчас эта проблема практически ушла на второй план на фоне беспрецедентного политического противостояния и санкционного давления на Россию. Однако политические кризисы рано и поздно уходят в прошлое, а потребность в переходе на новые технологии электрогенерации является стратегической задачей человечества». Опытное промышленное производство Neutrinovoltaic источников электроэнергии запланировано уже в 2023 году, компания рассчитывает, что промышленной производство продукции удастся запустить в 2023-2024 годах и в России в рамках совместного предприятия «Прогрессус Нейтрино», зарегистрированного с российским партнёром.
Уникальность Neutrinovoltaic технологии заключается в том, что разработан совершенно новый способ получения электроэнергии под воздействием нейтрино и других полей излучений, что стало возможным в результате создания многослойного наноматериала, наносимого на одну сторону металлической фольги, способного преобразовывать различные виды излучения для выработки электроэнергии. Наноматериал состоит из чередующихся слоёв графена и кремния с добавлением легирующих элементов (патент EP3265850A1), наносимых на металлическую фольгу с одной стороны. Покрытая сторона металлического носителя представляет собой положительный полюс, а непокрытый — отрицательный. Колебания атомов графена под воздействием броуновского движения усиливаются внешним воздействием окружающих полей излучений, что вызывает резонанс колебаний атомов графена, который снимается в виде постоянного электрического тока. Атомные колебания в резонансе позволяют усилить отдачу электронов при контакте с легированным кремнием. Графен является материалом, который преобразовывает энергию полей излучений, включая поток нейтрино, в электрический ток.
Ученые из Венского университета, the Advanced Institute of Science and Technology (AIST) в Японии, компании JEOL и Университета La Sapienza в Риме разработали методику, которая может измерять все фононы, присутствующие в наноструктурированном материале. Таким образом, они впервые смогли установить все колебательные режимы автономного графена, а также локальное расширение различных колебательных режимов в нановолокне графена. Этот новый метод, который они назвали «картированием больших q», открывает совершенно новые возможности для установления пространственного и импульсного расширения фононов во всех наноструктурированных, а также двумерных современных материалах. Эти эксперименты открывают новые возможности для изучения локальных режимов колебаний в нанометровом масштабе вплоть до конкретных монослоев.
Группе ученых из MIT (Massachusetts Institute of Technology) удалось превратить графен в сверхпроводник, по которому электричество передается без сопротивления. Открытие того факта, что графен способен к сверхпроводимости, в ближайшем будущем положит начало целому ряду исследований в этой области. Поскольку графен является ключевым элементом в составе материала, изобретенного компанией Neutrino Deutschland GmbH, его свойство сверхпроводимости сыграет одну из ключевых ролей в особенности для питания электроприборов, где требуется малый и стабильный источник электропитания.
Компания Neutrino Deutschland GmbH продвинулась намного дальше вперёд относительно работ всех других исследователей и прикладного применения знаний в этой области и закрепила свой бесспорный приоритет в создании электрогенерирующих устройств под воздействием различных излучений, включая космические нейтрино.
Если принять во внимание, что уровень излучений является довольно стабильной величиной днём и ночью, не зависит от сезонности, а поток космических нейтрино является постоянным и составляет приблизительно 60 млрд. частиц в секунду через 1 см2 земной поверхности в любой точке мира, то источники тока, работающие на Neutrinovoltaic технологии, относятся к гарантированным источникам электроснабжения, что дает им серьёзные преимущества в сравнении с солнечной и ветровой электрогенерацией, зависящей от погодных условий.
Holger Thorsten Schubart комментирует: «Очень важно понимать и не повторять постоянно одну и ту же ошибку в рассуждениях наших критиков — принцип работы Neutrinovoltaic технологии заключается не в том, чтобы «ловить» нейтрино, а чтобы получать дополнительные микровибрации атомов графена, находящегося в составе сверхтвердого многослойного наноматериала. Иными словами, всё, что способно увеличивать колебания атомов графена, является «топливом» для источников электрического тока, созданных с использованием Neutrinovoltaic технологии».
Готовая к внедрению на рынок технология обеспечит в ближайшем будущем потребителей независимыми источниками энергии как для автономного электроснабжения домохозяйств, обеспечения работы бытовых электроприборов, так и для удовлетворения потребности в безопасном и доступном, чистом энергоснабжении во многих областях повседневной жизни, включая электромобили.
Автор: Румянцев Л.К., к.т.н.
Метки: Holger Thorsten Schubart, Neutrino Energy Group, Neutrinovoltaic, альтернативная энергетика, источники тока
