Существуют ли технологии, которые позволят хотя бы в ближайшие 10 лет перейти к электрогенерации на новых технологических принципах, поскольку фотогальваника и ветроэнергетика полностью зависят от погоды и не являются надежными источниками электроснабжения?
На эту тему эксперт к.т.н. Румянцев Л.К. побеседовал с немецким ученым-предпринимателем, главой компании Neutrino Energy Group господином Хольгером Шубартом.
Господин Шубарт, солнечная энергетика и ветрогенерация, как и альтернативная энергетика в принципе, способны вытеснить электрогенерацию, основанную на сжигании ископаемого топлива?
Шубарт. Основной недостаток этих видов электрогенераций – нестабильность выработки и, как следствие, сложность балансировки системы электроснабжения и поддержания частоты. В случае отсутствия системы хранения энергии всегда нужно иметь компенсационные мощности быстрого действия, а это возможно только при сжигании газа или использовании гидроэлектростанций. При расчете экономической стороны необходимо принимать во внимание затраты на строительство компенсационных мощностей от переработки, в первую очередь, газа и все сопутствующие затраты, связанные с их содержанием в режиме горячего пуска. Также вряд ли можно рассчитывать, что системы хранения энергии будут настолько дешевыми, что смогут конкурировать с ценами традиционной энергетики; водные ресурсы для размещения компенсирующих гидроэлектростанций есть в достаточном количестве далеко не в каждой стране, может быть в Норвегии, Финляндии, Швеции. Сейчас даже без систем хранения энергии тариф от солнечной и ветрогенерации значительно превышает цены от газовой электрогенерации и атомных станций, хотя цены на оборудование и снижаются, особенно на солнечные панели. В настоящее время электроэнергия от разных источников подается в общую систему и отпускается потребителям по единой цене, таким образом получается, что традиционная энергетика компенсирует «зеленый тариф». При увеличении доли зеленой энергетики в общем балансе и сокращении доли от традиционной энергетики цены на электроэнергию для потребителей неизбежно возрастут, а это дополнительная финансовая нагрузка для населения и уменьшение конкурентной способности предприятий.
Компания Neutrino Energy Group, где Вы являетесь генеральным директором, предлагает путь развития электроснабжения, который заключается не в наращивании объема централизованно вырабатываемой электроэнергии, а наоборот в ее уменьшении. Можете пояснить для читателей такой парадокс?
Шубарт. В действительности – это не парадокс. Ученые нашей компании разработали новейший наноматериал, который способен конвертировать различные электромагнитные излучения, в том числе космические нейтрино, в постоянный электрический ток. На основе этого действительно инновационного изобретения была создана Neutrinovoltaic технология электрогенерации, котрая позволяет создавать автономные источники тока для каждого электроприбора, гаджета, домашней техники, можно сделать общий источник тока для отдельного дома и электромобиля. Пики потребления электроэнергии приходятся, как правило, на утренние и вечерние часы, когда люди собираются на работу или возвращаются с нее. Эти пики происходят из-за подключения различных электроприборов. Представьте, какая величина пика потребления электроэнергии получится при массовом переходе на электромобили. Ведь в основном водители будут ставить машины на подзарядку при возвращении с работы. И это будет колоссальная нагрузка на энергосистему. А теперь представьте, что не только производители электромобилей, но различной электротехники, систем освещения и т.д. установили источники тока, работающие по нашей технологии. Итогом будет не только отсутствие пиков потребления электроэнергии, но и уменьшение общей потребности в централизованном электроснабжении.
Вы назвали свою технологию – Neutrinovoltaic, это название очень похоже на Photovoltaic. Принцип работы такой же как у солнечных панелей или отличается?
Шубарт. Photovoltaic – это выработка электрического тока от частиц видимого спектра излучения, который всем известен, как солнечный свет, а Neutrinovoltaic – это выработка электрического тока от частиц невидимого спектра излучения, известного, как космические нейтрино и в первую очередь солнечные нейтрино.
Сходство технологий заключается в том, что есть рабочая поверхность, которая воспринимает излучение, при этом происходит направленное движение электронов, т.е. электрический ток. Однако есть и принципиальное отличие:
- Принцип работы солнечной панели заключается в эффекте полупроводников, которым является кремний. При нагревании фотоэлемента (верхней кремниевой пластины блока преобразователя) электроны из атомов кремния высвобождаются, после чего их захватывают атомы нижней пластины. Согласно законам физики, электроны стремятся вернуться в свое первоначальное положение. Соответственно, с нижней пластины электроны двигаются по проводникам (соединительным проводам), отдавая свою энергию на зарядку аккумуляторов и возвращаясь в верхнюю пластину. Photovoltaic – преобразование солнечных лучей в электрический ток, благодаря понятию фотоэлектрический эффект.
- Рабочий материал поверхности Neutrinovoltaic состоит из нескольких чередующихся нано-слоев графена и легированного кремния. Общая толщина такого материала имеет также нано-размер. Эти слои наносятся на тонкую металлическую фольгу. В связи со свойством кристаллической решетки на поверхности графена возникают графеновые волны. И именно это свойство графена позволило нам создать высокочувствительный многослойный материал из чередующихся слоев графена и легированного кремния. Любые электромагнитные излучения, включая космические нейтрино, влияют на частоту и амплитуду колебаний атомов графена, переводя их в резонанс. Наличие же слоев легированного кремния, размещенных между слоями графена в результате наличия эффекта «косого рассеяния» вызывают электрический ток.
Я неоднократно сталкивался с тем, что люди при слове нейтрино или нейтринный начинают доказывать, что для регистрации отдельных нейтрино нужно строить огромные очень дорогие датчики-ловушки. Кроме того, многие знают, что нейтрино обладают сверх проникающей способностью, и поэтому сразу вступают в жаркие споры, на тему, что не может существовать никакой технологии, которая бы позволила преобразовывать энергию нейтрино в электрический ток.
Шубарт. Это не новость для меня. К счастью, сейчас я уже значительно реже сталкиваюсь с подобными рассуждениями. Буквально еще 10 лет назад, когда я только начинал рассказывать о Neutrinovoltaic меня считали, как бы помягче выразиться, фантазером. Была даже организована целая серия публикаций в прессе с обвинением в попытке обмануть широкие массы населения, журналистов и инвесторов. Все контраргументы моих оппонентов держались на утверждении, что нейтрино не имеет массы и наша разработка сплошной обман. Стену непонимания и порой откровенного хамства, особенно со стороны прессы, невозможно было пробить. Но наступил 2015 год, и неожиданно Нобелевская Премия по физике присуждается за доказательство наличия массы у нейтрино. А если есть масса, то есть и энергия. Вы думаете, что хоть один человек, который поливал меня грязью, извинился? Конечно, нет. Но с этого момента стена противодействия была проломлена. К нашим аргументам начали прислушиваться и вникать в суть нашей разработки. Но мы продолжаем активно вести просветительскую работу и стараемся доходчивым языком объяснить суть новой технологии.
Еще очень важное дополнение. Когда мы говорим о Neutrinovoltaic и нейтринных источниках тока, это совсем не означает, что материал рабочей поверхности преобразовывает только энергию нейтрино. Это не так. Во-первых, нейтрино бывают разные: солнечные, космические, реакторные нейтрино, нейтрино, получаемые с помощью ускорителей. Кроме того, нейтрино разделяются на три типа: электронное нейтрино, мюонное нейтрино и тау-нейтрино. Мы не занимались исследованиями нейтрино и не знаем энергию каких именно нейтрино преобразовывает созданный нами материал. Мы предполагаем лишь, что это высокоэнергетические нейтрино. Наши оппоненты говорят, что нейтрино не взаимодействует ни с какими природными материалами, «прошивает» их насквозь и пронзает Землю насквозь, не встречая никаких препятствий. Такое утверждение верно лишь частично. Была проведена независимая экспертиза Neutrinovoltaic технологии одним из швейцарских институтов. Испытания проводились без участия сотрудников Neutrino Energy Group. Исследования проводились в бетонной шахте на глубине 30 м и в клетке Фарадея. Такие условия полностью исключали воздействие любых наводок, воздействие любых других электромагнитных излучений на полученные результаты. Мощностные характеристики энергетического элемента целиком определялись воздействием нейтрино. С рабочей пластины размером А-4 был получена выходная мощность 2.5-3.0 Вт. И это результат только от воздействия нейтрино.
Но созданный нашей компанией наноматериал преобразовывает также и терагерцевые (или Т-лучи) волны (электромагнитные волны с частотой где-то между микроволнами и инфракрасным светом) в электрический ток. Все, что способно воздействовать на частоту и амплитуду колебаний атомов графена, включая и тепловое воздействия, преобразовывается нашим материалом в постоянный ток. Именно тепловое воздействие учитывается нами при проектировании источников тока для электромобилей. Все знают, как нагревается корпус автомобиля в летние месяцы на солнце, поэтому мы планируем разместить наши источники тока не только внутри корпуса электромобиля, но и под капотом и багажником, или изготовить их из специального метаматериала, способного преобразовывать как электромагнитные излучения, так и тепловое воздействие.
Обобщая все вышесказанное, можно сказать, что когда Вы говорите Neutrinovoltaic технология, нейтринный источник тока и т.д., то это означает, что постоянный ток генерируется не только от воздействия нейтрино, а также от других электромагнитных излучений?
Шубарт. Верно, понятие нейтрино используется как общее обозначение, бренд, а не как точное описание источника энергии. Во-первых, на любом языке звучит одинаково, во-вторых, указывает на масштабность и неисчерпаемость источника.
Как я понял, возможность электрогенерации созданного компанией Neutrino Energy Group материала определяются свойствами графена, а именно явлением повышенных колебаний атомов графена?
Шубарт. Исследования свойств графена, проведенные в последние годы, показывают, что графен очень твердый материал. В созданном нами материале количество слоев графена между 10-20. Общий поток нейтрино через 1 см2 земной поверхности – 60 млрд. нейтрино/сек.
Высокоэнергетические нейтрино воздействуют на частоту и амплитуду колебаний графеновых волн, переводя их в резонанс атомных колебаний, но очень важно понять, что передается только небольшая часть энергии, и речь не идет о поглощении нейтрино или «ловле» нейтрино.
Именно проникающая способность нейтрино позволила нам размещать энергетические пластины стопкой, как пачка бумаги, поэтому нейтринные источники тока получаются очень компактными и их габаритные размеры позволяют размещать их внутри электроприборов.
Знаете ли Вы другие научные центры, которые также занимаются вопросами использования графена для электрогенерации?
Шубарт. По мере исследований свойств графена многие научные центры начинают разворачивать работы в этом направлении, например, Массачусетский технологический институт (MIT). Но по общему признанию, мы являемся мировыми лидерами в использовании графена для выработки электроэнергии и на много шагов вперед ушли от конкурентов в его практическом применении.
Я хотел бы обратиться к читателям: в настоящее время – мы свидетели нового витка научно-технической революции в мире. То, что еще вчера считалось невозможным и было догмой в науке, сегодня уже становится возможной и доказанной реальностью.
В одном интервью невозможно рассказать обо всем, я рекомендовал бы читателям и специалистам не рассчитывать на ответы на абсолютно все вопросы. Тема настолько сложна и многогранна, что нужны фундаментальные и крайне дорогие исследования, чтобы ответить на все вопросы. Перед нами же стояла технологическая задача создания работающих изделий, которые придут на смену генерации электроэнергии от сжигания ископаемого топлива – и я считаю, мы ее успешно решаем.
Автор: Румянцев Л.К., к.т.н.