Такое комплексное понятие, как «магнитная буря», используемое обычно метеорологами, прочно вошло в нашу повседневность, особенно хорошо оно знакомо гипертоникам. Головные боли, учащенное сердцебиение, бессонница – все это частые последствия повышенной активности магнитного поля планеты. Это явление является одним из важнейших элементов солнечно-земной физики и практической ее части, обозначаемой обычно термином «космическая погода».
Если сформулировать более доступно, то магнитная буря – это аномальный выброс солнцем потока электромагнитных частиц. Ученые условно делят потоки солнечных частиц: электромагнитные излучения видимого спектра излучения (всем известны, как солнечный свет) и электромагнитные излучения невидимого спектра излучения.
Ученые, работающие в области альтернативной энергетики, давно нашли применение солнечному свету, создав технологию photovoltaic, т.е. получение электроэнергии под действием солнечного света. Данная технология достигла расцвета в наши дни, когда остро встал вопрос о переходе на электрогенерацию без выбросов парниковых газов. Однако появления принципиально новых тенденций в данной технологии сложно ожидать, за исключением ведущихся работ по увеличению КПД солнечных панелей.
Наибольший интерес для инновационных направлений развития науки представляет электромагнитное излучение невидимого спектра излучения. Над перспективами разработки технологии получения электроэнергии под воздействием такого излучения ученые бьются уже не одно десятилетие, при этом сложились диаметрально противоположное мнение о возможности создания подобной технологии: часть из них уверена, что создать такую технологию абсолютно невозможно, а другая часть настроена более лояльно к возможности появления такой технологии.
Чем обоснованы сомнения относительно возможности появлению такой технологии? Скептики отмечают: электромагнитное излучение невидимого спектра излучения – это фактически поток нейтрино, которые имеют сверхпроникающую способность, «прошивая» Землю насквозь и не встречая преград. Для того, чтобы зафиксировать отдельные нейтрино, ученым пришлось строить огромные ловушки. Например, детектор «Супер-Камиоканде» состоит из резервуара из нержавеющей стали в форме цилиндра высотой 41,4 м и диаметром основания 39,3 м, заполненный 50 тыс. тонн специально очищенной воды. При таких габаритах оборудования говорить о практическом использовании нейтрино нелепо, – констатируют скептики.
Тупик ли это для современной науки? Поток космических нейтрино – около 60 млрд. частиц в секунду через 1 см2 земной поверхности. В этом гигантском потоке находятся различные типы нейтрино с различной энергией, и поэтому задача стоит в том, чтобы научиться преобразовывать в электроэнергию хотя бы малую долю этого огромного потока, – парируют оптимисты. Кроме того, этот поток относительно стабилен днем и ночью, летом и зимой, поэтому генерация электроэнергии будет происходить стабильно в течение суток, что позволяет относить такие устройства к источникам гарантированного электроснабжения. Позиции оптимистически настроенного мирового ученого сообщества серьезно усилились в 2015 году после присуждения Нобелевской премии по физике за доказательства наличия массы у нейтрино: наличие массы означает наличие у нейтрино энергии.
Решение задачи получения энергии под воздействием нейтрино означает революционный прорыв в науке – появление принципиально нового источника экологически чистой и безграничной энергии. Благодаря появлению новых материалов оказалось возможным найти решение этой крайне сложной задачи. И таким материалом оказался графен (одноатомный слой углерода), за открытие которого в 2010 году была присуждена Нобелевская премия.
Всестороннее изучение свойств графена показывает, что уже сегодня он находит и будет продолжать находить самое широкое распространение в различных областях промышленности и непосредственно в изделиях, кардинально улучшая их свойства за счет высокой проводимости и теплопроводности, прочности и гидрофобности. Но одним из самых интересных свойств оказалось, что графен, обладая повышенными колебаниями атомов, способен реагировать на различные электромагнитные и тепловые излучения и «собирать» энергию из окружающей среды. Оказалось, что объяснение этому явлению заключается в системе колебаний атомов графена. Кристаллическая решетка графена представляет собой плоскость, состоящую из шестиугольных ячеек, то есть, является двумерной гексагональной кристаллической решеткой. По этой причине колебания атомов графена вызывают появление «графеновых волн», частота и амплитуда которых зависит от воздействия электромагнитных излучений и тепловых потоков.
Лидирующую позицию в мире в прикладном применении графена для целей электрогенерации занимает немецко-американская компания Neutrino Energy Group. Хольгер Шубарт, ее генеральный директор так оценивает достигнутые компанией результаты: «Нам удалось полностью разработать технологию получения электроэнергии от воздействия электромагнитных и тепловых излучений, которой мы дали название Neutrinovoltaic. Основа нашего успеха – созданный нами многослойный наноматериал, который представляет из себя чередующиеся слои графена и легированного кремния. При создании материала, способного вырабатывать электроэнергию мы придерживались следующих ограничений:
Во-первых, общая толщина материала должна иметь нано размер. Наши эксперименты, результаты которых в дальнейшем были независимо подтверждены профессором ETH (Eidgen?ssische Technische Hochschule, Z?rich) Ванессой Вуд и ее коллегами, 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 и играют важную роль в том, как этот материал ведет себя. Эти атомные вибрации, или «фононы», ответственны за то, как электрический заряд и тепло переносятся в материалах. Учитывая, что если колебания атомов графена, к примеру, в 100 раз сильнее колебаний атомов кремния, то наложение частоты внешнего воздействия электромагнитных излучений, включая воздействие нейтрино, на внутреннюю частоту колебаний графеновых волн усиливает такие колебания и приводит к резонансу атомных колебаний. Атомные колебания в резонансе позволяют усилить отдачу электронов при контакте с легированным кремнием.
Во-вторых, мы понимали, что один слой графена способен генерировать очень слабый ток. Наша же задача состояла в том, чтобы создать технологию, которая работала бы устойчиво, и создаваемые на ее основе источники постоянного тока имели бы компактные размеры. В противном случае технология не могла найти коммерческое применение. Мы решили эту задачу, сделав генерирующий наноматериал многослойным и, таким образом, увеличив многократно выходной ток и напряжение.»
Neutrinovoltaic технология полностью опробована в лабораторных условиях, получила подтверждающие заключения независимых экспертов и готова в ближайшее время к выходу на мировые рынки. В настоящее время компания Neutrino Energy Group приступила к изготовлению технологического оборудования для автоматизированного изготовления базовых нейтринных элементов. «Я убежден, что в течение ближайших 10-20 лет практически каждый человек будет иметь прибор или электромобиль, работающий на основе Neutrinovoltaic технологии», – убежден Хольгер Шубарт.
Внедрение этой инновационной технологии будет означать революционные изменения в традиционной устоявшейся системе энергоснабжения. Мир на пороге перемен.