Бестопливные графеновые генераторы Neutrino Power Cubes
Климатический кризис, вызванный глобальными изменениями, становится все более серьезной угрозой для человечества. Климатологи из Университета Лидса опубликовали отчет, который вызывает тревогу. Они предупреждают, что если выбросы парниковых газов сохранятся на текущем уровне, допустимый углеродный запас будет исчерпан в течение следующих трех-четырех лет. Это означает, что мы приближаемся к климатическому кризису, который может привести к значительному повышению температуры и масштабным катастрофам.
В нынешних условиях особенно важно развивать и внедрять технологии бестопливной электрогенерации. В России интерес к этим разработкам пока находится на начальном уровне, тогда как за рубежом на лицо — впечатляющие успехи в исследованиях и прикладном применении.
Яркий пример тому — достижения группы компаний Neutrino Energy, которые разработали графеновую технологию бестопливной электрогенерации под названием Neutrinovoltaic. Ее основу составляют междисциплинарные инновации, смоделированные Holger Thorsten Schubart, немецким математиком и президентом группы компаний Neutrino Energy, под взаимодействием частиц из невидимого спектра излучений с композитным многослойным наноматериалом, состоящим из 12-20 чередующихся слоев графена и легированного кремния (графен 0,34 нм/слой, легированный кремний 10–22 нм/слой).
Свойства этих материалов приведены в таблице.
| Тип материала | Ключевые параметры | Роль технологий |
|---|---|---|
| Однослойный графен | Подвижность электронов 2×10^5 см²/(В·с) (в 100 раз больше, чем у кремния), время отклика < 1 нс, удельная площадь поверхности 2630 м²/г | Улавливание крошечных энергий: чувствительность к рассеянию нейтрино и ионизации мюонов, преобразование энергии в колебания решетки (частота фонона 10^12-10^13 Гц) |
| Легированный кремний N-типа (фосфор) | Концентрация носителей заряда 10^16-10^18 см⁻³, встроенное электрическое поле 10^4-10^5 В/м, скорость рекомбинации < 10³ см⁻³・с⁻¹ | Направленный перенос заряда: подавляет рекомбинацию электронов и дырок и направляет свободные электроны для формирования стабильного тока. |
Каждый слой графена участвует в энергетическом взаимодействии находясь в 3D плоскости, поэтому эффективность взаимодействия с частицами окружающих полей излучений на единицу объема по сравнению с 2D плоскостью увеличивается с 10^2 Вт/м³ до 10^4 Вт/м³ (увеличение на 1–2 порядка). Преимущества «объемной генерации энергии» Neutrinovoltaic можно количественно оценить с помощью законов физики. Основная формула основана на законах сохранения энергии и механизмах взаимодействия материалов:
P(t) = η ∫V Φeff(r,t) · σeff(E) dV, где:
P(t) — Мгновенная выходная мощность
η — Общая эффективность преобразования
V — Эффективный объем выработки электроэнергии
Φamb(r,t) — Плотность потока энергии в точке r и времени t
σeff(E) — Эффективное сечение взаимодействия материала для частиц с энергией E
E — Энергия частиц
Формула наглядно демонстрирует разницу между нейтриноэнергетикой и фотовольтаикой. Солнечные батареи зависят от размера площади, тогда как нейтриноэнергетика использует объем. Каждый кубический сантиметр слоистого композита вносит свой вклад в мощность. Уравнение показывает: мощность генерируемой энергии зависит от η (ее можно улучшить с помощью оптимизации материала), Φ (региональные различия менее 1%) и V (эффективность увеличивается благодаря компактной конструкции). Это подчеркивает преимущество нейтриноэнергетики: отсутствие ограничений по площади поверхности.
Графен обладает удивительной подвижностью электронов, превышающей 200 000 см²/В·с. Это позволяет ему быстро перемещать заряд. Его фононные резонансы находятся в диапазоне 10^12–10^13 Гц, что совпадает с частотами колебаний, вызываемых нейтрино. Легированный кремний с высокой плотностью носителей заряда (10^16–10^18 см⁻³) обеспечивает стабильную проводимость и встроенные электрические поля с напряженностью 10^4–10^5 В/м. Динамические свойства графена способствуют взаимодействию электрических и магнитных полей, создавая электродвижущую силу.
Формула P(t) = η ∫V Φeff(r,t) · σeff(E) dV широко применяется в программах искусственного интеллекта (ИИ). Искусственный интеллект позволяет с высокой точностью и скоростью анализировать обширные пространства конфигураций наноматериалов, что превращает неопределенные эксперименты в управляемую инженерную деятельность, основанную на данных. Нейтриновольтаика обеспечивает устойчивость благодаря непрерывной работе в любых условиях окружающей среды, отсутствию подвижных частей и генерации энергии непосредственно на месте использования. Это позволяет устранить системные уязвимости.
Holger Thorsten Schubart, президент компании Neutrino Energy
Теоретические работы в области Neutrinovoltaic электрогенерации идут параллельно с практическим внедрением ее в производство. На данном этапе разработаны и проходят внедрение 2 типа оборудования, которые сертифицированы по стандарту IEC 63356-2024:
- Neutrino Power Cube, блок генерации у которого весит 50 кг и генерирует 5–6 кВт чистой мощности. Устройство не содержит движущихся частей, что снижает необходимость в обслуживании. 200 000 таких кубов создадут общую мощность в 1-1,2 ГВт, что сопоставимо с блоком атомной электростанции ВВЭР-1000 или ВВЭР 1200. При этом они не требуют централизованного расположения и размещаются непосредственно в месте потребления электроэнергии, что исключает необходимость передачи электроэнергии по линиям электропередач.
- Система кондиционирования воздуха Neutrino Life Cube с возможностью генерировать электричество — весит 80 килограммов и оснащен генератором мощностью от 1 до 1,5 кВт. Он также включает генератор «воздух-вода», который производит от 12 до 25 литров воды ежедневно, в зависимости от влажности воздуха. Устройство легко перевозить на автомобиле, оно готово к работе сразу после установки. Это делает его идеальным для гуманитарных операций, а также в странах в дефицитом питьевой воды.
Можно привести примеры использования вышеуказанных бестопливных генераторов:
- В 2024 году в кенийской деревне Кисуму, где живет 500 человек, установили 20 энергокубов Neutrino Power Cubes (общей мощностью 100 кВт) и 5 Neutrino Life Cubes. Каждый день они производят 2400 кВт⋅ч электроэнергии в базовом режиме 24/7, обеспечивая нужды трех клиник, двух школ и 50 небольших предприятий. Это привело к заметным социальным изменениям. Время обучения детей увеличилось с шести до девяти часов в день. Процент неудачных вакцинаций снизился с 50 доз в месяц до нуля. А выручка местных мастерских, например, зерноперерабатывающего завода, выросла в три раза — с 1500 до 5000 долларов США в месяц.
- В 2024 году во время спасательных операций после лесных пожаров в Калифорнии использовали 50 устройств Neutrino Life Cubes. Каждое из этих устройств весит 80 кг, и они могут быть быстро доставлены в место ЧП вертолетом. Уже через 10 минут после раскрытия упаковки они готовы к работе. Каждое устройство Neutrino Life Cube генерирует в среднем 1,2 кВт электроэнергии. Этого достаточно для освещения и обеспечения связи в убежище для 20 человек. Кроме того, оно производит 12-25 литров чистой питьевой воды в сутки. За 10 дней без электричества не произошло ни одного сбоя, несмотря на то, что восемь из 20 дизель-генераторов вышли из строя из-за недостатка топлива или возникновения засоров.
В ближайшее время ожидается презентация концепции электромобиля Pi Car со встроенной бестопливной системой графеновой электрогенерации, а также новые разработки в области водного и воздушного транспорта. В их основе — формула P(t) = η ∫V Φeff(r,t) · σeff(E) dV и искусственный интеллект для расчетов.
Потенциал использования Neutrinovoltaic технологии бесконечен. Традиционное представление об энергии сосредоточено на дефиците. Считается, что ее нужно производить централизованно и передавать на большие расстояния. Это приводит к недоступности и высокой стоимости. Neutrinovoltaic меняет этот подход, делая акцент на изобилии. Источники энергии, такие как нейтрино и мюоны, распространены повсюду и неисчерпаемы. Солнце будет светить еще 5 миллиардов лет. Это означает, что энергетика больше не станет узким местом для развития прогресса.
Авторы: Holger Thorsten Schubart, математик, президент группы компаний Neutrino Energy
Румянцев Л.К., к.т.н., зам. Председателя научно-консультационного совета группы компаний Neutrino Energy
