Развитие Neutrinovoltaic технологии стартовало 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 не 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 генерации электроэнергии.

Принцип действия Neutrinovoltaic технологии опирается на «способность» графена «собирать» энергию 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), из-за особенностей кристаллической решётки не может существовать в 2D-плоскости, а только в 3D-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 объяснение заключается 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 научно-технологической компании Neutrino Energy Group под руководством математика Holger Thorsten Schubart. Необходимо отметить, что все характеристики созданного компанией инновационного многослойного наноматериала, состоящего из чередующихся слоёв графена и легированного кремния, были получены экспериментальным путем уже несколько лет назад, и только в последние годы в открытых источниках появились отдельные теоретические подтверждения фундаментальных основ, доказывающих функциональность модели, предлагаемой компанией Neutrino Energy Group.

Так, например, в журнале Nature профессор ETH (Eidgenössische Technische Hochschule, Zürich) Ванесса Вуд и ее коллеги объясняют, какие процессы вызывают атомные колебания, когда материалы имеют наноразмер, и как эти знания могут быть использованы для систематической разработки наноматериалов для различных видов применения. В публикации показано, 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.

Все материалы состоят из атомов, которые вибрируют. Эти атомные вибрации, или «фононы», ответственны за то, как электрический заряд и тепло переносятся в материалах.   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 Energy Group, его свойство сверхпроводимости сыграет одну из ключевых ролей в особенности для питания электроприборов, где требуется малый и стабильный источник электропитания.

Holger Thorsten Schubart, президент научно-технологической компании Neutrino Energy Groupу Компания Neutrino Energy Group продвинулась намного дальше вперёд, чем другие группы исследователей относительно прикладного применения знаний в этой области и закрепила свой бесспорный приоритет, получив международный патент под номером WO2016142056A1.

В основе Neutrinovoltaic технологии лежит использование сверхтонких слоев графена для создания резонанса колебаний атомов графена под воздействием теплового броуновского движения и окружающих полей излучений искусственного и естественного происхождения, включая космические нейтрино, и преобразования кинетической энергии частиц окружающих полей излучений в электрический ток.

Электроны проводимости, и “дырки” в графене имеют нулевую эффективную массу, т.е. они не могут быть неподвижными, а всё время перемещаются со “скоростью Ферми”, которая в графене составляет примерно 106 м/с, то есть является уже релятивистской. Этим обусловлена очень высокая подвижность носителей электрического заряда в графене, минимум на 2 порядка превышающая их подвижность в кремнии, и “баллистический” характер их движения вдоль пленки.

Длина свободного пробега электронов проводимости и дырок в графене при комнатных температурах превышает 1 мкм. «Графеновые волны» Для достижения необходимого эффекта на подложку из металлической фольги наносится в несколько слоёв графен и легированный кремний, а при прохождении излучений через эту комбинацию слоёв кремния и графена стартует гармонический резонансный процесс.

Оптимальный состав такого материала предполагает наличие 12 чередующихся слоёв графен-кремний при общем их соотношении 75/25%. Наложение частоты внешнего воздействия частиц окружающих полей излучений, включая воздействие нейтрино, на внутреннюю частоту колебаний графеновых волн, вызванных тепловым броуновским движением атомов графена, усиливает такие колебания и приводит к возникновению резонанса.

Атомные колебания в резонансе усиливают отдачу электронов при контакте с легированным кремнием. Использование графена практически без примесей и применение легирования «заставляет» электроны графена течь в одном направлении, то есть возникает электрический ток. Общий эффект заключается в том, что физики называют «косым рассеянием», когда облака электронов отклоняют свое движение в одном направлении.

Нанесение многослойного покрытия на одну сторону фольги приводит к появлению разных полюсов: сторона с покрытием имеет положительный полюс, а сторона без покрытия – отрицательный, что позволяет размещать их друг над другом и спрессовывать для получения надёжного последовательного соединения пластин. Одна пластина размером 200х300 мм создаёт напряжение 1.5 В и силу тока 2 А.

На основе Neutrinovoltaic технологии компании Neutrino Energy Group удалось создать бестопливный генератор (БТГ) так называемой «свободной энергии» без вращающихся деталей.   Лицензионный промышленный выпуск генераторов свободной энергии Neutrino Power Cube нетто-мощностью 5-10 кВт*час начнется в Швейцарии в конце 2023 – начале 2024 года. Он будет выпускаться в виде электротехнического щитка (шкафа), который условно будет делиться на 2 отдела: электрогенерирующее отделение, где размещаются электрогенерирующие модули, и отделение для установки системы управления.

Генерирующее отделение имеет размер 800х400х600 мм и вес около 50 кг. В отделении системы управления будут размещаться инверторы для преобразования генерируемого постоянного тока в переменный с напряжением 220 В и 380 В, также присутствует разъём постоянного тока для прямого подключения компьютеров и различных приборов и гаджетов.   Прикладное применение технологии обещает быть многофункциональным, что несомненно сделает её востребованной в ближайшие годы, учитывая процессы трансформации современного энергетического сектора.

Мнение эксперта:

Доолнительно предлагаем интервью с профессором Григорьянцом А.Г. Вопросы получения энергии в пост нефтегазовую эру находятся в центре повышенного внимания науки и политики. Развиваемые в настоящее время солнечная и ветреная генерация зависят от погодных условий, поэтому их  можно определенно относить к промежуточным генерирующим мощностям на пути к технологиям электрогенерации следующего поколения. В этом контексте сегодня центральное место занимает развитие  новейших разработок, которые только начинают свой нелёгкий путь к широкому внедрению и общественному признанию.

Одно из наиболее значимых открытий 21 века в сфере энергогенерации –  безусловно Neutrinovoltaic технология, обещающая решить глобальные экономические и экологические проблемы на пути энергетического перехода от традиционной энергетики к экологичной энергетике будущего.

В основе технологии лежит создание многослойного наноматериала из чередующихся слоёв графена и легированного кремния, наносимых односторонне на металлическую фольгу. Принцип работы технологии построен на использовании свойства графена усиливать колебания его атомов, происходящих в виде «графеновых волн» при воздействии на него различных энергетических полей. Внешнее воздействие электромагнитных излучений природного и искусственного происхождения, включая поток космических нейтрино, на внутренние колебания атомов графена приводит к резонансам атомных вибраций, которые снимаются в виде постоянного тока с металлической фольги.

Александр Григорьевич Григорьянц — один из самых известных и уважаемых учёных в России, профессор, доктор технических наук,  заслуженный деятель науки Российской Федерации, генеральный директор Московского центра лазерных технологий, заведующий кафедрой «Лазерные технологии в машиностроении» МГТУ им. Н.Э. Баумана делится своей точкой зрения о перспективах внедрения Neutrinovoltaic технологии.

Безусловно, мнение такого заслуженного и авторитетного учёного о перспективах внедрения Neutrinovoltaic технологии – новейшего способа получения электроэнергии путем преобразования энергии электромагнитных и тепловых полей в электроэнергию заслуживает самого пристального внимания и представляет интерес не только для специалистов и учёных, но и для самой широкой общественности.

Последние научные открытия, шаг за шагом постепенно подтвердили теории Хольгера Шубарта, создателя и разработчика технологии Neutrinovoltaic, и получили признание. Как Вы впервые узнали о Neutrinovoltaic технологии?

Профессор А.Г. Григорьянц: Необходимо отметить, что большинство прорывных представлений в научно-технической сфере, например, таких как строение атома, теория относительности, лазеры, подвергались значительной критике, сомнениям и недопониманию на первых порах.  Несмотря на критику, все прорывные идеи вскоре получали признание ввиду их масштабного осмысления и большого экономического потенциала.

Внимательно читаю различные публикации о нейтрино. Высоко оценил Нобелевскую премию по физике в 2015 году за открытие осцилляции нейтрино. В марте 2020 года состоялся эфир немецкого частного телевидения Bewusst ТВ, из которого я узнал о выдающемся открытии и изобретении профессора Хольгера Шубарта о создании нейтринных энергетических элементов и соответствующей технологии Neutrinovoltaic.

Безусловно Россия обладает научным и экономическим потенциалом, чтобы освоить и внедрить Neutrinovoltaic технологию на промышленном уровне. Какие первые шаги нужно предпринять, чтобы это осуществить?

Профессор А.Г. Григорьянц: Специфику российского рынка можно описать как «монополию на энергию». Также необходимо учитывать сильную протекционистскую экономическую политику в последние годы. Новой крупной компании с иностранным капиталом трудно войти в рынок отечественной энергетики. Чтобы это осуществить необходимо:

1. Заключить партнёрское инвестиционное соглашение с крупным центром технологического развития – например, Московский центр лазерной технологии в МГТУ им. Н.Э. Баумана – о создании исследовательского центра по освоению и внедрению Neutrinovoltaic.
2. Результатом работы такого исследовательского центра будет экспертная рекомендация в крупнейшие отечественные корпорации по использованию и внедрению Neutrinovoltaic – технологии на промышленном уровне и отечественном производстве изделий, использующих технологию Neutrinovoltaic.

Сейчас среди политиков, бизнесменов, в средствах массовой информации распространено мнение, что мир выйдет из кризиса на новом технологическом уровне, насколько изменится мир?

Профессор А.Г. Григорьянц: История человечества наглядно показывает эффективное использование выдающихся открытий для технологического прогресса. Ещё 50 лет назад было невозможно представить, насколько изменятся направления развития экономики и быт людей с переходом на пятый технологический уклад. А реальные ожидания того времени от нашего настоящего в виде летающего личного транспорта, телепортирования объектов и т.п., как видно, так и остались фантазиями. Если мир собирается выйти из текущего глобального финансового кризиса не экономическим коллапсом, то экономический эффект от новых технологических достижений должен покрывать в целом текущие долговые обязательства стран и «финансовых пузырей». На мой взгляд, открытие профессора Хольгера Шубарта по преобразованию энергии космического излучения в электрическую является выдающимся достижением, благодаря которому человечество сделает гигантский шаг к новой, намного более благоустроенной жизни в двадцать первом веке.

Система генерации энергии, загрязняющая атмосферу токсичными выбросами СО₂, была создана более 150 лет назад и стала стандартом за это время. Сегодня мы знаем, что она чрезвычайно вредна для климата, а ископаемые ресурсы ограничены. Является ли, на Ваш взгляд Neutrinovoltaic технология жизнеспособной и экологичной альтернативой для нового периода, когда ископаемое топливо иссякнет?

Профессор А.Г. Григорьянц: Оценка экологичности технологии является весьма непростой задачей. Например, электрический транспорт при своей работе выделяет значительно меньше выбросов СО₂ в атмосферу, чем транспорт на двигателе внутреннего сгорания. Но для достоверной оценки экологичности электрического автомобиля необходимо учитывать процессы добычи и обогащения литиевой руды, выбросы СО₂ при первичной выработке электроэнергии и др. Я не имею сведений о полном технологическом цикле технологии Neutrinovoltaic, чтобы оценить конкретные экологические параметры её реализации. Однако, априорно смею утверждать, что эта технология является весьма жизнеспособной и перспективной, особенно в ближайшие годы усиленного поиска альтернативы производству электроэнергии, использующей иссякаемое ископаемое топливо.

Насколько повлияла пандемия на мировой технический прогресс и существенно ли это влияние?

Профессор А.Г. Григорьянц: К итогам 2020 года можно отнести отрицательный «рост» мирового ВВП (-4,23% в сравнении с +6,17% в 2018 г.), потерю работы десятков миллионов человек, замедление или приостановка работы целого ряда исследовательских центров по всему миру, что, в частности, отражается в снижении количества научных публикаций почти в 10 раз по сравнению с 2018 годом. Таким образом, можно однозначно утверждать, что пандемия привела к замедлению мирового технического прогресса. Однако, есть и другая особенность. По всему миру наблюдаются тенденции к переходу на дистанционный формат работы, повышению уровня автоматизации и цифровизации процессов и внедрению передовых технологических решений. То есть, в целом пандемия оказалась стимулом к переходу на современные технологии и более интеллектуальный труд рабочих. Это создаёт благоприятные перспективы для внедрения прорывных наукоёмких технологий, таких как Neutrinovoltaic, и их принятию обществом.

Расскажите о тематике Вашей работы/исследований и как это может сопутствовать развитию проекта по внедрению технологии Neutrinovoltaic?

Профессор А.Г. Григорьянц: Основной областью моих профессиональных интересов являются лазерные технологические процессы, а в последние годы сосредоточил своё внимание на лазерном синтезе высокоэффективных наноструктур. В частности, были исследованы вопросы повышения эффективности прямого преобразования бросовой низкопотенциальной тепловой энергии в электрическую за счёт глубокого наноструктурирования термоэлектрических материалов – создания сверхрешёток с квантовыми точками на интерфейсных поверхностях.

Метод импульсного лазерного осаждения наноструктур хорошо согласуется с исследованиями Neutrinovoltaic. На следующий год после открытия массы нейтрино Нобелевская премия была присуждена за открытие топологически защищенных структур – экзотических материалов, проявляющих квантовые свойства на макроуровне. А на следующий год именно методом импульсного лазерного осаждения были получены наиболее совершенные топологически защищённые наноструктуры. Также необходимо отметить, что проводимые в Московском центре лазерных технологий под моим руководством исследования имеют международную направленность – они проводятся на современном отечественном и зарубежном оборудовании и результаты публикуются в ведущих отечественных и международных журналах.

Таким образом, опыт организации и проведения комплексных исследований экзотических низкоразмерных наноструктур и их внедрения может сопутствовать отечественному развитию и широкому внедрению в стране технологии Neutrinovoltaic.

Вопрос: Что Вы думаете о технологии Neutrinovoltaic и её перспективах касательно внедрения в России и в мире?

Профессор А.Г. Григорьянц: Если говорить о ближнем горизонте планирования, то следует отметить, что Россия всегда была и остаётся одним из лидеров по освоению источников энергии. С 1955 года было введено в эксплуатацию 14 мощных гидроэлектростанций, которые на текущее время вырабатывают 18% электроэнергии в стране. Также с 1974 года освоено 38 энергоблоков на 11 атомных электростанциях, вырабатывающих в настоящее время 20% электроэнергии страны. Таким образом, принятие и активное освоение новых источников энергии в России всегда было и остаётся приоритетным направлением, а, следовательно, и высоки перспективы внедрения технологии Neutrinovoltaic. Если говорить о дальнем горизонте, то технологический прогресс и развитие человечества можно характеризовать по степени освоения доступной энергии. На текущий момент наш мир находится на отметке 0,75, где 1,0 – это полное освоение человечеством доступных ему на Земле энергетических ресурсов. При неизменных темпах технологического развития и роста потребляемой энергии человечество скоро может оказаться перед проблемой исчерпания энергии ископаемых ресурсов и возникнет глобальная необходимость поиска других видов энергии и энергии за пределами планеты. Возможность использования окружающей нас бросовой космической энергии за счёт технологии Neutrinovoltaic может способствовать успешной колонизации солнечной системы.

Вопрос: Что, на Ваш взгляд, особенно важно учитывать компании Neutrino Energy Group для успешного повсеместного внедрения технологии в жизнь людей?

Профессор А.Г. Григорьянц: Должна проводиться полноценная информационная кампания в средствах массовой информации с целью формирования положительного отношения населения к новой технологии.

Необходимо учитывать национальные особенности ведения бизнеса в стране. В частности, в России необходимо иметь надёжных отечественных партнёров, а также производить дробление технологических цепочек и защиту интеллектуальной собственности.

Для внедрения в жизнь людей необходимо предоставить не просто технологию, а готовые решения, такие как автомобиль, телефон, холодильник и т.п.

Необходимо создать в России творчески активного союзника, компетентного пользующегося интеллектуальным авторитетом и влиянием, и глубоко заинтересованного во внедрении Neutrinovoltaic в стране.

Автор: Румянцев Л.К., к.т.н.
Источник: https://naukatehnika.com/, https://novostienergetiki.ru/