Энергопереход подразумевает отказ от ископаемого топлива и использование возобновляемых источников энергии. В ближайшие 30-40 лет наступит и переход электромобильный, что означает переход от автотранспорта с ДВС к использованию электромобилей.
Если рассматривать тематику энергетической трансформации в аспекте ее влияния на процессы в мобильной сфере, то в настоящее время можно выделить два стратегических вектора развития транспорта будущего:
- Во-первых, электромобили. Выпускаемые в настоящее время электромобили оснащаются большими аккумуляторными батареями, составляющими основную долю их стоимости. Сегодня проводятся широкие исследования по повышению емкости таких аккумуляторов, удешевлению их стоимости и уменьшению размеров. Успешность продаж электромобилей в настоящее время определяется в основном используемыми аккумуляторными батареями, поскольку они являются самым дорогим компонентом электромобиля, определяя цену электромобиля в продаже. Сегодня для производителей электромобилей аккумулятор играет важную и фундаментальную роль в определении того, какой автомобиль будет представлен на рынке. Батареи также должны становиться все более экономичными, мощными, компактными и легкими. Однако это направление инновационного развития не решает основную задачу – откуда получить электроэнергию для компенсации повышенного спроса на нее? Это одно из самых узких мест в проблематике широкого перехода на действительно экологически чистые электромобили.
- Во-вторых, водород. Использование водорода в качестве топлива для автомобилей является очень дорогим процессом и требует не только огромных капиталовложений в инфраструктуру доставки, распределения и хранения, но и в само производство водорода. Расчеты, произведенные Центром компетенций НТИ «Новые и мобильные источники энергии» показывают, что водородные автомобили станут выгоднее электромобилей на аккумуляторах при цене на водород $3 за килограмм, при этом эксперты не смогли назвать текущую цену водорода в РФ, так как рынка этого топлива на сегодняшний день не существует. Перевести личный транспорт на водород – нереально уже по причине дороговизны создания заправочной инфраструктуры, а вот существенная часть городского пассажирского транспорта может перейти на водород в ближайшие годы, так как весь транспорт возвращается ночью в парк на заправку. Это позволит обходиться небольшим количеством заправочных станций.
Возможно ли создать электромобиль, способный без подключения к внешним зарядным устройствам самостоятельно генерировать электрический ток, который пойдет на зарядку аккумуляторной батареи и создание тяговой силы при его движении? Задача крайне амбициозная и сложная, но ее решение возможно только на основе использования наноматериалов и обещает сделать переворот в автомобилестроении.
Тщательный анализ доступных публикаций показывает, что сейчас известен пока только один материал, способный преобразовывать энергию окружающих энергетических полей в электрический ток – графен. Эксперименты, проведенные различными научными центрами, показывают, что графен способен преобразовывать проходящие через него различные электромагнитные излучения, а также энергию нейтрино, антинейтрино, терагерцевые волны, а также тепловые потоки в электрический ток. Графен относится к 2D материалам, но в связи с наличием шестигранной кристаллической решетки ведет себя как 3D материал. Преобразование энергии окружающих энергетических полей в электрический ток стало возможным именно из-за шестигранной кристаллический решетки графена. Колебания атомов графена под воздействием энергетических полей приводят к появлению «графеновых» волн, видимых через микроскоп с сильным разрешением. При анализе этого явления было сделано очень значимое открытие — в графене возникает волна, подобно волнам на поверхности моря, возникающая из-за комбинации небольших спонтанных движений и приводящая к появлению более крупных спонтанных движений, фактически речь идет о появлении резонанса колебаний. Колебания одного атома, суммируясь с колебанием других атомов, вызывает появление поверхностных волн с горизонтальной поляризацией, известных в акустике как «волны Лява». В связи с особенностями кристаллической решетки графена его атомы колеблются как бы в тандеме, что отличает подобные движения от спонтанных движений молекул в жидкостях.
Holger Thorsten Schubart, Президент Neutrino Energy GroupОднако узким местом графена является крайне маленькая генерируемая мощность, затрудняющая его применение для получения энергии. Техническое решение по увеличению снимаемой мощности с единицы поверхности при использовании графена для электрогенерации удалость решить научному коллективу немецко-американской компании Neutrino Energy Group под руководством Holger Thorsten Schubart. Была реализована идея – создать электрогенерирующий наноматериал многослойным. Для этого на металлическую фольгу наносилось одностороннее многослойное покрытие методом осаждения из паровой фазы, состоящее из чередующихся слоев графена и легированного кремния общей толщиной 10-20 нанометров. Сторона фольги с напылением представляет собой положительный полюс, а непокрытая поверхность – отрицательный. Воздействие окружающих излучений вызывает вертикальное колебание атомов графена, а атомов кремния – в горизонтальное, приводя колебания к резонансу атомных вибраций, которые многократно увеличивают ток.
Cами по себе атомные колебания не могли вызвать электрический ток, поэтому стояла задача направить электроны графена в одном направлении. Для этого должна быть нарушена внутренняя симметрия материала, или то, что физики называют «инверсией». Обычно, электроны графена должны чувствовать равную силу между ними, а это означает, что любая поступающая энергия рассеивает электроны во всех направлениях, симметрично. Необходимо было сломать инверсию графена и вызвать асимметричный поток электронов в ответ на поступающую энергию излучений. Основываясь на опубликованных результатах исследований графена другими учеными, Holger Thorsten Schubart предположил, что размещение слоя графена между слоями легированного кремния выбивает электроны графена из равновесия, электроны, ближние к кремнию, испытывали определенное воздействие. Общий эффект заключался в том, что физики называют «косым рассеянием» – термин, определяющий процесс, при котором облака электронов отклоняют свое движение в одном направлении. Чем сильнее энергия поступающих излучений, тем больше энергии преобразовывается в устройстве-конверторе в постоянный ток. Технология создания источников постоянного тока на основе графена получила название Neutrinovoltaic.
Долгое время спорным являлось утверждение, что космические нейтрино, которые, как считалось, не вступают во взаимодействие с веществом, способны взаимодействовать с генерирующим нанопокрытием и усиливать атомные колебания графена. Последние опубликованные данные экспериментов COHERENT в лаборатории Ок-Ридж (США) доказали, что нейтрино низких энергий участвуют в слабых взаимодействиях с ядрами веществ. Эти взаимодействия являются одним из основных факторов, вызывающих колебания атомов графена, происходящих в виде «графеновых волн».
Теоретические предпосылки и экспериментальные знания позволили Holger Thorsten Schubart завершить работы по созданию Neutrinovoltaic источников постоянного тока и приступить к практическим работам по созданию электромобиля Pi-Car со встроенными в его корпус такими наногенераторами. Компания Neutrino Energy Group приступила в Германии к реконструкции электромобильного завод для выпуска Pi-Car, который будет располагать экспериментально-техническим центром и линией сборки электромобилей, а также презентационным залом и конгресс-центром. Проект реализуется при научном сотрудничестве с одним из лидеров в области современных наноматериалов и компьютерных технологий – индийским научно-технологическим центром C-MET. Сотрудничество осуществляется при поддержке индийского правительства, финансовая сторона вопроса также решена: стартовый капитал проекта составил $2.5 млрд.
Проект Pi Car дает реальные ответы на возникшую проблематику электромобильной трансформации. Прежде всего, он решает растущие проблемы энергообеспечения за счет генерации чистой и экономичной электроэнергии без нанесения дополнительного вреда климату и экологическому здоровью Планеты.
