Подспорье для индустриального государства

Нынешняя энергетика в основном построена на использовании углеводородов. Между тем запасы природных ископаемых на фоне их интенсивной добычи постепенно истощаются, да и для экологии это, мягко говоря, не очень здорово… Поэтому остро назрела необходимость в разработке новаторских технологий в области генерации энергии. И помогут в этом новые материалы, свойства которых сейчас активно исследуются.

По мере роста населения и развития промышленности в разных странах потребность в энергии постоянно возрастает, а между тем запасы невосстановимых углеводородных ресурсов – нефти, угля, газа – неуклонно снижаются. Возможным спасением от энергетического коллапса могло бы стать массовое строительство атомных станций, однако череда серьезных аварий на АЭС по всему миру, которые происходят в последнее время, заставляет серьезно усомниться в перспективности ядерных технологий как основного способа безопасного получения энергии.

Предлагаемые альтернативные способы получения энергии также пока никак нельзя назвать в полной мере эффективными и экономически оправданными. Так, получение «солнечной энергии» могло бы оказаться неплохим подспорьем для любого индустриального государства, но, несмотря на все старания ученых, производство кремниевых солнечных элементов оказывается чересчур дорогостоящим, их КПД низок, а количество солнечных дней в году, когда эти элементы могут быть использованы относительно эффективно, во многих странах весьма невелико… Вдобавок ко всему стоимость преобразующего и аккумулирующего энергию оборудования делает технологию еще более дорогой.

Ветроэнергетика оказывается ненамного более эффективной в силу тех же причин: стоимость ветрогенераторов до сих пор очень высока, как и оборудования для преобразования и накопления полученной энергии, а ветры в большинстве регионов, за исключением приморских и ряда пустынных районов, не носят стабильного характера. Да и ресурс подобных генераторов недостаточно высок, и они требуют регулярного технического обслуживания.

Как известно, нынешний 2021 год в России объявлен Годом науки и технологий, в связи с чем запланирован ряд тематических проектов и мероприятий. Так, недавно Президент РФ Владимир Путин провел рабочую встречу с министром науки и высшего образования Валерием Фальковым. В числе прочих вопросов на ней обсуждались создание в российских регионах карбоновых полигонов, а также разработки методики измерения потоков основных парниковых газов, таких как двуокись углерода, метан, закись азота и др.

По словам Путина, декарбонизация является «важнейшим направлением деятельности не только в мире, но и для нас тоже». Кроме того, он упомянул о том, что в этом году из-за холодной зимы некоторые страны Европы и южные штаты США столкнулись с проблемой, связанной с работой ветрогенераторов при низких температурах.

«Замерзали ветряные мельницы, и для того чтобы их разморозить, нужно было прибегать к использованию таких энергетических источников, которые в принципе даже в некоторых местах и запрещены для производства электроэнергии, – заметил российский президент. – Поэтому очень важно совместить научные знания, потребности сегодняшней экономики, смотреть в будущее и сотрудничать. Это нужно делать вместе с коллегами не только внутри страны, но и прежде всего, конечно, со странами ЕврАзЭС, СНГ и вообще со всеми коллегами, которые заинтересованы в результатах совместной работы».

А ведь помимо таких привычных для нас источников, как сжигание ископаемого топлива, ядерные блоки и гидроэлектростанции, существует еще и такая возможность, как генерация энергии из окружающего пространства с использованием наноматериалов на основе графена.

Еще в 2015 году была присуждена Нобелевская премия по физике за доказательство наличия массы у нейтрино. Нейтрино представляют собой нейтральные частицы материи, напоминающие электроны. Они образуются в ходе ядерных реакций, происходящих в атомных реакторах или в атмосфере.

Нейтрино способны двигаться со скоростью света, но не имеют электрического заряда, благодаря чему они могут проходить через любые преграды, способные блокировать радиоволны или другие электромагнитные излучения, – различные виды материи, газ, пыль и так далее. До недавних пор считалось, что масса нейтрино равна нулю. Но, как мы помним из школьного курса физики, если материя обладает массой, то она обладает и энергией.

Совсем недавно были опубликованы данные экспериментов COHERENT в лаборатории Ок-Ридж (США), в которых приняли участие и сотрудники российских научных организаций (ИТЭФ имени А.И.Алиханова, МИФИ и МФТИ). В результате серии опытов было доказано, что низкоэнергетичные нейтрино способны образовывать слабые ядерные взаимодействия.

Ученые, в том числе специалисты Массачусетского технологического института, подсчитали, что энергию нейтрино, упавших на 1 квадратный сантиметр земной поверхности с интенсивностью 60 миллиардов частиц в секунду, можно преобразовать в стабильный электрический ток.

Эти последние научные открытия позволили немецко-американской компании Neutrino Energy Group во главе с генеральным директором Хольгером Торстеном Шубартом создать Neutrinovoltaic-технологию на основе использования графена, способного частично конвертировать энергию нейтрино в электричество.

Причем полученный многослойный наноматериал способен преобразовывать в электрический ток и другие электромагнитные излучения, например, электросмог и терагерцевые волны (их также называют Т-лучами) – это электромагнитные волны, частота которых находится «между» частотой микроволн и инфракрасного излучения. Суммарное воздействие разного рода излучений, температурного фона и проч. повышает устойчивость работы нейтринных источников электротока и позволяет непрерывно генерировать энергию в любой точке земного шара.

Один из ведущих сотрудников Лаборатории исследования материалов MIT Хироки Исобе высказался об этом так: «Если мы сможем преобразовать эту энергию в источник энергии, который мы можем использовать для повседневной жизни, это поможет решить энергетические проблемы, с которыми мы сталкиваемся сейчас».

Лада КОВАЛЕНКО