Если рассматривать тематику энергетической трансформации в аспекте её 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 ёмкости 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 всё более экономичными, мощными, компактными и лёгкими. Однако это направление инновационного развития не решает основную задачу - откуда получить электроэнергию для компенсации повышенного спроса на неё? 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 серьёзных капиталовложений в инфраструктуру доставки, распределения и хранения, но и в само производство водорода. Расчёты, произведённые 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 того, что создание заправочной инфраструктуры - дорогостоящее мероприятие, а вот существенная часть городского пассажирского транспорта может перейти на водород в ближайшие годы, так как весь транспорт возвращается ночью в парк на заправку, что позволяет обходиться небольшим количеством заправочных станций.
Эксперты также стараются не затрагивать такой важный аспект любого государства, как обороноспособность и способность государства защитить свою энергосистему от атак террористов и в условиях локальных конфликтов и военных действий. Перевод транспорта на электрическую тягу в современной концепции, а также развитие IT отраслей и повышение благосостояния людей, вызывает увеличение спроса на централизованную электроэнергию (в 2 раза к 2050 году по сравнению к 2020 году). При скоординированной атаке на объекты энергетической инфраструктуры может наступить полный коллапс не только в электроснабжении, это затронет непосредственно и сектор электротранспорта.
Возможно ли создать электромобиль, способный без подключения к внешним зарядным устройствам самостоятельно генерировать электрический ток, который обеспечит зарядку аккумуляторной батареи и создание тяговой силы при его движении? Задача крайне амбициозная и сложная, но её решение возможно только на основе использования наноматериалов и ее решение обещает осуществить переворот в автоиндустрии.
Над созданием такого электромобиля уже несколько лет работает немецко-американская компания Neutrino Energy Group, партнёром которой в России является Благотворительный фонд имени Святителя Тихона, миллиардные инвестиции которого и совместная с Neutrino Energy Group инвестиционная программа в России по созданию предприятий полного цикла для выпуска автономных электрогенерирующих источников позволит России выдвинуться в первый ряд самых инновационно - ориентированных государств и не на словах, а на деле приступить к реформированию энергетической отрасли и выпуску Pi-Car электромобилей со встроенными в их корпуса электрогенерирующими Neutrinovoltaic источниками тока.
Тщательный анализ доступных публикаций показывает, что сейчас известен пока только один материал, способный преобразовывать энергию окружающих электромагнитных и энергетических полей, включая поток нейтрино, в электрический ток – графен.
Исследования, проведённые интернациональными 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 решётки ведёт себя как 3D материал. 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 идёт о появлении резонанса атомных 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 решётки графена его атомы колеблются как бы в тандеме, что отличает подобные движения от спонтанных движений молекул в жидкостях.
Однако, узким местом графена являлась крайне низкая 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 одну сторону металлической фольги наносилось многослойное покрытие методом осаждения из паровой фазы и методом напыления, состоящее из чередующихся слоёв графена и кремния с послойным добавлением легирующих элементов. 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.
Однако, сами 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 учёными, Holger Thorsten Schubart предположил, что размещение слоя практически чистого без примесей графена между слоями кремния с добавлением легирующих элементов 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 .
Holger Thorsten Schubart, Президент Neutrino Energy Group
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 наногенераторами. Компания Neutrino Energy Group приступила в Германии к реконструкции электромобильного завода для выпуска Pi-Car, который будет располагать экспериментально-техническим центром и линией сборки электромобилей, а также презентационным залом и конгресс-центром, в России планируются также масштабные мероприятия по внедрению инновационной технологии в различных отраслях экономики.
Проект Pi Car и Pi - концепция в целом, имеет серьёзный потенциал для внедрения и даёт реальные ответы на возникшую проблематику электромобильной трансформации. Прежде всего, он решает растущие проблемы энергообеспечения за счёт генерации чистой и экономичной электроэнергии без нанесения дополнительного вреда климату и экологическому здоровью Планеты.
