Графеновая электрогенерация — новая эра в бестопливной энергетике

В последние годы Европа находилась в авангарде мировых усилий по переходу к использованию альтернативных источников энергии. Однако предпринятые меры оказались избыточными, а результаты — незначительными. Более того, в прошлом году в Европе наблюдалось снижение выбросов на 2,9%. Однако в 2025 году ситуация изменилась: выбросы начали расти. И это предвещает серьёзные проблемы в процессе осуществления энергоперехода.

В апреле в странах Европейского союза наблюдался значительный рост производства электроэнергии на солнечных электростанциях. Однако это не принесло ожидаемого успеха. Избыток энергии перегружает энергосистемы и делает проекты по использованию возобновляемых источников энергии нерентабельными с одновременной перегрузкой энергосистем, поэтому строительство рентабельных солнечных электростанций становится всё более сложным.

Согласно отчёту SolarPower Europe, после периода активного роста в секторе солнечной энергетики в ЕС наблюдается значительное замедление темпов развития. В 2023 году рост составил 53%, а в 2024 году — всего 4%, а в период 2025–2028 годов годовые темпы роста ожидаются на уровне 3–7%.

Операторы в сфере возобновляемых источников энергии (ВИЭ) также сталкиваются с трудностями и финансовыми потерями из-за того, что в определённые периоды они не могут получать энергию от своих источников, чья выработка падает до нуля. Однако через несколько месяцев они, наоборот, не могут справиться с избытком дешёвой энергии, которая перегружает систему и создаёт проблемы для всей отрасли. Подобные колебания невозможно контролировать.

В сфере зелёной энергетики существует проблема, связанная с нестабильностью и отсутствием эффективных технологий для хранения энергии. Это особенно актуально для Европейского союза, где уже начинают сомневаться в своих планах по развитию солнечной энергетики.

Проблемы с солнечной энергетикой и ветрогенерацией, работа которых зависит от погодных условий, привели к необходимости разработки технологий бестопливной электрогенерации, которые не зависят от погодных условий. В Европе уже проводятся исследовательские работы по разработке и промышленному внедрению бестопливных технологий электрогенерации различной мощности.

Одним из самых многообещающих направлений стратегического развития является технология графеновой электрогенерации, созданная с применением двумерных материалов толщиной один атом. Такие двумерные материалы обладают свойствами, которые кардинально отличаются от свойств многослойных материалов, как, например, графен и графит. Графен — это материал с невероятно высокой плотностью электрического тока, в миллион раз превышающей аналогичный показатель меди. Он также обладает рекордной подвижностью носителей заряда. В графене, в отличие от графита, каждый атом углерода соединён с тремя другими атомами в двухмерной плоскости, что позволяет одному электрону свободно перемещаться в третьем измерении, обеспечивая электронную проводимость.

Графен

Кроме того, исследование слоя графена с помощью микроскопа с высоким разрешением позволяет наблюдать вибрации, при которых соседние области по очереди становятся то вогнутыми, то выпуклыми. Чем сильнее воздействие энергетических и тепловых полей, тем интенсивнее колебания атомов графена, а следовательно, частота и амплитуда «графеновых волн» становятся выше. В рамках экспериментальных работ по созданию наноматериала, способного преобразовывать энергию частиц излучений невидимого спектра в электрический ток, учёные группы компаний Neutrino Energy провели исследования других материалов толщиной в один атом. Эти исследования показали, что, в отличие от графена, в них не возникает подобных вибраций. Holger Thorsten Schubart, президент группы компаний Neutrino Energy, высказал мнение, что, по мнению учёных его компании, наблюдаемый эффект возникновения электрического тока является прямым результатом импульсного динамического поведения слоя графена. Этот эффект возникает при взаимодействии электрических и магнитных полей, что приводит к образованию электродвижущей силы (ЭДС). Эксперименты показали, что мощность тока, вырабатываемого одним слоем графена, настолько мала, что не имеет практического применения. Чтобы получить значимый результат, необходимо увеличить площадь слоя до огромных размеров, что технически невозможно.

Решение сложной технической задачи было найдено в результате создания многослойного наноматериала, состоящего из чередующихся слоев графена и легированного кремния. Это открытие позволило группе компании Neutrino Energy приступить к промышленному внедрению технологии, которая обещает стать одним из самых значимых открытий в сфере энергетики XXI века.

Успех стратегии промышленного внедрения этой разработки напрямую зависит от наличия высокопроизводительной и относительно недорогой технологии нанесения одноатомных слоев необходимых материалов на металлическую подложку. При создании предпромышленных образцов бестопливных графеновых генераторов Neutrino Power Cubes мощностью 5-6 кВт были использованы технологии химического осаждения материалов на фольгу. Однако для организации промышленного производства графеновых бестопливных генераторов эти технологии не являются оптимальным решением. Скорее всего, специалисты выберут технологию плазменного напыления, которая будет задействована в условиях высокопроизводительного автоматизированного комплекса.

Организация промышленного производства при отсутствии готового технологического оборудования не менее сложная задача, чем само изобретение. Однако результаты решения встающих перед Neutrino Energy технологических задач дают основание утверждать, что перспективы графеновой электрогенерации в мире безграничны и первые шаги по её внедрению уже сделаны.