Дмитрий Романофф – Роботы (страница 16)

С 2016 по 2020 годы капитализация сектора возобновляемой энергетики выросла почти в 10 раз с $10 млрд до $97 млрд. Крупные банки вроде Goldman Sachs и Morgan Stanley совместно с крупными инвестиционными фондами стали активно вкладываться в «зелёные» активы, видя в них как политическую поддержку, так и долгосрочную коммерческую перспективу вытеснения ископаемого топлива.

Tesla выстрелила потому, что перестала бороться с устоявшимися стереотипами об электромобилях и вместо этого предложила новую бизнес стратегию. Компания соединила технологический прорыв в батареях и программном обеспечении с гениальной маркетинговой стратегией, построенной вокруг личности своего лидера и создания культа бренда. Этот подход был вовремя поддержан глобальными финансовыми институтами и крупными банками. Они начали массово направлять капитал в зелёные технологии, увидев в них следующую большую возможность. В итоге Tesla продавала не только автомобиль, но и билет в будущее. Мир с готовностью его купил, навсегда изменив траекторию развития не только автопрома, но и всей мировой экономики.

Глава 9. Децентрализованная энергетика

Изучая историю развития электротранспорта, можно заметить что батареи были и остаются их самым слабым местом. Что если решения в области запаса электроэнергии могут мгновенно решить эти проблемы. Какие последствия будут для электротранспорта, электроники и робототехники? Это мы и попытаемся исследовать.

В условиях климатических изменений и энергетического кризиса поиск чистых, неиссякаемых и автономных источников энергии становится глобальным приоритетом. На этом фоне периодически вспыхивают сенсационные заявления о создании революционных устройств, способных напрямую преобразовывать энергию космических частиц. Один из самых обсуждаемых прототипов последних лет — это «Нейтринный энергетический куб» или Neutrino Power Cube от немецко-американской компании Neutrino Energy Group.

Исследуем принципы работы подобных устройств, отделяя физическую реальность от манипуляций и рассматривая более реалистичные альтернативы для децентрализованной энергетики будущего. Концепция, продвигаемая Neutrino Energy Group, звучит как фантастика, обещая избавление от зависимости от солнца, ветра и электросетей. Компания заявляет о создании технологии Neutrinovoltaic, которая использует энергию частиц невидимого спектра излучения, в первую очередь нейтрино.

Заявленный принцип работы основан на использовании многослойного наноматериала. В куб укладываются от 12 до 20 чередующихся слоёв графена и легированного кремния, нанесённых на металлическую подложку. Согласно заявлениям компании, когда нейтрино и другие частицы проходят через куб, они вызывают микроскопические колебания атомов графена, так называемую «графеновую рябь». Эти колебания, усиливаемые тепловым движением атомов, якобы преобразуются в резонансную вибрацию всей структуры, которая затем снимается в виде постоянного электрического тока. В результате устройство, не имеющее движущихся частей и внешних видимых источников питания, должно генерировать электричество 24 часа в сутки.

Заявлено, что агрегат размером с небольшую тумбу может выдавать нетто-мощность 5–6 кВт, что достаточно для обеспечения энергией среднего домохозяйства. Компания анонсировала полевые испытания сотен таких устройств в Австрии и заявляет о планах по строительству заводов в Швейцарии и Южной Корее.

Несмотря на громкие обещания, концепция прямого получения значимой энергии из нейтрино вступает в острое противоречие с устоявшимися принципами физики элементарных частиц.

Неуловимость нейтрино.

Ключевая проблема этого решения заключается в крайне слабом взаимодействии нейтрино с веществом. Эти частицы участвуют только в слабом и гравитационном взаимодействиях, игнорируя электромагнитное и сильное. Чтобы нейтрино «столкнулось» с ядром атома, оно должно подойти к нему на расстояние порядка аттометра или 10⁻¹⁸ метра. Через каждый квадратный сантиметр Земли ежесекундно пролетает около 60 миллиардов нейтрино, но практически все они проходят сквозь планету, не оставляя следа. Для их регистрации учёные строят гигантские детекторы массой в тысячи тонн. Примеры таких систем Super-Kamiokande в Японии, IceCube в Антарктиде или у нас на Кавказе. Они фиксируют буквально единичные события. Идея, что компактный бытовой прибор сможет уловить достаточно нейтрино для генерации киловатт мощности, с точки зрения современной физики выглядит совершенно неправдоподобной.

Вопрос источника энергии.

Сами разработчики, по-видимому, осознают эту проблему. В их объяснениях фокус постепенно смещается с нейтрино на более широкий спектр воздействий так называемые «волны материи» по гипотезе де Бройля. Это тепловое движение атомов графена и даже техногенный «электромагнитный смог» от Wi-Fi и сотовых сетей. Однако ни один из этих альтернативных источников не обладает достаточной плотностью энергии. Например, для выдачи мощности, сравнимой с солнечной батареей, плотность энергии на входе должна быть сопоставима с солнечным светом. Техногенные радиоволны на много порядков слабее.

Таким образом, физическое сообщество скептически относится к заявлениям Neutrino Energy Group. Эксперты указывают, что подобные проекты часто используют малопонятную широкой публике научную терминологию для прикрытия принципов, противоречащих фундаментальным законам, в частности, закону сохранения энергии.

Энергия из атмосферы.

Если получение энергии непосредственно от нейтрино за гранью современных технологий, то идея использования других, более распространённых и взаимодействующих частиц и полей в атмосфере уже гораздо ближе к реальности. Сегодня существуют работающие прототипы и коммерческие устройства, реализующие эту концепцию в малых масштабах.

Более реалистичные источники энергетических кубов нового поколения:

1. Радиочастотная энергетика через улавливание энергии радиоволн от вещательных станций, сотовых вышек и Wi-Fi роутеров. Эта технология, известная как сбор рассеянной энергии, уже питает малопотребляющие устройства типа датчиков «интернета вещей» IoT, RFID-метки и носимую медицинскую электронику.

2. Термоэлектрические генераторы по преобразованию разницы температур. Например, между корпусом устройства и окружающим воздухом или между разными слоями атмосферы. Преобразование в электричество происходит с помощью эффекта Зеебека.

3. Пьезоэлектрические и трибоэлектрические элементы. Генерация тока идёт за счёт механических вибраций или трения, которые в изобилии присутствуют в окружающей среде в виде ветра, шума и движения.

4. Солнечная энергетика нового поколения. Не стоит забывать и про совершенствование классических решений. Современные солнечные элементы имеют рекордную эффективность и могут работать в условиях рассеянного света, приближаясь к идеалу круглосуточного источника.

Гипотетический «Атмосферный энергетический куб» будущего, в отличие от нейтринного, может быть гибридным устройством, комбинирующим несколько из этих технологий для сбора мизерной, но реально существующей энергии из различных источников.

Мечта о компактном устройстве, обеспечивающем дом автономной энергией из неиссякаемых природных ресурсов, продолжает вдохновлять учёных и инженеров. Однако путь к этой цели лежит не через попытки обойти фундаментальные законы физики, а через кропотливую работу по повышению эффективности и интеграции уже существующих технологий сбора энергии.

Децентрализованная энергетика — это не фантастика, а объективная реальность и насущная необходимость. Её основу сегодня составляют не спорные «нейтринные кубы», а стремительно развивающиеся, дополняющие друг друга технологии в виде солнечных панелей на крышах, малых ветрогенераторов, умных сетей, системы накопления энергии и упомянутые выше системы сбора рассеянной энергии. Именно в их синергии, а не в поиске «мистического куба», заключается устойчивое энергетическое будущее, независимое от централизованных сетей и ископаемого топлива.

Таким образом, в то время как проекты вроде Neutrino Power Cube остаются на периферии научного мейнстрима, реальная децентрализованная энергетика уверенно развивается, доказывая свою жизнеспособность уже сегодня.

Ядерные батареи на никеле-63.

Рассмотрим технологию бета-вольтаических ядерных батарей на изотопе никель-63. Батарея представляет собой физически обоснованную и уже реализованную платформу для децентрализованной энергетики. Эти устройства, часто называемые «вечными батарейками», используют энергию бета-распада радиоактивного изотопа, преобразуя её непосредственно в электричество с периодом полураспада около ста лет и безопасным излучением, которое легко экранируется. Никель-63 идеально подходит для создания долговечных и автономных источников питания для решений вне электросети.

Изотоп никель-63 в процессе бета-распада испускает электроны или бета-частицы. Эти частицы попадают в полупроводниковый преобразователь чаще всего на основе алмаза или кремния, где ионизируют атомы, создавая пары электрон-дырка. Встроенное в полупроводник электрическое поле разделяет эти заряды, генерируя постоянный электрический ток. Этот процесс не требует движущихся частей, химических реакций или внешнего источника энергии, обеспечивая стабильную выходную мощность на протяжении десятилетий.