Энергетика и транспорт: технологии электрогенерации следующего поколения
Топливно-энергетический комплекс России — это 20% экономики, 40% бюджета и 60% экспорта. Эти цифры показывают колоссальную зависимость российской экономики от ТЭК. Поэтому планы ЕС и других государств, направленные на отказ от ископаемого топлива, в среднесрочной перспективе означают колоссальные потери для одного из важнейших секторов экономики России.
Подобные перспективы безусловно находятся в поле пристального внимания руководства страны. Однако перестроить годами отлаженную систему не получится быстро: слишком большая инерционность действий и мышления. К сожалению, складывается впечатление, что пока ситуация не заходит в тупик, принимать радикальные и конкретные меры в России никто особенно не торопится. В этом плане очень примечательным примером является введение санкций западных стран против России, которые заставили промышленность и сельское хозяйство принимать комплекс решительных мер, с целью заместить импортную продукцию, но деградация промышленности оказалась настолько глубокой, что, оказалось, ослаблены и даже потеряны компетенции по многим направлениям современного развития промышленности, соответствующего актуальным потребностям, включая безвозвратную утрату специалистов. В России все помнят высказывание реформатора Гайдара: «Да кому нужны ваши станки?! Понадобятся — купим». И плоды подобного реформаторства мы пожинаем сейчас.
К сожалению, политическая ситуация в мире последние годы складывается таким образом, что любому государству крайне желательно и даже жизненно необходимо строить собственную промышленность, не надеясь на импорт, так как ставка на импорт делает страну уязвимой и зависимой от внешнего влияния и политической нестабильности. И это относится не только к России, но и другим странам: модель глобализации мировой экономики показала себя не состоятельной.
Наиболее революционные события ожидаются в энергетике и транспорте. Необходимо понимать, что для европейских стран конец эры углеводородов означает не только одно из решений экологических проблем в целях предотвращения климатической катастрофы, но прекращение энергозависимости от России. Именно в этом направлении страны ЕС принимают титанические усилия, как, впрочем, и сама Россия, которая стремится избавиться от технологической зависимости от западных стран и США, а все вместе направляют свои усилия на предотвращение засилья китайских товаров, означающих потерю рабочих мест собственного населения.
Председатель правления УК «Роснано» Анатолий Чубайс, выступая на международном корпоративном форуме «Горизонты», заявил:
«Для России конец углеводородов означает просто потерю колоссальной части экономики. В этом смысле мы должны реагировать острее, сильнее, мы не можем себе позволить потерять 20% ВВП. В этом смысле нам с опережением в каких-то вещах надо двигаться. Не для того, чтобы догнать их, а для того, чтобы сохранить наш повышенный потенциал и создать этот новый технологический класс».
О чём идёт речь?
Речь идёт о том, что ЕС является одним из ключевых торговых партнёров России и намерен в довольные сжатые сроки полностью перейти на «зелёную» энергетику, отказавшись от покупки углеводородов, которые составляют львиную долю экспорта из России. Политическое решение на уровне руководства ЕС принято и будет продвигаться, несмотря ни на какие издержки и препятствия. Это нужно усвоить раз и навсегда и выстраивать свою экономическую политику, исходя из этих объективных обстоятельств.
Уже сейчас сформирован облик энергетики ЕС и намечен вектор развития автотранспорта. Электрогенерация будет базироваться преимущественно на гидрогенерации, солнечной и ветровой энергетике, а также атомной энергетике в отдельных странах ЕС (часть стран, как Германия, категорически против атомной энергетики). Автомобилестроительная отрасль уже сейчас переходит на выпуск электромобилей. Россия также старается не отстать от общих тенденций. На сегодняшний момент на территории России введено в эксплуатацию 600 МВт и строится еще 900 МВт солнечной генерации. С 2009 года в России работает завод Хевел в Чувашии по производству солнечных электростанций, к концу 2022 года намечается запуск в Калининградской области двух заводов: на одной площадке будут делать кремниевые пластины, а на второй из них собирать солнечные панели и вспомогательное оборудование. Мощность выпуска солнечных панелей – около одного ГигаВатта генерации в год.
Но России стоит обратить особое внимание не столько на переход энергетики ЕС на солнечную и ветровую электрогенерацию: они полностью зависят от погодных условий, а их ахиллесова пята — нестабильность выработки электроэнергии, и даже не на переход на электромобили, которым в любом случае потребуется электричество для зарядки, так как известно, что принятая сейчас схема – это зарядка от зарядных станций, а скорее на идущие им на смену новейшие технологические разработки в области получения электроэнергии.
Среди этих новейших разработок стоит в первую очередь упомянуть созданную немецко-американской исследовательской компанией Neutrino Energy Group технологию получения постоянного электрического тока, получившую название Neutrinovoltaic. Это название похоже на Photovoltaic, т.е. технологию получения электроэнергии от солнечного света. И для этого есть свои основания, т.к. Neutrinovoltaic технология, по большому счёту, получила свой старт в результате работ, связанных с поиском возможностей повышения эффективности материалов, применяемых для изготовления солнечных панелей. Многолетние экспериментальные работы, проведённые учёными Neutrino Energy Group по применению различных легирующих элементов и материалов, показали, что комбинация графена и легированного кремния генерирует электрический ток не только под действием прямых солнечных лучей, но и в тёмное время суток. Полученный эффект дал толчок новому направлению исследований, а именно, созданию материала, который будет генерировать электрический ток круглосуточно и круглогодично и не зависеть от погодных условий. В качестве основной задачи имелся в виду именно поиск возможности практического применения материала в системах электрогенерации, а не только сам эффект получения электрического тока. Для этих целей был необходим материал, с единицы поверхности которого можно получить ток и напряжение, позволяющие сконструировать различные генерирующие устройства компактного размера для электроснабжения различных электроприборов, отдельных помещений и даже установки на электромобили. Экспериментальным путём было доказано, что такая задача выполнима, а по мере продвижения работ разработчики осознали всю грандиозность своего изобретения.
Основа изобретения – это сверхтвёрдый многослойный материал из чередующихся слоёв графена и легированного кремния. Считается доказанным в настоящее время, что атомы графена находятся в постоянном колебательном движении. Причём эти колебания значительно выше, чем в других известных материалах. Кроме того, из-за того, что кристаллическая решётка графена представляет собой шестиугольные ячейки, т.е. является двумерной гексагональной кристаллической решёткой, колебания атомов приводят к появлению так называемых «волн графена». Генеральный директор компании Neutrino Energy Group Хольгер Шубарт так объясняет процессы появления электрического тока:
«Любые электромагнитные излучения, включая космические нейтрино, влияют на частоту и амплитуду колебаний атомов графена, переводя их в резонанс. Наличие же слоёв легированного кремния, размещённых между слоями графена в результате наличия эффекта «косого рассеяния», вызывают электрический ток. Созданный нашей компанией наноматериал преобразовывает также и терагерцевые (или Т-лучи) волны (электромагнитные волны с частотой где-то между микроволнами и инфракрасным светом) в электрический ток. Всё, что способно воздействовать на частоту и амплитуду колебаний атомов графена, включая и тепловое воздействия, преобразовывается нашим материалом в постоянный ток. Именно тепловое воздействие учитывается нами при проектировании источников тока для электромобилей».
Продолжая развивать свои многолетние дружеские отношения с Россией, Хольгер Шубарт привлёк к работам и российских учёных.
«Мы заинтересованы в самом интенсивном взаимодействии с учёными и российским бизнесом, так как считаем, что наша разработка найдет самое широкое прикладное применение, а внедрение её в России, учитывая величину территории и суровый климат, способно сделать жизнь россиян экологичной, безопасной и комфортной, вплоть до самых удаленных её уголков, и сократить при этом затраты на электроснабжение, отопление и мобильность населения».