Vor dem Hintergrund des aktuellen Konflikts in Osteuropa scheint die kohlenstofffreie Wirtschaft etwas an Dringlichkeit verloren zu haben.
Früher oder später werden die Kämpfe jedoch enden und das Thema Klimawandel wird wieder ganz oben auf der Tagesordnung stehen. Interfax zufolge erwärmt sich nach Angaben von Igor Schumakow, Leiter von Roshydromet, das russische Klima schneller als der weltweite Durchschnitt.
Die stärkste Erwärmung ist in der nördlichen Polarregion Russlands zu verzeichnen und in der Arktis findet ein Abbau des Permafrosts sowie eine Verringerung der Meereisfläche statt. Ein kritischer Anstieg der Jahresdurchschnittstemperatur könnte zu großen, vom Menschen verursachten Katastrophen in Form von Zerstörung von Gebäuden und Strukturen, Logistik- und Kommunikationsleitungen sowie enormen Methanemissionen führen. Deshalb darf der Übergang zu einer kohlenstoffneutralen Wirtschaft nicht aufgeschoben werden, insbesondere wenn es darum geht, fossile Energietechnologien zu ersetzen.
Derzeit ist das Angebot an kohlenstofffreien Technologien zur Energieerzeugung eher begrenzt, und der Schwerpunkt der Entwicklung liegt auf der Solar- und Windenergie, deren Stromerzeugung jedoch völlig von Wetterbedingungen abhängt. Außerdem sind Fragen zum Recycling ausgedienter Solarpaneele und Windturbinenblätter noch nicht gelöst. Diese Energieentwicklung sollte daher nur als ein Zwischenschritt auf dem Weg weg von den fossilen Brennstoffen gesehen werden.
Seit langem interessieren sich eine Reihe von Wissenschaftlern, angefangen bei Nikola Tesla, für die Möglichkeit, die so genannte “freie Energie” nutzbar zu machen, die der große serbische Wissenschaftler als “Äther” und die modernen Wissenschaftler als “Strahlungsfelder des unsichtbaren Spektrums” bezeichneten. Im 21. Jahrhundert gab es wissenschaftliche und technologische Durchbrüche bei der Erkenntnis der Natur des Konzepts der “freien Energie” und der Entwicklung von Nanomaterialien, die in der Lage sind, “freie Energie” in elektrischen Strom umzuwandeln.
Dieses Nanomaterial entpuppte sich als Graphen – eine zweidimensionale allotrope Modifikation von Kohlenstoff, die aus einer ein Atom dicken Schicht von Kohlenstoffatomen besteht. Die Kohlenstoffatome befinden sich in sp²-Hybridisierung und sind durch σ- und π-Bindungen zu einem hexagonalen zweidimensionalen Kristallgitter verbunden. Es stellte sich heraus, dass Graphen nicht in der 2D-Ebene, sondern nur in der 3D-Ebene existieren kann. Es verhält sich wie ein 3D-Material und sorgt für die notwendige Stabilität. “Loophole” ist die Verschiebung der sich bewegenden Atome, die dem Graphen seine dreidimensionalen Eigenschaften verleiht. Mit anderen Worten: Graphen war nie zu 100 % flach – es vibrierte auf atomarer Ebene, damit seine Verbindungen nicht spontan zerfielen. Ein Team von Physikern der Universität Manchester unter der Leitung von Paul Thibadeau wies nach, dass es sich dabei um so genannte “Levy-Flüge” handelt – Muster aus kleinen zufälligen Schwingungen in Kombination mit plötzlichen, abrupten Verschiebungen. Durch die Messung der Geschwindigkeit und des Ausmaßes dieser Graphenwellen schlug Thibadeau vor, sie zur Energiegewinnung aus der Umwelt zu nutzen. Graphen ist außergewöhnlich stark, elastisch und hat eine sehr hohe thermische und elektrische Leitfähigkeit, so dass es einen elektrischen Strom leiten kann, der eine Million Mal höher ist als der maximal mögliche Strom in Kupferschichten.
Bei hohen Temperaturen wandert gemäß der Fermi-Dirac-Verteilung ein Teil der Elektronen in die Leitungszone und “Löcher” bleiben im Valenzband. Damit ist eine recht hohe elektrische Leitfähigkeit von Graphen bei Raumtemperatur vorbestimmt. Die Leitungselektronen und “Löcher” in Graphen haben null effektive Masse, d.h. sie können nicht unbeweglich sein, sondern bewegen sich ständig mit der “Fermi-Geschwindigkeit”, die in Graphen etwa 106 m/s beträgt, also bereits relativistisch ist. Dies ist der Grund für die sehr hohe Mobilität der elektrischen Ladungsträger in Graphen, die mindestens 2 Größenordnungen höher ist als in Silizium, und für den ballistischen” Charakter ihrer Bewegung entlang der Schicht. Die freie Weglänge von Leitungselektronen und -löchern in Graphen beträgt bei Raumtemperatur mehr als 1 Mikrometer.
Die Möglichkeit einer praktischen Anwendung von Graphen zur Stromerzeugung wurde erstmals von einer Gruppe von Wissenschaftlern der Neutrino Energy Group unter der Leitung des deutschen Forschers und Mathematikers Holger Thorsten Schubart nachgewiesen, die ein mehrschichtiges Nanomaterial aus abwechselnden Schichten von Graphen und dotiertem Silizium schufen, das auf eine Seite einer Metallfolie aufgebracht wird. Die Seite der Folie mit dem aufgetragenen Nanomaterial wird zum Pluspol und die Rückseite ohne Nanomaterial wird zum Minuspol. Die mehrschichtige Beschichtung (optimalerweise 12 Graphen-Silizium-Schichten) ermöglicht mehr Energie pro Flächeneinheit, was für industrielle Stromerzeugungsprodukte von entscheidender Bedeutung ist und die Herstellung kompakter Stromquellen verschiedener Kapazitäten und Größen ermöglicht. Die Fähigkeit des Nanomaterials, Strom zu erzeugen, wird durch die Eigenschaften von Graphen bestimmt, das einen Massenanteil von etwa 75 % im Nanomaterial hat. Holger Thorsten Schubart kommentiert die Eigenschaften von Graphen:
Graphen-Wellen
Die Entstehung der atomaren Schwingungsresonanz von Graphen ist auf das Zusammentreffen der Schwingungsfrequenzen zurückzuführen, die durch die thermische Brownsche Bewegung der Graphen-Atome und den äußeren Einfluss von Teilchen der umgebenden Strahlungsfelder, vor allem Neutrinos, verursacht werden.
Es ist anzumerken, dass die Neutrino® Energy Group es schafft, sehr schnell von der wissenschaftlichen Erfindung zur industriellen Umsetzung der Entwicklung zu gelangen. Ende 2023 oder Anfang 2024 will die Schweiz mit der lizenzierten Produktion von Neutrino Power Cubes Stromquellen mit einer minimalen Nettoleistung von 5 – 10 kW beginnen. Eine solche Quelle verfügt über Steckdosen für 220 V und 380 V Wechselstrom sowie über eine Steckdose für Gleichstromgeräte. Der Cube mit der geplanten Nettoleistung von 5 – 6 kW hat 6 separate Einheiten zur Stromerzeugung. Der Cube mit einer geplanten Nettoleistung von 10 – 12 kW kommt auf 12 Einheiten zur Stromerzeugung. Die Konstruktionsmerkmale der Neutrino® Power Cubes sollen es Anwendern ermöglichen, die benötigte Leistung zu erhöhen, indem Sie zusätzliche Stromerzeugungsmodule anschließen, von denen jedes aus einem Satz dicht gepackter Platten zur Stromerzeugung besteht. Eine 200 x 300 mm große Platte erzeugt eine Spannung von 1,5 V bei 2 A Stromfluss. Der Neutrino® Power Cube wird wohl in Form eines Schaltschranks angeboten werden, der in zwei Bereiche unterteilt ist: Er besteht zum einen aus dem Generatorbereich, in welchem die stromerzeugende Module verbaut sind und dem Installationsbereich des Steuersystems.
Der Neutrino® Power Cube, der eine Nettoleistung von 5 – 6 kW erzeugt, wird Abmessungen von ca. 800 x 400 x 600 mm haben und etwa 50 kg wiegen. Der avisierte Nettopreis für die Serienherstellung beim Schweizer Hersteller des Neutrino® Power Cubes mit einer Nettoleistung von 5 – 6 kW wird mit ca. 11.000 Euro angegeben. Bei den derzeitigen Strom- und Heizungspreisen in der EU wird sich diese Investition bereits innerhalb von 2 – 3 Jahren amortisieren.
Auch in Russland soll eine lokale Produktion von Neutrino® Power Cubes in den nächsten Jahren starten.
Neutrino® Power Cubes stellen eine Quelle für eine garantierte, grundlastfähige Energieversorgung dar, die 24 Stunden am Tag und 360 Tage im Jahr Strom erzeugen kann.
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Die Neutrino Energy Group
Die Neutrino® Energy Group arbeitet mit einem weltweiten Team von Wissenschaftlern und verschiedenen internationalen Forschungszentren zusammen. Sie forschen an Anwendungen zur Umwandlung von unsichtbaren Strahlungsspektren der Sonne, u.a. von Neutrinos. Das sind hochenergetische Teilchen, die unaufhörlich die Erde erreichen und in elektrische Energie umgewandelt werden können.
