Das deutsch-amerikanische Unternehmen Neutrino® Energy Group hat ein Nanomaterial auf Basis von Graphen gefunden.
In den letzten Jahren haben zahlreiche Wissenschaftlergruppen auf der ganzen Welt die Eigenschaften von Graphen für seine Anwendungen untersucht. Das zunehmende Interesse an diesem Material ist auf seine einzigartigen Eigenschaften wie hohe Leitfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit, Festigkeit und Hydrophobie zurückzuführen, die umfangreiche Perspektiven für die Verwendung von Graphen in verschiedenen Branchen eröffnen.
Eine der wichtigsten Richtungen für die Einführung von Graphen ist die Energiewirtschaft, die zu Recht nicht nur Möglichkeiten der Energieerzeugung, sondern auch Energiespeichersysteme umfasst, die im Prozess der Energiewende von traditioneller Energie zu alternativer Energie besondere Bedeutung erlangen. Die Verwendung von Graphen in Batterien erhöht deren spezifische Kapazität um ein Vielfaches, wodurch sich die Kilometerleistung eines Elektroautos mit einer einzigen Ladung um ein Vielfaches erhöht, und ermöglicht zudem eine schnelle Aufladung der Batterie.
Eine viel wichtigere Rolle spielt jedoch die Verwendung von Graphen direkt bei der Stromerzeugung. Die Forschung in dieser Richtung wird in vielen Ländern intensiv betrieben. Der deutsche Mathematiker Holger Thorsten Schubart kündigte erstmals die Möglichkeit an, elektrische Energiequellen mit Graphen als Grundelement zu schaffen. Er wies vor mehr als zehn Jahren nach, dass Graphen die thermische Brownsche Bewegung von Atomen und die umgebenden Strahlungsfelder des unsichtbaren Spektrums in elektrischen Strom umwandeln kann. Auf der Grundlage von Erkenntnissen aus praktischen Erfahrungen und Laborexperimenten haben er und eine Gruppe von Wissenschaftlern eines deutsch-amerikanischen Unternehmens ein elektrisch erzeugendes mehrschichtiges Nanomaterial erfunden, das aus abwechselnden Schichten aus Graphen und dotiertem Silizium besteht, die aus der Dampfphase auf eine Metallfolie aufgebracht werden.
Es ist erwähnenswert, dass Graphen auch von Wissenschaftlern des Massachusetts Institute of Technology (MIT), USA, ausgiebig erforscht wurde. Ihre Erfolge sind jedoch bescheidener im Vergleich zu den Ergebnissen, welche die Wissenschaftler der Neutrino Energy Group erzielt haben. Das Forschungsgebiet des MIT konzentriert sich auf die Umwandlung von Terahertz-Wellenenergie in elektrischen Gleichstrom. Diese hochfrequenten Strahlungswellen, die als “T-Strahlen” bezeichnet werden, werden von fast allem erzeugt, das Temperatur registriert, einschließlich unseres eigenen Körpers und unbelebter Gegenstände um uns herum. Jedes Gerät, das ein Wi-Fi-Signal aussendet, sendet auch Terahertz-Wellen aus – elektromagnetische Wellen mit einer Frequenz zwischen Mikrowellen und Infrarotlicht. “Wir sind von elektromagnetischen Wellen im Terahertz-Bereich umgeben”, sagt der Hauptautor Hiroki Isobe, ein Postdoc am MIT Materials Research Laboratory. “Wenn es uns gelingt, diese Energie in eine Energiequelle umzuwandeln, die wir im täglichen Leben nutzen können, könnte dies zur Lösung der Energieprobleme beitragen, mit denen wir heute konfrontiert sind.
Anders als am MIT ist die Forschung der Neutrino Energy Group nicht auf einen einzigen Impact Factor für Graphen beschränkt, sondern viel umfassender und anwendungsorientierter. Sie machen sich eine Eigenschaft von Graphen zunutze – die im Vergleich zu anderen Materialien erhöhten Fluktuationen seiner Atome. Außerdem kann Graphen, das zu den 2D-Materialien gehört, nur dann stabil existieren, wenn es sich wie ein 3D-Material verhält. Diese Eigenschaft ist auf die Besonderheiten seines Kristallgitters zurückzuführen, das aus einer Ebene mit hexagonalen Zellen besteht, d. h. es handelt sich um ein zweidimensionales hexagonales Kristallgitter. Aus diesem Grund verursachen die Schwingungen der Graphenatome “Graphenwellen”, deren Frequenz und Amplitude vom Einfluss der umgebenden Strahlungsfelder und Wärmeströme abhängen. “Graphen-Wellen” werden unter einem Mikroskop mit hoher Auflösung beobachtet.
Holger Thorsten Schubart stellt fest: “Je mehr Faktoren die Frequenz und Amplitude der Schwingungen von Graphenatomen beeinflussen, desto stabiler sind die auf der Basis des entwickelten Matrials. Die Stärke der Schwingungen von Graphenatomen wird durch Neutrinos, Antineutrinos, elektromagnetische Felder am Ort der Stromquellen, Temperatur und Terahertz-Wellen beeinflusst. Aufgrund der vielfältigen Auswirkungen auf die Größe der Schwingungen der Graphen-Atome ist es derzeit schwierig, den Anteil des Einflusses des einen oder anderen Faktors auf die Leistungsabgabe mit 100 %iger Genauigkeit zu bestimmen. Es wurden Studien über den Beitrag von Neutrinoteilchen speziell zur Stromerzeugung durchgeführt. Zu diesem Zweck wurde die getestete Energieplatte der Größe A4 vollständig von jeglichen elektromagnetischen Einflüssen, mit Ausnahme von Neutrinos, isoliert, was dadurch erreicht wurde, dass sie in einem Faradayschen Käfig in einer Tiefe von mehr als 30 m unter der Erde in einem Betonbunker untergebracht wurde. Unter diesen Bedingungen registrierte das elektrische Messgerät konstant eine Leistung von 2,5 – 3,0 W.”
Der Mechanismus der Wechselwirkung von Neutrinos mit Materie wurde durch die veröffentlichten Ergebnisse der COHERENT-Experimente im Oak Ridge Laboratory (USA) aufgedeckt, die bewiesen, dass Neutrinos mit niedriger Energie an schwachen Wechselwirkungen mit den Kernen der Materie beteiligt sind. Ein ähnliches Modell der Wechselwirkung von Neutrinos beliebiger Energie, die jedoch eine Masse haben, mit Graphenatomen kann als theoretische Grundlage für die Umwandlung der kinetischen Energie von Neutrinos in elektrischen Gleichstrom verwendet werden.
Die Stabilität der Stromerzeugungsquellen der Neutrino Energy Group, unabhängig von Wetterbedingungen, Tages- und Jahreszeiten, bietet unbestreitbare Vorteile gegenüber der Stromerzeugung aus Sonne und Wind. Die Tatsache, dass die Stromerzeugungsplatten wie ein Stapel Briefpapier übereinander gestapelt sind, sorgt außerdem dafür, dass die Stromquellen kompakt sind und direkt am Ort des Verbrauchs platziert werden können, einschließlich der Platzierung der Stromquellen in elektrischen Geräten und Anlagen innerhalb des Gebäudes, so dass kein Anschluss an zentrale Stromversorgungsleitungen erforderlich ist.
Gegenwärtig liefert 1 m3 Material bei einer Raumtemperatur von 23,7° C etwa 36 kW. Ein Satz dicht gepackter, d. h. in Reihe miteinander verbundener, komprimierter Platten bildet ein Energiemodul, und die Reihen- und/oder Parallelschaltung der Energiemodule untereinander sorgt für die erforderlichen Leistungsmerkmale der Stromquellen.
Eine der wichtigsten Anwendungen der Neutrinovoltaik-Technologie könnte in naher Zukunft in der Automobilindustrie, insbesondere in Elektrofahrzeugen, liegen. Die Entwicklung eines Elektrofahrzeugs mit in die Karosserie integrierten Stromquellen bietet eine Lösung für die gegenwärtigen Probleme, nämlich:
Die Neutrino Energy Group hat mit einer Reihe großer Herstellerfirmen in verschiedenen Ländern Lizenzverträge zur Produktion von Energiequellen abgeschlossen. Die erste kommerzielle Produktion von Neutrino Power Cubes Stromquellen mit einer Kapazität von 5-10 kWh wird in der Schweiz beginnen. Darüber hinaus wurde mit dem indischen Unternehmen S-MET ein Vertrag über die Entwicklung einer Karosserie für ein Pi-Elektrofahrzeug aus Metamaterial mit integrierten Stromquellen auf der Grundlage von Neutrinovoltaik. Die ursprüngliche Investition in das Projekt betrug 2,5 Milliarden Dollar.
Obwohl die Eigenschaften von Graphen erst seit relativ kurzer Zeit erforscht werden, hat es sich bereits als vielversprechendes Material für den Bedarf an alternativen Energien erwiesen, das der Menschheit neue Möglichkeiten auf dem Weg zum Ausstieg aus den fossilen Brennstoffen eröffnet, und das erste Beispiel für seinen Einsatz in der Praxis ist der beste Beweis dafür.
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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.
