"ENERGY NEUTRINO" - טכנולוגיה חופשית לייצור חשמל

2024 מְחַבֵּר: Seth Attwood | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-16 16:05

בקשר לשינויי האקלים העולמיים בעשורים האחרונים, שנגרמו בין היתר מאורח חיים אנושי חסר אחריות וקצר רואי, שאלת פיתוח טכנולוגיות חדשות ויצירת חומרים חדשים המספקים לא רק חיים נוחים לאדם., אבל גם יכול להפחית באופן קיצוני את ההשפעה השלילית של חיי אדם על בית הגידול שלו.

השפעת הפעילות האנושית על האקלים היא נושא רב מרכיבים ומורכב מאוד, הכולל הן פינוי פסולת אנושית והן סירוב לשרוף דלקים מאובנים להפקת חשמל ולהשתמש בו למנועי בעירה פנימית.

כבר זמן רב היה דיון בקהילה המדעית על כמה אמיתי ייצור החשמל מחלקיקי נייטרינו קוסמיים. צד אחד טוען בחיוב ששטף הנייטרינים הקוסמיים דרך פני כדור הארץ יציב ביום ובלילה, ללא קשר למזג האוויר ולזמן של השנה, ואם מדענים למדו כיצד להשיג חשמל מהספקטרום הנראה של הקרינה (אור השמש), אז זה אפשר לקבל זרם מהספקטרום הבלתי נראה של קרינה (כגון ניטרינו קוסמיים) או סוגים אחרים של קרינה. והשאלה היא רק ביצירת חומרים חדשים שיאפשרו המרת האנרגיה של הנייטרינו לזרם חשמלי.

פסימיסטים טוענים שלמרות שפרס נובל לפיזיקה הוענק בשנת 2015 על הוכחה לעובדה שלנייטרינים יש מסה, המסה הזו קטנה מאוד (הרבה יותר קלה מאלקטרונים). "אם נניח שניתן להשיג אנרגיה מניטרינו, אז עולות שתי שאלות: באיזה מחיר והאם זה יהיה מעשי? במילים פשוטות, יש להוכיח היתכנות טכנית וכלכלית, אומר פרופסור יחיא חליל, אוניברסיטת ייל, ארה"ב ועמית מחקר, אוניברסיטת אוקספורד, בריטניה. אליו מצטרף ז'אק רוטוריה מאוניברסיטת בורדו - "ניסוי קוביות הקרח הוא עוד הדגמה מצוינת לאינטראקציה הקטנה ביותר של ניטרינו עם חומר. כן, חלק מהאנרגיה מועברת בתהליך הזה. אבל אין סיכוי לקבל מספיק אנרגיה כדי לייצר חשמל אפילו כדי לבשל ביצה אחת". אבל האם מדענים תיאורטיקנים שחוקרים בעיקר את היסודות הבסיסיים של פיזיקת הניטרינו, ולא את היישומים היישומיים שלהם, אז נכון?

יש לציין כי בשנים האחרונות הופיעו פרסומים רבים המתארים את המחקר שנערך בנושא זה. וכאשר מנתחים את הפרסומים של מדענים ממדינות שונות, אנו יכולים להסיק שהדרך להשתמש בניטרינו קוסמיים ליצירת אנרגיה טמונה ביצירת חומרים בעלי רטט אטומי מוגבר. בטבע, פרופסור ונסה ווד (Eidgen? Ssische Technische Hochschule, Z? Rich) של ETH (Eidgen? Ssische Technische Hochschule, Z? Rich) מסבירים אילו תהליכים גורמים לתנודות אטומיות כאשר חומרים בגודל ננו, וכיצד ניתן להשתמש בידע הזה לפיתוח שיטתי של ננו-חומרים עבור מגוון יישומים. הפרסום מראה שכאשר חומרים מיוצרים בגדלים של פחות מ-10-20 ננומטר, כלומר דקים פי 5,000 משערת אדם, הרעידות של השכבות האטומיות החיצוניות על פני החלקיקים גדולות וממלאות תפקיד חשוב כיצד החומר מתנהג. כל החומרים מורכבים מאטומים רוטטים.תנודות אטומיות אלו, או "פונונים", אחראיות לאופן העברת מטען חשמלי וחום בחומרים.

במקביל, השימוש בננו-מבנים של גרפן ביצירת טכנולוגיות חדשות מושך את תשומת הלב הקרובה ביותר. אבל על מנת להבין טוב יותר חומרים מודרניים כמו מבני ננו של גרפן ולשפר אותם עבור מכשירים בטכנולוגיות אופטו, ננו וקוונטיות, חשוב להבין כיצד פונונים - רטט של אטומים במוצקים - משפיעים על תכונות החומרים. העבודה שפורסמה זה עתה מראה כי מדענים מאוניברסיטת וינה, המכון המתקדם למדע וטכנולוגיה (AIST) ביפן, JEOL ואוניברסיטת לה סאפיינזה ברומא פיתחו טכניקה שיכולה למדוד את כל הפונונים הקיימים בחומר בעל ננו-מבנה. כך, בפעם הראשונה, הם הצליחו לבסס את כל אופני הרטט של גרפן אוטונומי, כמו גם את ההתרחבות המקומית של מצבי רטט שונים בננו-סיבי גרפן. השיטה החדשה הזו, שאותה כינו "מיפוי גדול-q", פותחת אפשרויות חדשות לחלוטין לביסוס הרחבת פונון מרחבית ואימפולסיבית בכל החומרים המודרניים הננו-מבנים כמו גם הדו-ממדיים. ניסויים אלה פותחים אפשרויות חדשות לחקר מצבי רטט מקומיים בקנה מידה ננומטרי עד לשכבות מונו-שכבות ספציפיות.

ייצוג סכמטי של תנודות סריג מקומיות בגרפן, הנרגשות מחזית הגל של אלקטרונים מהירים המשודרים. (קרדיט תמונה: © Ryosuke Senga, AIST)

עם זאת, מדענים מקבוצת Neutrino Energy בהנהגתו של המתמטיקאי ואיש העסקים הגרמני הולגר שוברט התקדמו הכי רחוק ביישום המעשי של ההתפתחויות האחרונות בחומרים מבוססי גרפן לייצור אנרגיה. בעזרת שנים רבות של פיתוחים תיאורטיים ומעשיים, נוצר חומר ציפוי רב-שכבתי בעובי ננומטרי המבוסס על גרפן מסוממים וסיליקון, המסוגל לייצר זרם ישר בהשפעת לא רק ניטרינו קוסמיים, אלא גם סוגים אחרים של קרינה, כמו אלקטרוסמוג, לדוגמה. סימום שכבות הציפוי בוצע להגברת הרעידות האטומיות.

בהשפעת ניטרינו קוסמיים בעלי אנרגיה גבוהה וקרינה אחרת, תנודות אטומיות מוגברות, המובילות לתהודה, המועברת לרדיד המתכת, והאנרגיה המתקבלת מומרת לאנרגיה חשמלית. יתרה מכך, למעבר מרעידות אטומיות לתהודה, מספיק לקבל מעט מאוד אנרגיה מניטרינו קוסמיים הודות לחומר החדשני הרב-שכבתי שנוצר.

לגבי דבריו של פרופסור יחיא חליל הנזכרים לעיל, מציינת המועצה המדעית של קבוצת ניוטרינו אנרג'י את הדברים הבאים: "להערכתנו, עלות הפקת אנרגיה מסוג זה תהיה נמוכה משמעותית מ-50% מעלות הפקת סוגים אחרים של אנרגיה. אנרגיה, ובקנה מידה תעשייתי גדול באמת הרבה יותר רווחי".

בנוסף, מקור הכוח קומפקטי מאוד ואינו דורש עלויות תפעול ותחזוקה. לדוגמה, יריעת נייר כסף בגודל A-4, מכוסה בשכבה צפופה מיוחדת של ננו-חלקיקים מסוממים, מספקת הספק חשמלי יציב בתנאי מעבדה של 2.5-3.0 W. NEUTRINO POWER CUBE®, המיועד לייצור חשמל בהספק של 4.5 עד 5.5 קילוואט לשעה, יהיה בעל גודל קומפקטי של "דיפלומט".

ניתן להשוות את עקרון הפעולה לתאים פוטו-וולטאיים, שבהם האור (ספקטרום הקרינה הנראית) מומר לאנרגיה. היתרון וההבדל העיקרי של NEUTRINO POWER CUBE® טמון בעובדה שניתן להפיק אנרגיה ברציפות 24 שעות ביממה, שכן קרינת הרקע (ספקטרום קרינה בלתי נראה) מגיעה לכדור הארץ גם בחושך מוחלט.

מימדים ונתוני פלט כאלה מאפשרים למקור זרם הניטרינו Neutrino Power Cube® להיות בשימוש נרחב במכשירים וציוד שונים, עד לשימוש בכלי רכב חשמליים וייצור חשמל תעשייתי.

בהתייחסו לוויכוח האינטנסיבי בקהילה המדעית ובעיתונות, מנכ"ל קבוצת ניוטרינו אנרג'י, הולגר שוברט, מבקר את המידה שבה הציבור נשאר בחושך, למרות העובדה שמצב הידע הנוכחי בתחום הפיזיקה של חלקיקי הניטרינו מציע אפשרויות אמיתיות. לפתרון בעיות מודרניות עם גישות חדשות לחלוטין … "חלקיקים מהספקטרום הבלתי נראה של קרינה בהחלט מסוגלים לספק לאנשים יותר אנרגיה יום אחר יום מכל משאבי המאובנים המתדלדלים ברחבי העולם", אומרים מדעני החברה. לדעתם, המחקר הנוכחי צריך להתמקד בשדה האנרגיה העצום הזה שמעלינו, שבו נצטרך להשתמש בעתיד, במקום להמשיך "לחפור את כדור הארץ".

למרות העובדה שקבוצת Neutrino Energy היא ברית מחקר גרמנית-אמריקנית, הולגר שוברט מבקר את המצב בגרמניה: "גרמניה מפגרת במחקר היישומי העולמי. תגליות משמעותיות בתחום פיזיקת הניטרינו טרם הגיעו לסביבת המחקר הגרמנית - בניגוד לארצות הברית ולמדינות רבות אחרות בעולם, שבהן הן כבר משתייכות לידע מוכר. כמובן שיהיה מעניין לדעת מהיכן הגיעו הנייטרינים, וכמובן מעניין מאוד לתעד תנועות נייטרינו בקוטב הדרומי - למעשה בצד השני של העולם - ולפעמים "לתפוס" לפחות אחד חלקיק, אבל זה לא צריך להיות בראש סדר העדיפויות בשימוש במיליוני "מחקר" אמצעים - אסור להתעלם מהמטרה האמיתית של המדע - מטרה זו, לפי שוברט, היא לחפש ולהשיג ידע מעשי על מנת להפוך את העולם לטוב יותר מקום, ובמקרה הספציפי הזה, למצוא הזדמנות להשתמש בספקטרום הבלתי נראה עתיר האנרגיה של קרינת השמש והקוסמית כדי לייצר אנרגיה.

מידע מפורט יותר ניתן לקבל: