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pts20221125010 Forschung/Entwicklung, Umwelt/Energie

Prinzip der Stromgewinnung unter Nutzung von nichtsichtbaren Strahlungsfeldern

Neutrinovoltaik-Technologie: Eine echte Chance nicht nur für die nächste Welt-Klimakonferenz


Berlin (pts010/25.11.2022/09:35) -

Die Welt könnte viel weiter sein. Mit ziemlich ernüchternden Ergebnissen ging die Welt-Klimakonferenz COP27 in Ägypten zu Ende, die wesentlichen Fragen blieben im Ungefähren und wurden auf die nächste Welt-Klimakonferenz verschoben. Doch die wohl nachhaltigste Lösung zur Bekämpfung von Erderwärmung und Klimawandel bleibt unbehandelt – denn Politiker hören eher auf Lobbyisten als auf die Wissenschaft. Die privat finanzierte und weltweit operierende Neutrino Energy Group ist da schon viel weiter.

Die Staaten, die in Sharm el-Sheikh teilgenommen haben, sollen nun ihre – größtenteils unzulänglichen – Klimaschutzpläne bis zur nächsten Welt-Klimakonferenz in Dubai 2023 nachbessern. "Mit unserer Neutrinovoltaik-Technologie sind wir in Bezug auf die Anwendung von Wissen weiter als andere Forschergruppen", betont Holger Thorsten Schubart, CEO des amerikanisch-deutschen Forschungsunternehmens Neutrino Energy Group, und verweist auf umfangreiches Wissen und wissenschaftliche Publikationen rund um die internationalen Patentanmeldungen mit der Nummer WO2016142056A1.

Die Entwicklung der Neutrinovoltaik-Technologie hatte ursprünglich im Prozess von Experimenten zur Optimierung des Betriebs von Sonnenkollektoren vor mehr als zwölf Jahren begonnen: Für experimentelle Arbeiten wurden Nanopartikel verschiedener Materialien verwendet, um durch immer kleinere Teile die maximal mögliche aktive physikalische Oberfläche zu erreichen und somit die Effizienz von Sonnenkollektoren zu erhöhen.

Solche Experimente waren jedoch in der Anwendung bei Sonnenkollektoren nur bedingt erfolgreich. Je kleiner die Partikel wurden, desto mehr zeigte das getestete Material Anzeichen von Instabilität. Es traten Vibrationen auf, die nicht zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit der Solarzellen beitrugen.

Diese Schwingungen, deren Ursprung zunächst unerklärlich war, ermunterten jedoch einige Wissenschaftler, weiter an der Verstärkung dieses Phänomens von Schwingungen zu arbeiten. Sie gingen von der Annahme aus, dass – wenn sich etwas bewegt – Energie vorhanden sein muss und diese Schwingungen, die im Material auftreten, in Resonanz verstärkt Elektronen in Bewegung setzten können und damit zur Wandlung in Elektrizität führen werden.

Das Funktionsprinzip der Neutrinovoltaik-Technologie beruht auf der "Fähigkeit" von Graphen, Energie aus der Umgebung zu "sammeln", was Physiker der Universität von Arkansas (USA) bestätigen. Graphen ist eine zweidimensionale allotrope Modifikation von Kohlenstoff, die durch eine Schicht von Kohlenstoffatomen gebildet wird, die ein Atom dick ist. Kohlenstoffatome sind zu einem hexagonalen zweidimensionalen Kristallgitter verbunden. Graphen kann aufgrund der Besonderheiten des Kristallgitters nicht in der 2D-Ebene existieren, sondern nur in der 3D-Ebene. Graphen war demnach nie hundertprozentig flach, es vibrierte auf atomarer Ebene, so dass seine Verbindungen nicht spontan zerfielen.

Eine Gruppe von Physikern der Universität Manchester und an der University of Arkansas unter der Leitung von Professor Paul Thibado wies nach, dass die Erklärung in den sogenannten "Levy-Flügen" liegt – Mustern kleiner zufälliger Schwingungen, kombiniert mit abrupten Verschiebungen. Auf atomarer Skala haben Physiker sie zum ersten Mal gesehen und die Geschwindigkeit und das Ausmaß dieser Graphenwellen gemessen. Professor Thibado wies damit nach, dass sie verwendet werden könnten, um Energie aus der Umwelt zu gewinnen: "Harvesting the Energy of Vicinity".

Wissenschaftlern des wissenschaftlich-technologischen Unternehmens Neutrino Energy Group unter der Leitung des Mathematikers Holger Thorsten Schubart hatten auf diese theoretischen Möglichkeiten bereits 2014 verwiesen, was zunächst allerdings für Spott der Öffentlichkeit sorgte. Es sei darauf hingewiesen, dass alle Eigenschaften des innovativen Mehrschicht-Nanomaterials, das von Materialforschern entwickelt wurde und aus abwechselnden Schichten von Graphen und dotiertem Silizium besteht, bereits vor einigen Jahren experimentell mehrfach bestätigt wurde. Allerdings wurden erst in den letzten Jahren separate theoretische Bestätigungen dieser Grundlagen für die Funktionalität des von der Neutrino Energy Group vorgeschlagenen Modells in offenen Quellen publiziert.

So erklären z.B. Professor Vanessa Wood von der ETH und ihre Kollegen aus Zürich in der Fachzeitschrift Nature, welche Prozesse atomare Schwingungen verursachen, wenn Materialien nanoskalig sind. Sie erklären auch, wie dieses Wissen genutzt werden kann, um Nanomaterialien für verschiedene Anwendungen systematisch zu entwickeln. Die Publikation zeigt: Wenn Materialien mit Größen von weniger als 10 bis 20 Nanometern hergestellt werden, also 5.000 Mal dünner als ein menschliches Haar, sind die Schwingungen der äußeren Atomlagen auf der Oberfläche von Nanopartikeln groß und spielen eine wichtige Rolle für das Verhalten dieses Materials. Alle Materialien bestehen aus Atomen, die schwingen. Diese atomaren Schwingungen oder "Phononen" sind dafür verantwortlich, wie elektrische Ladung, Energie und Wärme in Materialien übertragen oder bereitgestellt werden.

Wissenschaftler der Universität Wien, des Advanced Institute of Science and Technology (AIST) in Japan, des JEOL und der Universität La Sapienza in Rom haben eine Technik entwickelt, die alle im nanostrukturierten Material vorhandenen Phononen messen kann. Damit konnten sie erstmals alle Schwingungsmoden von autonomem Graphen sowie die lokale Expansion verschiedener Oszillationsmoden in einer Graphen-Nanofaser nachweisen.

Einer Gruppe von Wissenschaftlern des MIT (Massachusetts Institute of Technology) ist es gelungen, Graphen in einen Supraleiter zu verwandeln, durch den Strom widerstandslos übertragen wird. Die Entdeckung, dass Graphen zur Supraleitung fähig ist, wird in naher Zukunft den Beginn einer Reihe von weiteren Studien auf diesem Gebiet markieren. Da Graphen ein Schlüsselelement in der Zusammensetzung des von der Neutrino Energy Group erfundenen Meta-Materials ist, wird zusätzlich seine Supraleitungseigenschaft insbesondere für die Stromversorgung von Elektrogeräten, bei denen eine kleine und stabile Stromversorgung erforderlich ist, eine Schlüsselrolle spielen.

Das Auftragen einer mehrschichtigen Plasmabeschichtung auf eine Seite eines metallischen Trägers, z.B. einer Folie, führt zum Auftreten verschiedener Pole: Die beschichtete Seite hat einen positiven Pol und die unbeschichtete Seite ist negativ. Dadurch können sie übereinander gelegt und gepresst werden, um eine zuverlässige Reihenverbindung der Module zu erhalten. Eine extrem dünne Platte mit den Maßen 200 mal 300 Millimeter erzeugt eine Spannung von 1,5 Volt und einen Strom von 2 Ampere. Auf der Grundlage der Neutrinovoltaik-Technologie ist es der Neutrino Energy Group damit gelungen, einen kraftstofffreien Generator ohne rotierende Teile zu schaffen, der grundsätzlich in jedem Elektrogerät direkt integriert werden kann und sowohl Batterie als auch den Netzanschluss ersetzen würde.

Die lizenzierte industrielle Produktion von Neutrino Power Cube-Energieerzeugern für autonome elektrische Versorgung ganzer Haushalte mit z.B. einer Nettokapazität von 5 bis 10 kWh soll in der Schweiz Ende 2023, Anfang 2024 beginnen. Er wird in Form einer Schalttafel (Schrank) hergestellt, die in zwei Abteilungen unterteilt wird: eine elektrische Erzeugungsabteilung, in der sich die Stromerzeugungsmodule befinden, und ein Fach für die Installation eines Steuerungssystems. Das Erzeugungsfach hat eine Größe von 800x400x600 Millimeter und ein Gewicht von etwa 50 Kilogramm. Im Schaltanlagenraum werden Wechselrichter platziert, um den erzeugten Gleichstrom in einen Wechselstrom mit einer Spannung von 220 V und 380 V umzuwandeln. Es gibt auch einen DC-Anschluss für den direkten Anschluss von Computern und verschiedenen Geräten und Gadgets.

Die angewandte Anwendung der Technologie verspricht multifunktional zu sein, was sie angesichts der Transformationsprozesse des modernen Energiesektors in den kommenden Jahren zweifellos einer starken Nachfrage aussetzen wird. Vergleichbar einer Solarzelle, die allerdings auch bei absoluter Dunkelheit zuverlässig Energie bereitstellt, Mit solch einer Innovation sollte sich nicht nur die Welt-Klimakonferenz im nächsten Jahr in Dubai eingehend befassen.

(Ende)
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