Grenzenlose Energie: Wie zweidimensionale Materialien unsere Stromquellen revolutionieren

Der Übergang zu „grüner“ Energie wird nicht nur aus Umweltgründen vorangetrieben, sondern auch durch den Wunsch, die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zu verringern. In diesem Zusammenhang haben eine Reihe von Ländern Dekarbonisierungsprogramme entwickelt und setzen diese um. Beispielsweise zielt der Green Deal darauf ab, die Kohlendioxidemissionen bis 2030 zu halbieren und bis 2050 Netto-CO2-Emissionen von Null und Klimaneutralität zu erreichen. Es ist geplant, bis 2030 rund 1 Billion Euro für die Umsetzung dieses Programms bereitzustellen.

Allerdings halten Experten solche Aussagen für verfrüht. Für die Industrie ist der Preis pro 1 kWh wichtig, nicht die Technologie zu ihrer Herstellung. Strenge gesetzliche Beschränkungen der CO2-Emissionen und die Umstellung auf Energie aus Wind und Sonne können zur Deindustrialisierung von Ländern und zum Verlust der Wettbewerbsfähigkeit energieintensiver Industrien führen. Es besteht bereits die Tendenz, dass Unternehmen ihre Produktion verlagern.

Überschussmanagement: Kaliforniens Kampf gegen verschwendete Energie

In Kalifornien beispielsweise stammen mehr als 25 % des Stroms aus Sonnenkollektoren. An strahlend sonnigen Tagen übersteigt jedoch die Stromerzeugung aus den Panels den Bedarf, was in solchen Zeiten zu negativen Strompreisen führt.

Gleichzeitig mit der kontinuierlichen Steigerung des Anteils von „grünem“ Strom an der Gesamtenergiebilanz steigen auch die Verkaufspreise für Verbraucher. Im Jahr 2023 stiegen die Strompreise für Privathaushalte in Kalifornien um 3 Cent pro Kilowattstunde, was einem Anstieg von 11,9 % entspricht. Infolgedessen zahlt der durchschnittliche Hausbesitzer in Kalifornien 28,9 Cent pro kWh für Strom.

Der kalifornische Netzbetreiber verkauft überschüssigen erzeugten Strom an Nachbarstaaten. Allerdings ist es nicht möglich, den überschüssigen Strom auf diese Weise vollständig zu realisieren. Laut der Washington Post stammten 95 % der 2,4 Millionen MWh an verschwendetem Strom in Kalifornien im Jahr 2022 aus Solarenergie.

Energieautarkie: Wie Länder ihren Strombedarf nachhaltig decken

Es gibt sieben Länder auf der Welt, die ihren Strom zu 100 % aus erneuerbaren Quellen beziehen. In diesen Ländern wird Strom nicht nur aus Wind- und Solarenergie, sondern auch aus Geothermie- und Wasserkraftwerken erzeugt. Dadurch ist es möglich, die Stromproduktion mit dem Verbrauch zu synchronisieren und den Überschuss in die Nachbarländer zu schicken.

In Europa sind mit zunehmendem Anteil der Solar- und Windenergieerzeugung an sonnigen Tagen und bei starkem Wind zunehmend negative Strompreise zu beobachten. Derzeit kann ein Teil des überschüssigen Stroms in Form von Flüssen in Nachbarländer mit einem geringeren Anteil an Solar- und Winderzeugung realisiert werden. Doch wie wird das Energiesystem ausbalanciert, wenn alle Länder ihre Stromerzeugungskapazitäten aus Sonne und Wind erhöhen und auf fossile Brennstoffe verzichten?

Die Macht der Atome: Neuartige Materialien für die Energie der Zukunft

Der Ausweg aus dieser Situation ist die Suche nach internen brennstofffreien Erzeugungsquellen mit garantierter Leistungsmenge. Eine der vielversprechenden Richtungen für die Entwicklung solcher brennstofffreien Stromerzeugungstechnologien ist die Verwendung zweidimensionaler Materialien mit einer Dicke eines Atoms. Die Erforschung der Eigenschaften solcher Materialien begann erst vor 20 Jahren, als Technologien zu ihrer Herstellung aufkamen.

Verfahren zur Herstellung zweidimensionaler Materialien werden in zwei Gruppen unterteilt.

1. „Von unten nach oben.“ Zu dieser Gruppe gehören: chemische Gasphasenabscheidung, Flüssigphasensynthese, Oberflächensegregation usw. Mit diesen Methoden werden 2D-Materialien mit großen lateralen Abmessungen und kontrollierter Dicke erhalten.
2. „Von oben nach unten.“ Diese Gruppe zeichnet sich durch die folgenden Methoden zur Gewinnung von 2D-Materialien aus: Öffnen von Nanoröhren, chemisches Peeling, mechanisches, elektrochemisches, Ultraschall-Peeling usw. Bei Top-Down-Methoden zur Synthese von 2D-Materialien bleibt die Kristallstruktur des ursprünglichen Schichtkristalls erhalten.

Beispiele für Methoden:

• • Das Verfahren der chemischen Gasphasenabscheidung ermöglicht die Herstellung hochwertiger Filme aus vielen zweidimensionalen Materialien (obwohl seine Umsetzung recht teuer ist).
  • Methoden der chemischen Exfoliation von Schichtmaterialien ermöglichen die Herstellung von Dispersionen und Flocken mit einer Dicke von mehreren Atomschichten.
  • Es gibt Verfahren, bei denen die Hochenergiemahlung in Planetenmühlen zum Einsatz kommt, und komplexe Verfahren, bei denen Zwischenphasen erhalten werden und das Material dann durch chemische Einwirkung in sehr dünne Flocken geschichtet wird.
  • Das hochintensive Ultraschallkavitationsverfahren hilft dabei, aus einem massiven Zustand zweidimensionale Strukturen zu gewinnen.

Jede Methode beeinflusst die Eigenschaften des resultierenden Materials erheblich.

Von der Theorie zur Steckdose: Graphen-basierte Energielösungen

Das Aufkommen von Technologien zur Herstellung zweidimensionaler Materialien führte zur Entwicklung eines einzigartigen Nanomaterials durch die Neutrino Energy Group. Dieses Material ist in der Lage, Teilchenenergie aus umgebenden Feldern unsichtbarer Spektralstrahlung in elektrischen Strom umzuwandeln.

Das Nanomaterial ist eine Abfolge abgeschiedener zweidimensionaler Schichten aus Graphen und dotiertem Silizium. Hierbei handelt es sich um ein Halbleiter-Mehrschicht-„Sandwich“, bei dem die erste Graphenschicht auf einer Metallplatte abgeschieden wird. Aufgrund der unterschiedlichen Polarität eines solchen „Sandwichs“ ist es möglich, die Platten in Reihe und parallel zu schalten, um die gewünschten Ausgangsparameter von Stromquellen in Bezug auf Strom und Spannung zu erhalten.

Diese Technologie zur Stromerzeugung wird Neutrinovoltaik oder Graphenstromerzeugung genannt, da Graphen der Resonator-Konverter der Energie von Strahlungsfeldern des unsichtbaren Spektrums in elektrischen Strom ist. Die Einzigartigkeit der Graphen-Energie liegt darin, dass die Stromquelle unabhängig von den Wetterbedingungen rund um die Uhr im Grundmodus arbeitet. Die Umstellung einiger privater Verbraucher auf die individuelle Stromversorgung aus graphenfreien Quellen wird dazu beitragen, Stromverbrauchsspitzen in den Morgen- und Abendstunden auszugleichen und die Wärmeversorgung von Räumlichkeiten auf Strom umzustellen.

Quantensprung in der Energie: Neutrino Cubes unter der Lupe

Nach Informationen von Holger Thorsten Schubart, dem Präsidenten der Neutrino Energy Group, befinden sich Neutrino Power Cubes, die eine Kapazität von 5-6 kW besitzen, derzeit in Langzeitprüfungen. Im Verlauf dieser Tests wird zudem das Steuerungssystem einer gründlichen Analyse unterzogen, um dessen Leistungsfähigkeit sowohl im Standard- als auch im erweiterten Modus zu gewährleisten.

Holger Thorsten Schubart hebt hervor, wie vielseitig die neu entwickelte Technologie für unterschiedlichste Einsatzgebiete ist, insbesondere dort, wo eine zuverlässige Energieversorgung unabdingbar ist. Die Anwendungsbereiche reichen von Elektroautos und Wasserfahrzeugen bis hin zu diversen Gerätetypen. Er ist fest davon überzeugt, dass die Erforschung der Eigenschaften zweidimensionaler Materialien bahnbrechende Möglichkeiten für die zukünftige wissenschaftliche Forschung bietet und den Grundstein für die Entwicklung revolutionärer Technologien legt.

Nano, Neutrinos & Neue Energie: Ein Dreiklang für das nächste Jahrhundert

Die Zukunft der Energieerzeugung steht an der Schwelle einer Transformation, die durch die fortschrittlichen Möglichkeiten zweidimensionaler Materialien und innovativer Technologien wie der Neutrinovoltaik vorangetrieben wird. Diese Entwicklungen repräsentieren nicht nur einen technologischen Fortschritt, sondern auch einen Paradigmenwechsel in unserer Herangehensweise an Energiequellen und deren Nachhaltigkeit. Mit der kontinuierlichen Verbesserung und dem Einsatz von Graphen-basierten Lösungen und Neutrino Power Cubes schaffen wir eine Basis für eine zuverlässigere, effizientere und umweltfreundlichere Energieversorgung.

Der entscheidende Vorteil dieser Technologien liegt in ihrer Fähigkeit, unabhängig von natürlichen Schwankungen und den Grenzen herkömmlicher Energiequellen zu funktionieren. Dies ermöglicht es, den energetischen Fußabdruck der Menschheit drastisch zu reduzieren und gleichzeitig die Versorgungssicherheit zu erhöhen. Die Integration dieser Systeme in das alltägliche Leben könnte den Weg ebnen für eine Ära, in der Energie nicht nur sauber, sondern auch in Überfluss und leicht zugänglich ist.

Während die Neutrino Energy Group weiterhin ihre Produkte testet und verbessert, steht die gesamte Branche vor der Herausforderung, diese neuen Technologien zu skalieren und sie einer breiteren Öffentlichkeit zugänglich zu machen. Die Erforschung und Entwicklung, die hinter diesen Innovationen steht, ist ein leuchtendes Beispiel dafür, wie wissenschaftliche Neugier und Engagement für Umweltschutz Hand in Hand gehen können, um wirkliche Veränderungen zu bewirken.

Der Weg nach vorn ist nicht frei von Herausforderungen, darunter die Notwendigkeit, wirtschaftliche und regulatorische Strukturen anzupassen, um die Einführung und Nutzung dieser Technologien zu erleichtern. Dennoch bleibt die Aussicht auf eine Welt, die durch die unbegrenzte Kraft der Nanotechnologie und der fortgeschrittenen Materialwissenschaften angetrieben wird, sowohl vielversprechend als auch inspirierend. Diese Technologien sind mehr als nur wissenschaftliche Errungenschaften; sie sind die Bausteine für eine nachhaltige Zukunft, die wir uns alle wünschen.