Neutrinovoltaik
Das Graphen-Silizium-Material hinter jedem Produkt der Neutrino Energy Group – wie unsichtbare Umgebungsstrahlung in nutzbaren Strom umgewandelt wird.
Der Graphen-Wellen-Mechanismus
Eine freistehende Graphenmembran ist niemals in Ruhe. Thermische Energie bringt das Gitter zum Wogen – eine kontinuierliche mechanische Welle, die bei jeder Temperatur oberhalb des absoluten Nullpunkts existiert.
Wird Graphen auf ein Siliziumsubstrat aufgebracht und Umgebungsstrahlung ausgesetzt, werden diese Wellen verstärkt und asymmetrisch. Die Asymmetrie ist entscheidend: Eine symmetrische Schwingung erzeugt keinen Nettostrom – eine gerichtete, asymmetrische Schwingung treibt Elektronen über den Mechanismus der Quantenratsche bevorzugt in eine Richtung.
2020 wiesen Thibado et al. an der University of Arkansas experimentell nach, dass freistehende Graphenmembranen allein aus thermischen Umgebungsfluktuationen einen messbaren elektrischen Strom erzeugen – ohne jede externe Energiequelle.
Warum Graphen?
Graphen ist eine einzelne atomare Lage von Kohlenstoffatomen, angeordnet in einem Wabengitter – genau ein Atom dick. Seine Eigenschaften sind entlang jeder für die Energieumwandlung relevanten Achse extrem:
Der 12-Schicht-Stapel
Eine einzelne neutrinovoltaische Zelle besteht aus abwechselnden Schichten aus dotiertem Graphen und Silizium, die unter kontrollierten Bedingungen verbunden werden. Der Stapel im Neutrino Power Cube enthält 12 solcher Schichtpaare pro Wandlermodul.
Die Graphenschichten werden chemisch dotiert, um das Fermi-Niveau zu verschieben und die Asymmetrie des Gleichrichtungsübergangs abzustimmen. Die Silizium-Zwischenschichten sorgen für strukturelle Stabilität, Phononenstreuflächen und sekundäre Wandlungspfade für den elektromagnetischen Fluss.
Jedes Schichtpaar summiert sich kumulativ zur Gesamtspannung – 12 Paare in Reihe erzeugen die angestrebte Netto-Leistung von 5–6 kW.
Neutrino-Wechselwirkung: CEvNS
Der spezifische Mechanismus, über den Neutrinos mit dem Graphengitter wechselwirken, ist die kohärente elastische Neutrino-Kern-Streuung (CEvNS). 1974 von Daniel Z. Freedman vorhergesagt und 2017 erstmals von der COHERENT-Kollaboration am Oak Ridge National Laboratory gemessen, beschreibt CEvNS die Übertragung von Impuls von einem Neutrino auf einen gesamten Atomkern.
Da CEvNS eine kohärente Streuung am gesamten Kern (nicht nur an einem Nukleon) beinhaltet, skaliert der Wirkungsquerschnitt mit N² – wobei N die Anzahl der Neutronen ist. Der Fluss ist gewaltig: Etwa 6,5 × 10¹⁰ solare Neutrinos durchqueren jeden Quadratzentimeter der Erde pro Sekunde.
Die sechsstufige Umwandlungskette
Die Energieumwandlung in einer neutrinovoltaischen Zelle folgt sechs aufeinanderfolgenden Stufen – jede fundiert durch von Fachleuten begutachtete experimentelle Belege.
- 01
Eintritt des Teilchenflusses
Umgebungsstrahlung – Neutrinos, kosmische Myonen, elektromagnetische Wellen und thermische Photonen – dringt kontinuierlich aus allen Richtungen in den Graphen-Silizium-Stapel ein.
- 02
CEvNS-Impulsübertragung
Neutrinos wechselwirken über die kohärente elastische Neutrino-Kern-Streuung (CEvNS) mit Atomkernen und übertragen dabei einen messbaren Impuls auf das Graphengitter, ohne absorbiert zu werden.
- 03
Phononenerzeugung
Der Impulsstoß regt quantisierte Gitterschwingungen (Phononen) an. Die einzigartige Bandstruktur des Graphens ermöglicht eine im Vergleich zu herkömmlichen Halbleitern anomal starke Phonon-Elektron-Kopplung.
- 04
Elektronenanregung
Phononen heben Elektronen des Leitungsbands über das Fermi-Niveau. In Verbindung mit den brownsch getriebenen Fluktuationen der Graphenmembran (Thibado 2020) entsteht eine dauerhafte Population energiereicher Ladungsträger.
- 05
Asymmetrische Gleichrichtung
Der dotierte Graphen-Silizium-Übergang ist strukturell asymmetrisch. Die stochastische Ladungsträgerbewegung wird zu einem gerichteten Gleichstrom netto gleichgerichtet – ein quantenmechanischer Ratscheneffekt statt eines thermischen Gleichgewichts.
- 06
Spannungsaufbau und Ausgang
12 abwechselnde Graphen-Silizium-Schichtpaare werden in Reihe gestapelt. Jede Schicht trägt zur kumulierten Spannung bei. Leistungsaufbereitungsschaltungen glätten den rohen Gleichstrom zu stabilem, nutzbarem Strom.
Anwendungen
Dasselbe neutrinovoltaische Kernmaterial ist die Grundlage für jedes Produkt im Portfolio der Neutrino Energy Group – skaliert und angepasst für unterschiedliche Einsatzkontexte:
Dezentraler Stromgenerator für den Wohn- und Gewerbebereich
PrototypentwicklungNeutrinovoltaische Karosseriepaneele für kontinuierliches passives Laden von E-Fahrzeugen
KonzeptphaseEnergiemodul mit zwei Quellen, das die Nutzung von Strahlung und Bewegung kombiniert
In EntwicklungIn den Rumpf integriertes Wandlermaterial für emissionsfreien Ozeanbetrieb
Frühes KonzeptVon Tesla bis heute
Die Entwicklung der Neutrinovoltaik von den frühesten wissenschaftlichen Grundlagen bis zur aktuellen Verifizierungsphase.
Die Grundlagen
Nikola Tesla demonstriert die drahtlose Energieübertragung. Erstmals wird die Idee, unsichtbare Strahlung zu nutzen, öffentlich vorstellbar.
Gründung der Neutrino Energy Group
Holger Thorsten Schubart gründet die Neutrino Energy Group in Berlin mit einer klaren Vision: Neutrinos und Umgebungsstrahlung als dauerhafte Energiequelle nutzbar zu machen.
Erste öffentliche Präsentationen
Das Konzept wird erstmals auf internationalen Konferenzen vorgestellt. Das wissenschaftliche Interesse wächst, und die Materialforschung an Graphen-Silizium-Multilagen beginnt ernsthaft.
Patent und Prototyp
Das internationale Patent WO2016142056A1 wird veröffentlicht. Die erste funktionsfähige Wandlerzelle wird im Labor demonstriert.
Zusammenarbeit mit der US-Regierung
Das Office of Science des US-Energieministeriums bestätigt die wissenschaftliche Grundlage der Neutrinovoltaik. Internationale Forschungskooperationen werden aufgebaut.
Pi.energy — Mobilität
Die Produktlinie Pi Mobility wird vorgestellt: Neutrinovoltaik, integriert in Fahrzeugkarosserien. Das Pi Car-Konzept tritt in seine erste Entwicklungsphase ein.
Vollständiges Technologieportfolio
Power Cube, Pi Car, Pi Catalyst, Pi Fly und Nautic Pi – fünf Anwendungsplattformen, die auf derselben Kerntechnologie beruhen, werden der Öffentlichkeit vorgestellt.
Phase der unabhängigen Verifizierung
Die Masterformel P(t) = η · ∫V Φ_eff(r,t) · σ_eff(E) dV definiert den Messrahmen. Die unabhängige Verifizierung der Netto-Leistung des Power Cube durch Dritte ist im Gange.
