Многие аналитики полагают, что переход на возобновляемые источники питания неизбежен. Рано или поздно человечество откажется от сжигания углеводородов, но случится это точно не в следующем десятилетии. Причин здесь несколько. Во-первых, выяснилось, что вырабатываемая солнечными батареями и ветряными генераторами энергия дороже той, что получается при сжигании угля. Финансовый вопрос стал настоящим вызовом для экономик нескольких европейских стран, активно осваивающих чистые энергоносители. Но дело даже не в стоимости, ведь возобновляемые источники не обладают таким же постоянством, как уголь или газ. Проще говоря, если у вас есть запас газа, то вы можете получать энергию круглый год, тогда как солнечная активность крайне переменчива. Ветер дует нерегулярно, а особенно сложно в странах, где зимой выработка энергии из возобновляемых источников резко снижается. Например, летом Германия обеспечивала внутреннюю потребность населения в электричестве при помощи солнечных ферм и ветряков. Зимой генерация почти прекратилась, ну а это ставит вопрос о необходимости хранения энергии.
И вот здесь выясняется, что стоимость аккумуляторов крайне высокая, а их производство выделяет огромное количество вредных веществ. Ещё более сложной считается утилизация, а в целом на автомобильный аккумулятор уходит столько энергии, что для окупаемости потребуется эксплуатировать машину больше десяти лет. Чуть ли не в каждом магазине можно встретить одноразовые аккумуляторы, но хранить энергию с возобновляемых источников мы так и не научились. Не мене важны разработки элементов питания, способных генерировать энергию на протяжение длительного времени. Батарейки такого типа широко используют при микрохирургии, но в целом низкий потенциал современных аккумуляторов сильно ограничивает рост технологий. Над проблемой бьются сотни инженеров, но иногда появляются интересные решения, вызывающие скромный оптимизм. Не факт, что хотя бы часть из разработок будет воплощена в массовых продуктах, но рано или поздно технологии накопления энергии всё же сдвинутся с мёртвой точки. Интересной новостью на эту тему поделились исследователи из Бристольского университета, которые совместно с экспертами Управления по атомной энергии Великобритании (UKAEA) представили алмазную батарею, способную работать тысячи лет.
В качестве основы используется радиоактивный изотоп углерода-14, заключённый в искусственный алмаз. Учёные утверждают, что необычная идея позволит решить целый ряд проблем и станет переломным моментом для энергообеспечения в экстремальных условиях. Известно, что разработка была профинансирована Европейским космическим агентством, что подчёркивает её значимость также и для освоения космоса. По словам разработчиков, батареи смогут надёжно питать самые разнообразные системы, от космических кораблей до сложных систем мониторинга, где замена источников энергии невозможна или крайне затруднительна. Особенно перспективно использование таких батарей в медицине. Биосовместимые алмазные элементы смогут питать глазные имплантаты, слуховые аппараты и кардиостимуляторы. Это избавит пациентов от необходимости частой замены батарей, что сопряжено с различными рисками и может вызывать у людей стресс и неудобства. Надёжность и долговечность таких источников энергии особенно важны для медицинских устройств, где стабильная работа – это вопрос жизни и самих пациентов.
Как уже было сказано выше, сердцем батареи является углерод-14. Это радиоактивный изотоп, известный своим применением в радиоуглеродном датировании. Его период полураспада составляет около 5 700 лет, что обеспечивает батарее невероятную долговечность. Электроны, выделяемые при распаде углерода-14, захватываются структурой искусственного алмаза и преобразуются в электричество. Принцип работы напоминает солнечные панели, но вместо фотонов используется энергия радиоактивного распада. Искусственный алмаз выполняет сразу две функции: он защищает окружающую среду от излучения и эффективно генерирует электричество. Процесс создания таких алмазов включает использование технологии плазменного осаждения, над которой работали специалисты UKAEA. Этот метод позволяет выращивать синтетические алмазы, идеально подходящие для долгосрочного использования в экстремальных условиях. Разработчики пишут, что сегодня алмазные батареи представляют собой безопасное и устойчивое решение для обеспечения постоянного энергоснабжения на микроваттном уровне. Алмазная основа делает использование радиоактивных элементов полностью безопасным для носителя и окружающей среды, а всё это может существенно изменить наше представлении и микроэлектронике.
Добавим, что интерес к разработке «вечных» батарей наблюдается по всему миру. В Японии специалисты Национального института материаловедения (NIMS) создали аккумулятор, где в качестве электродов используется синтетический алмаз, а для генерации энергии применяются изотопы углерода и никеля с длительным периодом полураспада. Этот аккумулятор помещён в защитную металлическую оболочку, чтобы минимизировать воздействие радиации. В США инженеры компании Nano Diamond Battery разработали элемент питания с использованием переработанных ядерных отходов. Радиоактивный сердечник таких батарей защищён искусственным алмазом, который предотвращает утечку излучения в окружающую среду. Учёные уверены, что алмазные батареи открывают новые возможности в самых разных сферах. В космосе они могут стать идеальным решением для длительных миссий, где замена батарей невозможна. В медицине такие элементы позволят значительно повысить качество жизни пациентов, избавив их от необходимости регулярной замены устройств. Вопрос лишь в том, когда начнётся массовое производстве, и сколько такая батарейка будет стоить?