Источник:журнал "Компьютерра", выпуск №13 от 11 апреля 2000 года.
Первый топливный элемент (вернее, его действующая модель) был собран в 1839 (!) году британским судьей Уильямом Гроувом, который свободное время отдавал изобретательству. Потом топливные элементы вспоминали, разве что затевая проекты, подобные высадке людей на Луну или постройке космических кораблей многоразового пользования, - столь дороги и технологически сложны были эти источники энергии.
Как и в изобретении Гроува, в современных топливных элементах действующим началом является чистый водород. При его дозированной подаче в емкость, заполненную кислородом, возникает электрический ток (материал электродов замедляет реакцию, препятствуя взрыву). Процесс сопровождается образованием воды и выделением тепловой энергии.
NB Топливные элементы принципиально отличаются от батареек и аккумуляторов тем, что не требуют подзарядки: они работают непрерывно - до тех пор, пока не иссякнут химические компоненты.
Массовому производству энергии с помощью водородных топливных элементов препятствует то, что технология получения и хранения водорода все еще дорога и небезопасна. Последнее обстоятельство нередко называют "фактором Цеппелина", по имени то ли создателя, то ли самого наполненного водородом гигантского дирижабля, сгоревшего в считанные секунды.
И вот почти сенсация. Исследователи из университета Пенсильвании создали топливный элемент, который работает на доступных и недорогих углеводородах, например на метане и бутане, а не на чистом водороде. В статье, опубликованной в журнале "Nature" (в номере от 16 марта сего года), руководитель разработки профессор Раймон Горте (Raymond Gorte) и его коллеги убедительно доказывают, что их установка способна полностью вытеснить водородные топливные элементы.
Вообще говоря, исследователи давно научились получать электроэнергию из углеводородных топливных элементов. Но это достижение оказалось в конечном счете бесполезным: выработка электроэнергии в таких элементах непременно сопровождалась образованием углеродных масс, разрушавших источник питания.
В Пенсильванском университете впервые смогли найти вещества и условия, при которых элемент не загрязняется углеродом. Лабораторные испытания показали, что химическое загрязнение отсутствует по истечении четырех дней непрерывной работы. Горте уверен, что предельный срок значительно больше.
Проблема была успешно решена после того, как были найдены подходящие материалы, например, анод устройства был изготовлен из оригинального медного сплава - вместо традиционного циркония. В результате элемент четверо суток генерировал мощность 100 Вт при температуре реакции 700.C. Причем, подчеркивает Горте, установка выделяла вдвое меньше тепла, нежели тепловой генератор той же мощности.
Работа команды Горте финансировалась чикагским Институтом газовых исследований (Gas Research Institute), главной целью которого является обеспечение жилищ всех граждан США независимыми источниками электроэнергии - теми же топливными элементами, например. В недалеком будущем, мечтает Раймон Горте, вместо того чтобы подключаться к электросети, горожане и сельские жители просто откроют вентиль газового баллона и пустят газ в топливный элемент, размещенный в хозблоке. В конце концов будет разработан такой элемент, который мог бы использоваться на транспорте: в автобусах, тягачах и легковых автомобилях.
Самым главным достоинством углеводородных топливных элементов является их экологическая безопасность. Этот факт может стать решающим уже в самое ближайшее время, когда обострится конкуренция между разного рода технологиями.
По последним сообщениям из Ванкувера (а Канада лидирует в промышленном освоении топливных элементов), местные "зеленые" решают вопрос об отмене "режима благоприятствования" технологиям водородных элементов, если те будут развиваться в том же русле, что и сейчас. Дело в том, что хотя сами топливные элементы, работающие на водороде, не наносят ущерба окружающей среде, в процессе получения водорода из углеводородов выделяется много вредных побочных продуктов. А значит, делают вывод природолюбы, целесообразно использовать природный газ непосредственно в топливных элементах.
Канадская компания Ballard Power Systems, ведущий производитель водородных топливных элементов, не так давно стала партнером и подрядчиком Ford Motors Co. и DaimlerChrysler AG. Промышленный выпуск автомобилей, оснащенных водородными топливными элементами, эти фирмы планировали начать через несколько лет. Кто знает, может быть, после изобретения пенсильванских исследователей и протестов "зеленых" планы будут пересмотрены?
Ученые склонны рассматривать технологии топливных элементов как очередной шаг в эволюции энергетики: от сжигания дерева - к сжиганию угля - к сжиганию нефти... наконец, к электрохимическим реакциям вообще без сжигания естественных материалов. По мнению Кевина Кендалла (Kevin Kendall), сотрудника Бирмингемского университета (Великобритания) и одного из соавторов статьи в "Nature", в наступающем веке будут законодательно запрещены любые промышленные и бытовые процессы, связанные со сжиганием природных материалов и даже отходов. Уже сейчас, по наблюдениям Кендалла, видна тенденция: запрещается разводить костры в лесу, штрафуются владельцы автомобилей с неотрегулированными двигателями, и даже несчастных курильщиков теснят по всем фронтам... Новые нормативные акты Германии требуют повсеместного исполнения такого условия: не более десяти объемных частей окиси азота - на миллион частей выхлопа из любых установок для сжигания.
Пока никто не берется предсказать, когда в мобильную электронную аппаратуру вместо батареек или аккумуляторов будут вставлять капсулы со сжиженным газом. Или, еще практичнее, когда встроенные емкости будут заряжаться газом через клапан, как в зажигалках. Но уже лет через пять, самое большее десять, по уверениям Горте, появятся топливные элементы - электростанции для дач, ферм, турбаз и т. п.