Топливные элементы

Так, коэффициент полезного действия паровой машины равен всего 7 процентам. Двигатели внутреннего сгорания, установленные на тепловозах, имеют более высокий КПД, и все же он не превышает 35 процентов. Иными словами, две трети химической энергии топлива теряется безвозвратно. Ученые подсчитали, что коэффициент полезного действия тепловых машин вообще не сможет подняться выше 40—45 процентов.

Что же делать? Смириться с потерями?

Нет, наука упорно ищет выход из создавшегося положения. Перед учеными поставлена совершенно конкретная задача: овладеть способами непосредственного превращения химической энергии топлива в электрическую. Химики не теряют времени даром. Они методично, с неослабевающим упорством ведут трудный поиск. Сейчас еще рано говорить, какими будут окончательные выводы стратегов науки, готовящих штурм энергетических барьеров, но первые обнадеживающие результаты свидетельствуют о том, что они на правильном пути.

Собственно говоря, история эта началась еще в VIII веке, когда был создан гальванический элемент — прообраз современных электрических батарей. Ток возникал в нем благодаря «тихому» горению металлов, в результате химической реакции — окисления. Но свинец и кадмий, пригодные для этой цели, стоят дорого, да и окислы марганца, никеля, ртути, серебра недешевы. Поэтому такой способ получения электроэнергии в широких масштабах использовать невыгодно.

Ученые задумались: а нельзя ли окислять более распространенные вещества? Проблемой этой занимались многие исследователи, в том числе замечательный русский изобретатель Павел Николаевич Яблочков. Он с увлечением искал пути преобразования энергии сгорания топлива сразу в электрическую, не применяя паровую машину и генератор.

Тяжело жилось в ту пору Яблочкову, спекулянты и биржевики разорили его. На последние деньги, он провел множество экспериментов, невзирая на сложность и опасность. Изобретатель чудом уцелел при взрыве, но навсегда потерял здоровье. Но он доказал, что его замысел реален. Он создал электрохимический генератор. В его элементе топливом служил водород, а окислителем — кислород.

Современники не сумели оценить эту последнюю работу талантливого исследователя. Лишь в прошлом веке она получила признание, предостерегла ученых от ошибок, неизбежных в таком трудном деле. Ученые создали стройную теорию электрохимических процессов, протекающих в топливных элементах. Были созданы генераторы, работа которых основана на взаимодействии применении водорода и кислорода. Принцип их действия довольно прост. Такой элемент напоминает обычный, гальванический. Только вместо цинкового и угольного электродов в них используются две однородные, скажем никелевые, пористые пластинки. Они омываются электролитом. К одному электроду подается топливо (водород), к другому — окислитель (кислород). Происходит химическая реакция, в процессе которой в элементе образуются свободные электроны — носители электричества. Установки эти были еще далеки от совершенства, но коэффициент их полезного действия уже достиг рекордной цифры — 65—70 процентов! А запасы топлива, получаемого из обыкновенной воды, поистине неисчерпаемы.

Российские и зарубежные ученые сейчас расширили сферу поисков. Они стараются использовать в топливных элементах обычные виды горючего. При этом им приходится преодолевать некоторые трудности. Дело в том, что нефть, бензин, природные газы и уголь не вступают в химическую реакцию при обычной температуре. Приходится их нагревать. А бензин, например, подвергать крекингу, т. е. расщеплять его молекулы, образовывать газы — водород и окись углерода, которые играют ту же роль, что и водород и кислород. Остальное — уже подробности.

Пока что невозможно точно предсказать, какую роль сыграют топливные элементы в решении энергетических проблем. Но их будущее огромно. Они, например, помогут использовать солнечную радиацию для получения электрического тока. А это — огромный резерв. Известно ведь, что каждый квадратный метр земной поверхности может дать целый киловатт энергии. И ветер, этот бестолковый богатырь Валидуб, начнет приносить пользу. Если подуют ветры до статочной силы, то электростанции будут отдавать часть своей энергии специальным установкам, которые разложат воду на водород и кислород. Газы эти будут собираться в хранилищах. Как только ветер утихнет, их подадут в топливные батареи, и потребители без всяких перебоев получат ток.

Между прочим. Получить «тяжелую» воду, в молекуле которой обычный водород заменен его изотопом — дейтерием, — процесс сложный и дорогостоящий. 

Совершенствуя технологию ее получения, ученые ищут естественные «месторождения» «тяжелой» воды. Ими сделано несколько важных находок. Исследуя ил, взятый со дна океана близ Багамских островов, американские химики обнаружили в нем миллиарды бактерий, обладающих способностью «утяжелять» воду.

По мнению ученых, в глубоких океанских впадинах, где нет течений, находятся «залежи» «тяжелой» воды.