Знание-сила, 2003 № 05 (911)

Издается с 1926 года

«ЗНАНИЕ — СИЛА» ЖУРНАЛ, КОТОРЫЙ УМНЫЕ ЛЮДИ ЧИТАЮТ УЖЕ 77 ЛЕТ!

Александр Волков

Уильям Роберт Грев, изобретатель топливного элемента

Зима кончилась даже в Сибири. Она еще долго не наступит.

О ней не будут вспоминать три летних месяца, три осенних месяца... Сколько же нужно времени, чтобы совсем не подготовиться к зиме?

Когда она опять внезапно нагрянет, нам останется лишь ждать милостей от природы. Не надеяться же на ведомство энергетиков!

Как хорошо было нашим предкам: печь, камин, костер...

Каждый мог сам обогреть жилище. Теперь мы угодили в паутину теплотрасс и по полгода мучаемся в зябких квартирах от летнего головотяпства властей. Что остается делать? Хоть оборудуй каждую многоэтажку маленькой электростанцией, чтобы ни от кого не зависеть! А ведь так оно и будет в XXI веке — иначе не жить нам в тепле и при электрическом свете. Ради подобных станций — домашних котельных, — без которых прошлой зимой мерзли многие тысячи россиян, вспомнили одну старую идею: открытие, о котором забыли.

Более полутора веков назад, в 1839 году, английский изобретатель Уильям Роберт Гров придумал «гальваническую газовую батарею», или, как назвали ее позже, «топливный элемент» (ТЭ). Эта батарея вырабатывала электрический ток за счет соединения водорода с кислородом.

Открытие было сразу замечено. В ближайшие месяцы о нем сообщили научные журналы Швейцарии, Франции, Германии и Италии — сообщили и забыли. Для электрификации Европы эта курьезная батарея не понадобилась. Напрасно немецкий физик Вильгельм Оствальд в конце XIX века убеждал «в преимуществах топливного элемента над электрогенератором», добавляя, что последний «пора бы сдать в музей». Его похвалы не услышали.

Прошло еще полвека. Лишь с развитием космонавтики, когда понадобился легкий и эффективный источник тока, выбор пал на ТЭ. В 1965 году бортовая аппаратура американского корабля «Джемини» работала от ТЭ мощностью 1 киловатт. Позднее аналогичный источник питания использовали на кораблях «Аполлон», участвовавших в «лунной программе» США, а также на космических челноках.

И вот на рубеже XXI века изобретение Грова — экологический чистый и эффективный источник энергии — обретает новую жизнь. Давний курьез находит широкое применение. Появились экспериментальные модели автомобилей, телефонов, ноутбуков и даже подводных лодок, оснащенных ТЭ. С его помощью можно отапливать и освещать коттеджи и многоэтажные дома. С ним не страшны даже сибирские холода.

Что же такое топливный элемент? Это — батарея, которая преобразует химическую энергию топлива сразу и в тепловую, и в электрическую, например греет трубы и тут же освещает дом.

Состоит батарея из двух емкостей с водородом и кислородом, разделенных электролитом. Эта «перегородка» мешает образованию гремучей смеси. Реакция протекает под контролем; ее называют «холодным сжиганием водорода». Его молекулы благодаря катализатору теряют свои электроны. Зато, лишившись их, ионы водорода проникают сквозь электролит и соединяются с кислородом. В емкости с кислородом электроны оказываются в дефиците, а с водородом — в избытке. Появляются положительный и отрицательный полюса. Возникает электрический ток. Основным побочным продуктом этого технологического процесса является вода. Что же касается безопасности ТЭ, то, по оценкам экспертов, привычное для нас бытовое топливо — пропан и бутан — взрывоопаснее водорода.

Со временем водород и кислород могут стать неисчерпаемым источником тепла и света. На смену «углеродному веку» — эпохе нефти, бензина и угля — грядет «водородный век». Но тут начинаются проблемы.

Водород — самый распространенный элемент во Вселенной. Однако в природе он встречается в основном лишь в виде различных соединений, и главное из них — вода. Получать водород можно путем электролиза воды — ее разложения на водород и кислород, — но этот процесс очень энергоемкий. Поэтому в выигрыше окажутся страны, обладающие запасами возобновляемой энергии. Так, экспортерами водорода могут стать страны Азии и Африки, если использовать для его электролиза солнечную энергию. На специальных танкерах водород будут доставлять в Европу для заправки автомобилей и домашних котельных.