Химия в бою - [23]

В печати сообщалось об исследованиях, связанных с созданием биохимического топливного элемента. Здесь в качестве исходного продукта для горючего могут применяться соки кокосового ореха, сахарного тростника, бананов, фруктов и даже обычных листьев и травы. С помощью биологического катализатора — особых бактерий— соки превращаются в муравьиную кислоту, которая используется как топливо. Такой элемент предназначен для использования в джунглях, вдалеке от баз снабжения. Указывалось, что он может работать в течение более 1000 часов, вырабатывая мощность до 380 ватт на килограмм веса.

В свое время в печати сообщалось, что американские специалисты предпринимали попытки использовать топливные элементы для энергоснабжения космических аппаратов. Так, космические корабли «Джемини» были оснащены водородо-кислородными элементами весом 65,7 килограмма. Их максимальная мощность достигала 2 киловатт. Известно, что в полете «Джемини-5» топливные элементы, однако, не полностью себя оправдали из-за неполадок и отказов вспомогательного оборудования.

Серия электрохимических агрегатов номинальной мощностью от 20 до 2500 ватт разработана во Франции. Топливные элементы этих агрегатов, указывалось в печати, по своим характеристикам несколько уступают американским. Например, вес агрегата мощностью 2500 ватт 500 килограмм, в то время как такой вес имеет американский агрегат мощностью 5000 ватт.

Зарубежные специалисты отмечают, что разработка и совершенствование электрохимических агрегатов сопряжены с весьма значительными технологическими и конструктивными трудностями. Они пока не дают возможности создать агрегаты достаточно большой мощности, пригодные, скажем, для замены двигателей внутреннего сгорания в автомобилях. Тем не менее работы в этом направлении интенсивно ведутся в разных странах.

Еще сложнее построить энергетическую установку на топливных элементах для подводного корабля. Полагают, что мощность такой установки должна составлять не менее 1000 киловатт. Для сравнения укажем, что автомобилю грузоподъемностью около 1 тонны необходим электрохимический агрегат мощностью хотя бы 20 киловатт, то есть в 50 раз меньше. Сообщалось, что за разработку водородо-кислородных элементов специально для подводной лодки взялась шведская фирма ASEA. В качестве топлива выбран аммиак, окислителем служит жидкий кислород. Батарея из 200 отдельных блоков топливных элементов мощностью 1 киловатт каждый позволит, по мнению конструкторов, обеспечить подводное плавание корабля в течение месяца.

«Барьеры» применимости

Несмотря на свои заманчивые качества, топливные элементы все же не вышли пока еще из «младенческого возраста», их применение ограничено. Какие же «барьеры» мешают широкому использованию топливных элементов, успешной конкуренции с источниками электроэнергии других типов?

Конечно, как и всякое техническое средство, топливные элементы кроме достоинств имеют и недостатки, снижающие их «конкурентоспособность». К недостаткам топливных элементов относят, к примеру, то, что они вырабатывают лишь постоянный ток. Там, где требуется ток переменный, необходимо дополнительно иметь преобразователи постоянного тока в переменный. У топливных элементов напряжение зависит от величины потребляемого тока. Практически оно может падать до половины номинального. А это требует применения специальных устройств регулирования, дополнительных переключающих аппаратов. Наконец, для изготовления электродов топливных элементов требуются дорогостоящие и дефицитные материалы, такие, как платина, золото, палладий, серебро, используемые в качестве катализаторов химических реакций.

В области топливных элементов, отмечалось в печати, существуют и сложные, не решенные еще научные и инженерно-технические проблемы. В частности, указывают на так называемую проблему поляризации — изменения электрических потенциалов на электродах под влиянием прохождения постоянного тока, который вызывает изменения концентрации электролита, химического состава и поверхности электродов. Решение этой проблемы в конечном итоге сводится к получению высоких коэффициентов полезного действия, но до конца все факторы, определяющие поляризацию, еще не изучены.

С проблемой поляризации непосредственно связывают проблему электродов. Дело в том, что для того, чтобы быстро протекали электрохимические реакции, электроды, с одной стороны, должны обладать большой активностью и электропроводностью, а с другой — быть инертными по отношению к электролиту, топливу, окислителю и продуктам реакции. Помимо этого электроды должны сохранять свои физико-химические свойства, коррозионную и механическую стойкость в течение всего срока службы элемента, исчисляемого тысячами часов. Эти противоречивые требования пока еще весьма трудно выполнить.

Не менее сложной и трудной проблемой считают зарубежные специалисты подбор дешевых и распространенных видов топлива. Сейчас используют сравнительно дорогие виды топлива — чистый водород, гидразин, метанол, аммиак. Они-то в известной мере и сдерживают широкое применение топливных элементов.

И все же специалисты оптимистично смотрят на будущее топливных элементов, считают, что они определенно займут прочное место в малой энергетике. Ожидают, что в ближайшие годы единичная мощность электрохимических агрегатов будет интенсивно возрастать и к 1980 году может составить 1000 киловатт при эффективном КПД до 60 процентов, а стоимость одного киловатта мощности будет в два и более раз меньше, чем на электромашинных агрегатах.