Скрытые связи - [105]

В последние годы, однако, проблема жидкого топлива получила изящное решение: были разработаны высокоэффективные водородные топливные элементы. Они обещают открыть новую эру в энергетике — «водородную экономику». Водород, легчайший и наиболее распространенный во Вселенной газ, широко используется в качестве ракетного топлива. Топливный элемент представляет собой электрохимическое устройство, в котором водород соединяется с кислородом. На выходе получаются электричество, вода — и ничего более! По этой причине водород является в высшей степени чистым топливом, решающим последним шагом в длительном процессе декарбонизации.

В водородном топливном элементе происходит примерно то же, что и в обычной батарейке, с той разницей, что здесь используется непрерывный поток горючего. Молекулы водорода подаются с одного конца камеры и расщепляются при помощи катализатора на протоны и электроны. Затем эти частицы различными путями движутся к другому концу. Протоны проходят сквозь мембрану, а электроны под действием вынуждающей силы огибают ее, создавая при этом электрический ток.

Отдав свою энергию, ток достигает противоположного конца элемента, где электроны воссоединяются с протонами и возникший в результате водород реагирует с кислородом воздуха, образуя воду. Весь этот процесс является бесшумным, надежным и безотходным [84].

Водородные топливные элементы были изобретены еще в XIX веке, но до последнего времени широко не применялись (единственное исключение — американская космическая программа), поскольку были громоздкими и неэкономичными. Они требовали больших количеств платины в качестве катализатора, что делало их чересчур дорогими для массового производства. Кроме того, водород, хотя и широко распространен, должен быть выделен из воды (Н2О или природного газа (СН4). Технически это несложно, однако требует специальной инфраструктуры, в развитии которой при существующей экономике ископаемых топлив никто не был заинтересован.

Но в последнее десятилетие положение вещей изменилось кардинально. Успехи технологий позволили резко снизить потребные количества платинового катализатора, а благодаря остроумным «пакетным» решениям удалось создать компактные и высокоэффективные топливные элементы. Уже через несколько лет на их основе будет налажено производство электрогенераторов для наших домов, автобусов и автомобилей [85].

Сразу несколько фирм соревнуются сегодня за первенство в коммерческом выпуске домашних генераторов на топливных элементах. Тем временем правительство Исландии и ряд исландских компаний предприняли совместную попытку построения первой в мире водородной национальной экономики [86]. Исландия будет использовать свои обширные геотермальные и гидроэлектрические ресурсы для производства водорода, который предполагается применить в качестве топлива в первую очередь для автобусов, а затем для пассажирских автомобилей и рыболовецких судов. Правительство поставило целью полностью перейти на водородное топливо к 2030–2040 году.

В настоящее время наиболее традиционным сырьем для производства водорода является природный газ, однако в конечном итоге наиболее экономичным — и экологически чистым — было бы выделение его из воды при помощи возобновляемых источников энергии (в особенности фотоэлектричества и ветровых генераторов). Если этогоудастся достичь, мы построим подлинно устойчивую энергетическую систему. Как и в природных экосистемах, вся необходимая нам энергия будет либо солнечной, вырабатываемой при помощи малогабаритных солнечных батарей, либо извлекаемой из водорода, чистейшего из топлив в эффективных и надежных топливных элементах.

Гиперавтомобили

Отраслью экодизайна, имеющей особенно далеко идущие последствия для промышленности, могло бы стать реконструирование автомобилей. Как это и принято в экодизайне, началось оно с анализа неэффективности существующих моделей, затем последовал длительный поиск системных и экологически ориентированных решений, и в конце концов были выработаны конструкторские идеи — столь радикальные, что они могут до неузнаваемости изменить существующую автомобильную промышленность и существенно затронуть смежные с ней нефтяную, сталелитейную и электроэнергетическую отрасли.

Как и многие другие детища промышленной конструкторской мысли, современный автомобиль поразительно неэффективен [87]. На вращение колес идет всего 20 % энергии сгорания топлива, тогда как остальные 80 % теряются на нагрев двигателя и при выхлопе. Мало того, 95 % все-таки используемой энергии двигают автомобиль, и только 5 % — водителя. Конечная эффективность, то есть доля энергии горючего, идущая на перемещение водителя, составляет 5 % от 20 % — всего один процент!

В начале 1990-х годов физик и специалист по энергетике Эймори Лавинз и его коллеги из Института Скалистых гор предприняли попытку полного перепроектирования нынешнего чрезвычайно неэффективного автомобиля путем объединения ранее возникших идей в комплексную разработку, названную ими «гиперавтомобилем». Конструкция гиперавтомобиля объединяет в себе три ключевые характеристики. Эти машины являются сверхлегкими — они весят в два-три раза меньше обычного стального автомобиля. У них прекрасные аэродинамические качества — потери на сопротивление воздуха ниже в несколько раз. Наконец, гиперавтомобили оснащены «гибридно-электрическим» приводом, где электродвигатель скомбинирован с топливным электрогенератором.