khimie.ru

Великие изобретатели давно прославлены. Биографы утверждают, что для Эдисона самой трудной задачей было изобретение аккумулятора. Он перепробовал более двух тысяч электродных пар, прежде чем наткнулся на известную всем ныне железо-никелевую систему.

То — великие!.. А кто считал труды Неизвестного Изобретателя? Сколько их, безымянных, своей незаметной жизнью готовивших грядущие технические «урожаи», давших толчок не одной плодотворной мысли следующих поколений более удачливых изобретателей и более, наконец, талантливых?..

Динамо-машина торжествовала. Неоспоримые преимущества нового способа позволили в широких масштабах начать быстрое внедрение электроэнергии в промышленность и быт. Усилия ученых и инженеров были всецело направлены именно сюда.

Топливными же элементами продолжали заниматься только «чудаки». Для электрохимиков эти устройства и вообще превратились в нечто вроде пугала — столько усилий и такие скромные плоды.

Но так, исподволь, трудами многих скромных подвиж­ников идеи топливного элемента, ее рядовых солдат, не­заметно, по кирпичику закладывался фундамент после­дующих успехов.

Типична фигура швейцарского исследователя Эмшга Баура, отдавшего проблеме топливного элемента 40 лет своей жизни.

Не удалось отыскать в справочниках и энциклопедиях даже дат его жизни, каких-то подробностей о нем самви. Только ссылки на его в общем-то довольно скромные работы. Так, например, известен сконструированный еаде в 1911 году топливный элемент Баура-Эренберга. Это устройство для электрохимического сжигания угля имело неплохие характеристики (кпд 90 процентов). Считается лучшим высокотемпературным элементом и до сих пор. Однако практического применения он снова — в который раз! — не нашел.

В 1933 году Баур публикует пространнейший обзор, где подводит итоги работам многих поколений исследователей. Отсчет идет от Гемфри Дэви, которого, видиво, поэтому многие считают крестным отцом топливного элемента — в 1802 году он якобы создал первый образец.

Работа Баура и до сих пор остается наиболее полной исторической сводкой сведений о топливных элементах. Баур понимал стоящие перед ним трудности. Он писал: «Как свинцовый, так и железо- (или кадмиево-) никелевый аккумулятор потребовали долгих лет для своего оформления. Поэтому нельзя ожидать, что для создания топливных элементов потребуются незначительные усилия…»

И все же (слаб человек!) к концу жизни Баур приходит к пессимистическим выводам. Отдав делу десятки лет труда, он заявляет публично: использовать топливные элементы невозможно. Это горькое признание — естественное следствие объективных трудностей, мешающих реализации перспективной идеи топливных элементов.

Примечательно и другое: есть тут и некоторая вина самого Оствальда. Он ведь ратовал за топливный элемент, в котором происходило бы сжигание угля!.. Вдохновленные его призывом исследователи, прежде всего, обратились именно к этой проблеме. Однако электрохимическое горение угля и оказалось (теперь это отчетливо видно) самым крепким орешком. Задача эта не решена до сих пор.

Трудности таковы.

Как это ни удивительно на первый взгляд, но согласно законам термодинамики (им подчиняется и ход хими­ческих реакций) печь должна гореть тем лучше, чем она холоднее. Ибо, утверждают химики, равновесие реакции сжигания углерода в кислороде сдвигается при этом в сторону образования углекислого газа. Однако простое наблюдение — количество угля при хранении на складах явно не убывает! — убеждает: при низких температурах окисление идет муравьиным шагом. Так и получается, что термодинамика говорит «да», а кинетика этого процесса отвечает «нет». В отличие от термодинамики, которая, отвечая на вопрос «куда», указывает лишь общее направление событий, кинетика определяет детали процесса и отвечает на вопрос «как». И побеждает кинетика: уголь горит хорошо лишь при температурах примерно 1000 градусов Цельсия.

Баур и другие изобретатели, действовавшие по рекомендации Оствальда, делали ставку на уголь и высокие температуры. Но здесь их ждали неприятные сюрпризы. Высокие температуры вызывали сильную коррозию электродов и других деталей топливных элементов, что существенно сокращало им жизнь. Кроме того, на искусственное поддержание таких температур тратилась львиная доля электроэнергии, снимаемой с топливного элемента. Овчинка не стоила выделки!

Так и получилось, что исследователи и изобретатели не добились успеха на пути, указанном Оствальдом.

Но не только в этом было дело. Сейчас, оглядываясь назад, видно, что Нернст и Оствальд слишком далеко опередили свое время. Тогда не было еще ни теоретических, ни экспериментальных, ни технологических средств решения этой большой задачи. Недоставало многого — сведений по катализу (они появились благодаря развитию химической промышленности), современных материалов (металлов, пластмасс), не было квантовой теории (ее разработка была начата двумя десятилетиями позже выступления Оствальда)…

Какими бы гениальными ни были изобретатели времен Оствальда, они не могли справиться с проблемой, стоявшей на стыке нескольких областей знания, решить задачу, требовавшую совместной работы ученых разных специальностей — электрохимиков, физиков, математиков, специалистов по электронике, пластмассам, химической технологии, электротехнике… Всему этому — новому стилю работы — научились позже: при работе над атомными и космическими проектами.

Наконец, тогда наука еще считалась более или менее личным делом или даже прихотью и в связи с этим плохо оплачивалась. Лишь недавно в передовых индустриальных странах отдельные научные темы стали считать важнейшими национальными задачами и хорошо финансировать их.

Как бы предчувствуя все эти трудности, Оствальд недаром назвал проблему топливного элемента «философским камнем электрохимии».