khimie.ru

В заключениях топливного элемента бывало всякое − насмешки критиков (мол, крохотные токи), рекламные восторги, истовость изобретательского пыла и многое другое. Не было, кажется, только несокрушимой, все отметающей, все преодолевающей уверенности, крепкой веры в успех этого научно-изобретательского мероприятия.

Пришло и это. В лице английского инженера Фрэнсиса Т. Бэкона (отдаленный потомок знаменитого философа, родился в 1905 году), создателя первого уже реально работающего образна топливного элемента.

«Мне хочется еще раз подчеркнуть,− сказал он недавно,− что не логические рассуждения, а убежденность в правоте идеи топливного элемента руководила мной все эти годы…»

Эта цитата взята из речи Бэкона, произнесенной им 23 мая 1978 года на собрании Электрохимического общества в городе Сиэтле, что в штате Вашингтон (США). Речь была произнесена по случаю награждения Бэкона медалью и наградой за успехи, достигнутые в разработке топливного элемента.

Выступление Бэкона называлось «Топливные элементы: некоторые мысли и воспоминания».

Бэкон вспоминал, как он в 27-летнем возрасте занялся этой проблемой: «…Я подошел к делу как практик и был убежден еще в те ранние дни, что это как раз работа для меня. И я должен довести ее до той стадии, когда делом этим заинтересуются прикладники…»

Прежде всего, Бэкон отверг платину, заменив ее дешевым катализатором − никелем. Малы токи? Повысим температуру, но лишь до сотен градусов. Чтобы при этом водный электролит не закипел, понадобятся высокие давления водорода и кислорода − тоже сотни атмосфер, «Ну что же, будучи инженером,− вспоминал Бэкон,− я боялся коррозии больше, чем сверхвысоких давлений: хотя работу при высоких давлениях многие презрительно называют «тактикой кувалды».

Было бы утомительно подробно цитировать все слова Бэкона, посему − да простит он нас! − будем кратко пересказывать лишь наиболее значительные для нашей истории моменты.

В 1939 году Бэкону − он работал тогда в Лондоне, в Королевском колледже − удалось создать водородно-кислородный топливный элемент с плотностью тока в 13 миллиампер с квадратного сантиметра, работавший при температуре 100 градусов по Цельсию и давлении 200 атмосфер. Этот элемент проработал всего 48 минут.

Мало? Конечно, ведь чтобы соревноваться, скажем, с двигателем внутреннего сгорания − а Бэкон только об этом и думал,— нужны были токи хотя бы в 100 миллиампер, то есть примерно на порядок большие. К тому же с достаточным ресурсом − сроком жизни элемента.

В этой напряженной и довольно проблематичной ситуации исследования на пять лет прервала война, но не таков был Бэкон, чтоб остыть. Не без юмора вспоминал он, как в послевоенные годы, желая во что бы то ни стало продолжить исследования, искал поддержки в различных организациях. Однажды ему довелось встретиться с двумя важными директорами не менее важной химическом   компании. Его спросили: «Где вы хотите использовать топливный элемент?» Бэкон простосердечно отвечал: «Я возьму баллоны со сжатым водородом и кислородом, поставлю их в кузов автомобиля вместе со множеством топливных элементов − это приведет авто в движение…»

«Никогда не забуду того неистового взрыва хохота, которым были встречены мои слова… Аудиенция вскоре закончилась, безо всяких последствий…»

«Имел я также контакт с главой исследовательской организации, занимающейся топливами. Он спросил: знаю ли я химию? Я признался, что знаком лишь со школьным курсом… Слова мои были встречены с вели­чайшим презрением…»

В конце концов, Бэкон все же получил возможность продолжать дело на инженерно-химическом отделении Кембриджского университета (Англия).

Десять лет усилий дали уже неплохой результат: при давлении 27 атмосфер и температуре 200 градусов элемент Бэкона давал токи до 230 миллиампер и мог работать непрерывно много тысяч часов. В 1959 году Бэкон сконструировал и построил целую батарею из 40 топливных элементов общей мощностью в 6 киловатт, кпд 80 процентов.

Наконец-то (через 120 лет после открытия Грова) был создан работающий топливный элемент. Батарея Бэкона могла приводить в действие электрокар, циркулярную пилу, сварочный аппарат.

Все говорило за то, что топливные элементы вышли из стадии лабораторных исследований. Но где и как их использовать? И можно ли? И стоит ли?

Транспорт? Да, батарея Бэкона могла привести в движение небольшой автомобиль. По своим размерам батарея была примерно такой же, как и автомобильный двигатель (76×38×30 сантиметров). Однако общий вес установки вместе с баллонами газа и вспомогательным оборудованием (автоматика, удаление воды − продукта реакции, поддержание стабильной температуры), необходимым для управления работой батареи, составлял около 300 килограммов, для ее размещения потребовался бы грузовик. Таким образом, общее соотношение мощности к весу у детища Бэкона оказалось все же слишком низким, чтобы его можно было, скажем, использовать на транспорте.

Может быть, энергетика? К стационарным генераторам, предназначенным для электрических станций, не предъявляются такие жесткие требования в отношении веса и компактности. Но поскольку они должны вырабатывать много энергии, в них должно использоваться доступное, дешевое (например, горючие газы) топливо. А батарея Бэкона эффективно работала только на водороде, степень чистоты которого равнялась 99,5 процента. Столь чистый водород и стоил крайне дорого, и производство его было ограничено (тогда еще о водородной энергетике и слыхом не слыхали).

Металлы-катализаторы, использованные в элементе Бэкона, были крайне чувствительны к малейшим загрязнениям как топлива (водород), так и окислителя (кислород). Примеси выводили их из строя.

А ведь в идеале (вспомним Оствальда) грезилось, что топливные элементы будут способны работать на кислороде воздуха (без разделения газов) и на неочищенных углеродистых продуктах.

Вот и образовался заколдованный круг. И выхода, казалось бы, не было никакого. Практическое использование топливного элемента вновь откладывалось на неопределенный срок.