Эра топливных элементов

Принцип работы топливного элемента на первый взгляд схож со схемой работы обычного гальванического элемента (батарейки), преобразующего энергию химических реакций, протекающих на поверхности электродов, погруженных в электролит (жидкое или твердое вещество, в котором в достаточной концентрации присутствуют ионы), в электрическую. В топливном элементе тоже происходит преобразование энергии химических реакций на электродах в электрическую, но реагентами («топливом») здесь служат газы, например водород и кислород.

«Что, собственно, так всех привлекает в топливных элементах? — объясняет Михаил Предтеченский. — Во-первых, высокий коэффициент преобразования химической энергии в электрическую (в определенных схемах он достигает 60% и более). Во-вторых, совершенно уникальный коэффициент использования топлива. Ну и, наконец, топливные элементы экологически чистые, то есть почти не выбрасывают вредных веществ. Более того, в системах, которые работают на водороде и кислороде, на выходе мы имеем воду, пригодную для питья. Кстати, последний момент вкупе с малым весом топливных элементов сыграл немалую роль в принятии решения об использовании в энергосистемах многоразовых космических аппаратов (американских Shuttle, нашем "Буране")».

Некоторые специалисты считают, что электрогенераторы на топливных элементах станут основой будущей мировой энергетики. В эту сферу научных исследований вкладываются большие деньги, создаются специальные демонстрационные станции большой мощности (в США функционируют станции мощностью до 10 мегаватт), работающие пока в чистый убыток. Но правительства западных государств с готовностью идут на финансирование львиной доли этих затрат, более того, коммерческим организациям и НИИ, занятым в этих разработках, предоставляются значительные налоговые льготы.

В России, как это ни прискорбно, данное направление до недавнего времени практически не развивалось. Стимулом для начала работы над новой темой для МНЦ стала внезапно возникшая идея нового подхода в конструировании топливных элементов. Михаил Предтеченский: «Мне представляется достаточно очевидным, что просто взять и практически с нуля догнать далеко продвинувшихся в этой сфере американцев или японцев — задача для России нереальная. Но, как это зачастую делается "по-русски", наш расчет основывается на том, что мы сможем их обогнать не догоняя, а совершив качественный скачок за счет использования оригинальных "идеологических" схем. И тот совершенно новый принцип построения работы топливного элемента, который мы придумали вместе с академиком Накоряковым, позволяет нам надеяться на серьезный прорыв».

По большому счету, времени на раскачку у ученых новосибирского МНЦ остается не так уж много. Основная проблема, препятствующая сейчас широкой коммерциализации производства топливных элементов, пока заключается в их относительно высокой стоимости: сейчас она не опускается ниже трех тысяч долларов за каждый киловатт мощности. Для того чтобы генераторы на топливных элементах смогли составить реальную конкуренцию традиционным электрогенераторам, применяемым в стационарной энергетике, стоимость генерируемой ими электроэнергии не должна превышать тысячи долларов за киловатт. Но только за последние три-четыре года разрыв в себестоимости сократился более чем в два раза, и если тенденция сохранится (вероятность подобного сценария оценивается специалистами довольно высоко), то уже примерно лет через пять следует ожидать начала больших перемен в мировой энергетике.