Как же обстоит дело с топливными элементами в настоящее время?

Наше время - начальный период применения топливных элементов. Они используются в случаях, когда не требуется большой мощности, чаще всего как автономные источники. Академик А. Н. Фрумкин, наш крупнейший специалист в области электрохимии, считал, что первыми крупными потребителями топливных элементов будут космические аппараты, нуждающиеся в небольших по мощности бортовых источниках тока, и автомобили, точнее сказать, электромобили. В космических аппаратах топливные элементы (водород-кислородные) уже находят применение, что касается электромобилей, то здесь пока создаются опытные образцы. Следует заметить, что удельная мощность топливных элементов хотя и во много раз больше, чем у электрических аккумуляторов, но намного меньше по сравнению с бензиновыми двигателями.

Можно предполагать, что топливные элементы в дальнейшем найдут применение и в большой энергетике. Но строить какие-либо прогнозы по этому вопросу пока еще рано. Во всяком случае сначала должен быть решен вопрос об использовании не водорода и кислорода (дорого!), а более дешевого топлива и окислителя, например горючего газа (природного или продукта газификации угля) и воздуха. В случае, если топливные элементы будут высокотемпературными, это, по-видимому, несколько снизит их КПД.

Как обстоит дело жидкого топлива и использованием водорода?

Так как запасы нефти ограничены, а некоторым потребителям необходимо жидкое топливо, получаемое в настоящее время переработкой нефти, то большое значение приобрел вопрос о жидком топливе (керосина, бензина) из угля, ресурсы которого гораздо больше. Вопрос этот не новый, но интерес к нему особенно усилился с началом энергетического кризиса.

Во многих странах в настоящее время широко ведутся исследовательские и опытные работы, цель которых заключается в создании такой технологии, которая позволяла бы получать жидкое топливо из угля (его называют еще искусственным жидким топливом - ИЖТ) по приемлемой себестоимости. До сих пор эта задача не решена - себестоимость ИЖТ намного выше, чем жидкого топлива из нефти.

Промышленное производство ИЖТ в настоящее время имеется только в ЮАР. Завод, производящий ИЖТ, сводит концы с концами, по-видимому, потому, что уголь в ЮАР очень дешев. Все другие страны, как уже сказано, ограничиваются исследовательской и опытной работами в этой области. Несмотря на это, большинство специалистов настроены оптимистично.

В настоящее время есть 4 основных способа переработки угля в жидкое топливо: 1) синтез, в основе которого в качестве первой фазы процесса - превращение угля под давлением в смесь горючих газов с использованием при этом водяного пара, воздуха или кислорода; 2) экстракция, т. е. термическое растворение угля, причем в качестве растворителей используются вещества, участвующие в процессах дальнейшей переработки угля; 3) гидрирование (или гидрогенизация) - способ, заключающийся в насыщении угля водородом (Следует иметь в виду, что в составе угля содержится примерно в 3 раза меньше водорода, чем в жидких углеводородах, составляющих основу жидких моторных топлив.), взаимодействии угля с содержащими водород веществами при высокой температуре и давлении; 4) пиролиз- нагрев угля при отсутствии окислителя.

Мы не имеем возможности останавливаться сколько-нибудь подробно на способах переработки угля в ИЖТ. Заметим только, что ни один из названных способов не имеет, выражаясь спортивным языком, явного преимущества перед другими. Поэтому каждый из этих способов заслуживает дальнейшей разработки и проверки, что позволит выбрать наиболее перспективный.

Представляет также большой интерес вопрос газификации угля - процесс превращения угля в газ.

Следующий вопрос, которого мы хотим кратко коснуться,- это применение в энергетике такого топлива, как водород. Большим преимуществом водорода является то, что в результате его сжигания образуется только водяной пар и, следовательно, не происходит загрязнения атмосферы. Существенно также и то, что водорода на Земле так много, что его ресурсы можно рассматривать как неисчерпаемые. Кроме того, он высококалорийный.

В настоящее время большой интерес вызывает вопрос о получении водорода путем электролиза воды и использовании его вместо дефицитного жидкого топлива. На первый взгляд высказанные соображения кажутся совершенно бесперспективными. Действительно, электрическая энергия, необходимая для электролиза воды, сама может быть получена из первичного источника сырья с КПД не более 35% (учитывая потери в электрических сетях и другие), КПД процесса получения водорода из воды методом электролиза составит, допустим, 80% и, наконец, КПД водородного теплового двигателя примем равным 40%. Перемножив эти три значения КПД (т. е. 0,35, 0,8 и 0,4) между собой, получим 0,11 или 11%. Следовательно, общий КПД процесса получения водорода и его использования в тепловом двигателе невелик.

Однако это только одна сторона дела. Не следует забывать, что для получения жидкого топлива из угля также требуется большой расход энергии, а КПД этого процесса тоже невелик. Существенно также, что электролиз воды может проводиться в ночное время, т. е. в часы, когда потребление электроэнергии резко снижается и поэтому будет помогать выравниванию суточного потребления электрической энергии.

Существует также возможность получения водорода путем проведения химических процессов с участием реагентов, содержащих водород, а также катализаторов.

Суммируя сказанное, можно констатировать, что использование водорода в энергетике - вопрос перспективный, он заслуживает большого внимания.