Замкнутый круг

Но время работало на топливные элементы. Прошли 30-е годы нашего века. Техника требовала все новых и новых типов автономных электрохимических источников тока. Поэтому накануне второй мировой войны исследователи вновь обратились к простейшему топливному элементу - водородно-кислородному.

Весомую лепту в разработку и создание таких топливных элементов внесли и советские исследователи.

...Я держу в руках старый журнал "Советская наука". Март 1941 года. Этот журнал (так же, видимо, как и государственное издательство "Советская наука"), созданный в 1941-м, просуществовал лишь четыре месяца - началась война.

В мартовском номере было опубликовано постановление Совета Народных Комиссаров Союза ССР о Государственных премиях. В разделе "За выдающиеся изобретения" премии третьей степени (25 тысяч рублей) был среди прочих удостоен и П. Спиридонов, научный сотрудник физико-химического института имени Л. Я. Карпова. Награжден за изобретение нового типа элемента воздушной деполяризации - так говорилось в постановлении. Фактически же тут речь шла все о том же топливном элементе...

В СССР этими работами начали заниматься совсем недавно. Но успехи уже были, и немалые. В институте имени Карпова в лаборатории академика А. Фрумкина работала группа "Новых источников тока". Руководил ею инженер П. Спиридонов.

Было бы слишком сложно излагать суть работ П. Спиридонова. Важно другое. Его работы уже показывали реальную возможность практического использования топливных элементов (во всяком случае, водородно-кислородного варианта). Элементы Спиридонова, созданные в 1939 - 1941 годах, имели значительную плотность тока - 30 миллиампер с квадратного сантиметра поверхности электродов. Эти значения были для того времени довольно высокими (сейчас удается получать токи в десятки-сотни раз больше) и в противовес пессимистическим взглядам Баура показывали перспективность дальнейших изысканий в этом направлении.

Но вновь слепые, стихийные силы вмешались в судьбу топливного элемента. Началась война. Исследования (с таким блестящим стартом) были свернуты.

Примерно в те же годы, перед войной (хотя и в несколько ином плане), подобными работами в СССР успешно занимался еще один наш соотечественник - О. Давтян. В энергетическом институте исследования велись под руководством академика Г. Кржижановского.

Один из недостатков созданного Гровом водороднокислородного топливного элемента состоит в том, что он работает на чистом водороде, который слишком дорог. (Дорог и кислород: предпочтительнее элемент, работающий на воздухе.) Заманчивее было бы использовать дешевые газообразные топлива, в первую очередь генераторный газ (газ, получаемый путем газификации твердого топлива). Такую установку для электрохимического сжигания горючего газа и построил О. Давтян.

Уже после войны, в 1947 году, эти работы были собраны О. Давтяном и опубликованы в первой, посвященной топливному элементу, монографии, она называлась "Проблема непосредственного превращения химической энергии топлива в электрическую". Книга вызвала за рубежом большой интерес. Так, трудами советских ученых началась новая эра в развитии топливных элементов.

Вера движет горами, как известно. В злоключениях топливного элемента бывало всякое - насмешки критиков (крохотные токи), рекламные моменты, истовость изобретательского пыла и многое другое. Не было, кажется, только несокрушимой, все отметающей, все преодолевающей веры, веры в успех этого научно-изобретательского мероприятия. Пришло и это. В лице английского инженера Фрэнсиса Томаса Бэкона (родился в 1905 г.), создателя первого, уже реально работающего образца 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..."

В 1959 году Бэкон сконструировал и построил целую батарею из 40 топливных элементов общей мощностью в 6 киловатт (КПД 80 процентов).

Итак, (через 120 лет после открытия Грова) был создан работающий топливный элемент. Батарея Бэкона могла приводить в действие электрокар, циркульную пилу и сварочный аппарат.

Почти одновременно, в октябре 1959 года, в США представителям печати и общественности был продемонстрирован двадцатисильный электротрактор на топливных элементах (американцы давно уже закупили патент Бэкона), спроектированный и построенный фирмой "Аллис-Чалмерс".

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, батареи Бэкона было достаточно, чтобы привести в движение небольшой автомобиль. По своим размерам батарея была примерно такой же, как и автомобильный двигатель (76×38×30 см).

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? На стационарные генераторы, предназначенные для электрических станций, не налагается жестких (земля все выдержит!) требований 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! А столь чистый водород и стоит крайне дорого, и производство его ограничено (тогда еще о водородной энергетике и слыхом не слыхали).

Металлы-катализаторы, используемые 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 газах (скажем, на пропане - газообразном углеводороде, который можно получить, например, при переработке углей). Лучшим катализатором здесь, видно, была бы платина (мы помним, что еще электроды элемента Грова были собраны из чистой платины). Но затраты большого количества (массовое производство!) дорогостоящей, дефицитной платины низвели бы топливный элемент опять на уровень лабораторной игрушки.

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