Всемирный энергетический «голод» -- а глобальной мировой экономике нужно все больше и больше энергии -- заставляет индустриальные нации искать новые пути и решения, создавая эффективную технику завтрашнего дня. В последние годы по всему миру активизировались работы по созданию топливного элемента -- экологически чистого источника практически неисчерпаемой энергии. Ведь сырье для новой технологии -- водород, самый распространенный химический элемент на земле. При помощи электрохимической реакции он преобразуется в электрическую и тепловую энергию.
Мобильник на водороде

Американское правительство объявило недавно о прекращении многомиллиардного финансирования программы развития автомобильных бензиновых моторов, сберегающих топливо. Этот мощный финансовый поток направят теперь на поддержку разработки двигателей на топливных элементах. Волшебники электронной миниатюризации японцы ищут возможности использования топливных элементов даже в мобильных телефонах. Их владельцы будут избавлены от необходимости подзарядки аккумуляторов -- внутри каждого мобильника (так, по крайней мере, убеждают специалисты Страны восходящего солнца) будет находиться собственная микроэлектростанция. А южнокорейский концерн LG уже на последней весенней ярмарке CeBit в Ганновере удивил мир лэптопом, питающимся энергией топливного элемента.
«Натуральное хозяйство» XXI века

В Германии фантазия разработчиков-футуристов имеет более «приземленную» направленность: здесь главным направлением научных изысканий является создание децентрализованных источников электроэнергии, работающих по принципу топливных элементов, которые можно было бы использовать не только в промышленных целях, но и в каждом домашнем хозяйстве. Как говорят специалисты, в каждом немецком подвале будет действовать собственная электростанция. Однако возврата к обособленности натурального хозяйства времен феодализма, конечно, не произойдет: многие тысячи топливных элементов индивидуальных владельцев будут «закольцованы» в общие коммуникационные энергосети. Они будут регулировать и направлять потоки энергии в зависимости от реальных потребностей каждого пользователя. Таким образом, считают немецкие эксперты, возникнет нечто вроде энергетического Интернета -- Всемирная энергетическая паутина.

Для реализации этой идеи в Германии свои усилия объединили ведущие предприятия энергетической отрасли -- Vaillant, Ruhrgas, E.ON Engineering, ELE Emscher Lippe Energie и EUS--Gesellschaft fuer Innovative Energieumwandlung und-speicherung. Совместно с министром экономики федеральной земли Северный Рейн -- Вестфалия Эрнстом Шванхольдом они представили общественности действующую разработку -- топливный элемент, который снабжает электричеством и теплом многосемейный дом в Гельзенкирхене.

Как утверждает управляющий директор Vaillant Михаэль Броссет, принцип топливного элемента известен уже более ста лет, но лишь теперь «созрело» время для его серийного производства. Шефа этого известного далеко за пределами Германии предприятия по производству бытовой и промышленной нагревательной техники легко можно заподозрить в нетерпении. Впрочем, он и сам признает, что для широкомасштабного выпуска таких децентрализованных источников энергии потребуется еще много терпения.

Того же мнения придерживается и Юрген Ленц, заместитель председателя правления газовой компании Ruhrgas из Эссена. «Еще предстоит решить многие технические проблемы, -- говорит он. -- По нашим оценкам, серийные приборы для потребителей, основанные на технологии топливного элемента, станут экономически интересными на рынке предположительно во второй половине нынешнего десятилетия». Помимо проекта в Гельзенкирхене партнеры работают над использованием топливных элементов в жилом доме в Эссене, а также на малом промышленном объекте в Дюссельдорфе. Похоже, власти федеральной земли Северный Рейн -- Вестфалия уже ощутили вкус будущей энергетики, связанной с использованием водорода. На программу «Рациональное использование энергии», в рамках которой проходят нынешние испытания топливных элементов, земельное правительство выделило на 2002 год 800 тысяч евро. В целом же годовой бюджет полевых испытаний составляет 2,2 млн евро. Земельный министр экономики Шванхольд может с полным правом утверждать: «Этот проект является подтверждением передовой позиции, которую мы в земле Северный Рейн -- Вестфалия занимаем в области развития инновационных технологии для производства тепло- и электроэнергии. Я убежден, что технология топливного элемента будет играть важную роль в «энергококтейле» будущего».
Новый талант природного газа

Сегодня разработчики перешли к новому этапу, когда главным становится обеспечение стабильного функционирования этой технологии в практических условиях. Речь в данном случае идет об испытании в постоянном режиме работы прибора, сконструированного фирмой Vaillant для многосемейного дома. На основе водорода, полученного из природного газа, этот топливный элемент производит в час 4 киловатта электроэнергии и 9 киловатт тепла. Дополнительный электронный прибор регулирует деятельность топливного элемента в зависимости, например, от холодного или теплого времени года, а также возрастающих или снижающихся потребностей в энергии в течение дня.

Основная проблема, с которой сталкиваются создатели топливного элемента, заключается в получении чистого водорода. В приборе, созданном фирмой Vaillant в сотрудничестве с другими партнерами, используется водород, выделенный посредством специального «реформатора» из природного газа. Этот водород вместе с кислородом воздуха направляют в батарею топливного элемента, где происходит электрохимическая реакция, в результате которой с большим КПД производятся электрический ток и тепло. Мощности прибора фирмы Vaillant в 4 киловатта, как показали полевые испытания, вполне достаточно для полного обеспечения потребностей многосемейного дома. Кроме того, 9 киловатт тепла хватает для круглогодичного подогрева воды, а также частичного обогрева дома в отопительный период.

Полученный с помощью этого топливного элемента постоянный ток преобразуется специальным устройством в ток переменный с обычным напряжением 230 вольт и затем направляется в домашнюю электросеть. В периоды особых нагрузок, когда вырабатываемых 4 киловатт недостаточно, осуществляется дополнительное снабжение из общественной электросети. Туда же отдается и избыток энергии топливного элемента, если таковой появляется в ходе его эксплуатации.

Выбросы, выделяемые топливным элементом, содержат лишь незначительные количества моноксида углерода, окисей азота и углеводородов. Выброс двуокиси углерода, главного «виновника» парникового эффекта, на 25--50% ниже, чем при ныне принятых способах производства электричества. Одновременное производство электрического тока и тепла позволяет добиваться высокого совокупного КПД -- около 85%. Тем самым экономится до 25% первичной энергии.