Научно-исследовательские институты различных стран мира уже не один десяток лет занимаются поиском альтернативных источников энергии. Однако найти полноценную замену нефти и газу они пока так и не смогли.
Главная причина, по которой практически все развитые страны ведут исследования в области альтернативной энергетики,— непредсказуемость нефтяного рынка. Даже ведущие аналитические учреждения мира с многомиллионными бюджетами не в состоянии предсказать, когда на этом рынке произойдут очередные серьезные потрясения. Именно поэтому стратегически важным направлением развития фундаментальной науки в США признаны так называемые топливные ячейки — устройства, которые получают энергию в результате реакции окисления водорода. Однако взаимодействие кислорода и водорода происходит без взрыва, как это случается в природе. В результате химической реакции ячейка производит электроэнергию почти без выделения тепла, помимо него образуется лишь небольшое количество воды и углекислого газа.
При этом эффективность нового источника электроэнергии в два-три раза больше КПД двигателя внутреннего сгорания. В далекой перспективе эта технология позволит Америке избавиться от необходимости импортировать нефть, позволит сократить число теплоэлектростанций и атомных реакторов. Россия также не отстает от прогресса. Водородная энергетика (направление исследований, включающее в себя и топливные ячейки) включена Минпромнауки в список приоритетных новых технологий, куда должны вкладываться бюджетные деньги. Принципиальные вопросы финансирования тех или иных отраслей фундаментальной науки вынесены в России на самый высокий уровень: ими занимается Совет по науке и высоким технологиям, сформированный под покровительством Владимира Путина.
Произведенное топливной ячейкой электричество можно использовать по-разному. Самыми перспективными потребительскими отраслями применения новых источников энергии сегодня считаются микроэлектроника, автомобилестроение и автономное получение электроэнергии для домашних нужд. В области топливных ячеек исследования ведут практически все известные производители ноутбуков, карманных компьютеров и сотовых телефонов. Так, японская компания Casio Computer недавно презентовала созданный ею образец источника питания для портативных компьютеров. Топливная ячейка от Casio заполняется метиловым спиртом (из него затем извлекается атомарный водород), а кислород черпает прямо из атмосферы. Новый источник питания способен поддерживать работу ноутбука Casio Fiva в течение 20 часов, тогда как стандартная батарея — в течение пяти. Кроме того, на заправку батареи Casio требуются минуты, тогда как обычный аккумулятор заряжается часами. Начало массового выпуска новых источников питания Casio наметила на 2003 год.
От микроэлектроники не отстает и автомобильная промышленность. Месяц назад территорию США — от Тихого океана до Атлантического — пересек концепт-кар Necar 5 на топливных ячейках компании DaimlerChrysler. Символический автопробег стартовал в Сан-Франциско и завершился в центре Вашингтона. Дорога длиною 5200 км заняла 16 дней. Necar 5, упакованный в кузов Mercedes A-класса при этом развивал скорость до 150 км/ч и мог проехать до 450 км от одной заправки.
DaimlerChrysler ведет исследования в области топливных ячеек еще с 1990 года, и Necar 5 — далеко не первый ее опыт в этой сфере. Первая машина на водородном топливе — Necar 1 — была представлена компанией еще в 1994 году. Чтобы уместить генератор в корпусе транспортного средства, конструкторам пришлось взять за основу небольшой автобус. Но уже через три года DaimlerChrysler выпустила автомобиль приемлемого размера на топливных ячейках, использующих метанол. Помимо нее водородной энергетикой занимаются Toyota, Mazda, BMW, Volkswagen и даже АвтоВАЗ (недавно завод устроил тест-драйв "Нивы" на топливных ячейках).
Что же касается использования топливных ячеек в качестве автономных источников электроэнергии для жилища, здесь прогресс продвигается не столь очевидно. В начале 1990-х годов сразу несколько американских компаний объявили о прорыве в технологии, который позволяет снизить цену домашнего электрогенератора на основе топливных ячеек до $5 тыс., то есть сделать устройство доступным для большинства американских семей. Одного такого генератора мощностью 5 кВт хватает, чтобы обеспечить электроэнергией все домашнее хозяйство. Прототип устройства даже был установлен в отдельно взятом доме неподалеку от Нью-Йорка, что дало повод The New York Times возвестить о начале эпохи домашней водородной энергетики. Однако спустя два года выяснилось, что демонстрация возможностей новой установки обошлась ее устроителям в $30 тыс.
Главное препятствие коммерциализации топливных ячеек — независимо от того, где они применяются,— высокая себестоимость. Разработчики водородной энергетики, как правило, умалчивают о том, что для изготовления самой ячейки и сопутствующего устройства — реформера (он извлекает водород, например, из метанола или природного газа) — необходим дорогостоящий платиновый катализатор. Только в прошлом году цена на платину выросла с $400 до $650 за унцию. А за пять прошедших лет конструкторам удалось снизить необходимое количество дорогостоящего металла в топливных ячейках лишь на 12%. В ход шли различные ухищрения: применялись сплавы платины с менее дорогостоящими металлами, совершенствовалась конструкция реформера. Тем не менее сегодня говорить о массовом производстве автомобилей или домашних электрогенераторов на топливных ячейках все же рано.
Десятилетия научных изысканий в области водородной энергетики (топливные ячейки были применены еще в космических кораблях проекта "Аполлон", который NASA начало в середине 60-х годов прошлого века) пока не привели к масштабной коммерциализации этой технологии. Поэтому скептики зачастую сравнивают топливные ячейки с солнечными батареями — иной концепцией безопасной энергии, но с похожей судьбой. Однако в отличие от солнечных батарей топливные ячейки все же более обласканы вниманием инвесторов. Только крупные компании — вроде 3M, DuPont, Toshiba и General Motors — инвестируют в новую технологию около $1 млрд ежегодно.
СЕРГЕЙ КОЛЯДА