Начиная с конца 90-х, новости о топливных элементах в прессе стали появляться все чаще и чаще. Конечно, топливные элементы и альтернативные источники энергии вообще — не такая захватывающая тема, как клонирование или нанотехнологии, однако на сегодняшний день это одно из самых перспективных направлений развития высоких технологий. Но если био- и нанотехнологии на практике пока неприменимы (по крайней мере, те их приложения, о которых больше всего судачат в прессе), то в случае с портативными топливными элементами фантастика, похоже, станет реальностью в ближайшее время. Сразу несколько компаний объявили в мае, что продукты, питающиеся от топливных элементов, появятся в продаже уже в 2004–05 гг. Среди них и японская корпорация NTT DoCoMo, пообещавшая выпустить через пару лет мобильный телефон с топливными элементами.

Что это такое и зачем это нужно

Начать следует с того, что в самих топливных элементах ничего кардинально нового нет. Это химические источники тока, превращающие «топливо» в электричество без горения. Иногда этот процесс называют холодным горением. В качестве топлива могут использоваться разные соединения, но итоговая реакция, которая и служит источником энергии, как правило, происходит между водородом и кислородом.

По большому счету, принцип работы топливных элементов позаимствован у природы. В каждой живой клетке присутствует биологический водородно-кислородный топливный элемент. Источником водорода для живого организма является пища, кислород живые существа получают в процессе дыхания.

Можно сказать, что в топливном элементе эксплуатируется процесс окисления: энергия окислительно-восстановительной реакции переводится в электрическую. При этом теоретически электроды и электролит — как элементы, не участвующие в реакции — могут считаться практически вечными. На самом деле это, конечно, не так — хотя бы из-за наличия в топливе примесей. Тем не менее, срок службы батареи на топливных элементах многократно превосходит срок службы обычного аккумулятора.

Долговечность — не единственное достоинство топливных элементов. Топливные элементы тише и экологичнее, а их КПД примерно втрое превышает КПД стандартных энергоустановок, притом что цена электроэнергии ниже¹. Также — и владельцы мобильных телефонов, ноутбуков и КПК наверняка с этим согласятся — очень привлекательной особенностью топливных элементов является то, что для их зарядки (которую уместнее было бы называть заправкой) требуется всего несколько минут. Залил в бак водородсодержащее топливо и работай себе дальше. Кроме того, сейчас разрабатываются топливные элементы, емкость которых в десятки раз выше, нежели у литий-ионных батарей. NTT DoCoMo пока скромничает. Если обычные аккумуляторы позволяют мобильникам работать примерно 150–170 часов, то рабочий ресурс мобильных телефонов на топливных элементах составит часов триста. Так что речь может идти только о двукратном увеличении емкости. Правда, другие японские компании — в частности, NEC и Sony — ранее заявляли о разработке топливных элементов повышенной емкости, однако ни сроки выпуска, ни стоимость этих элементов пока не определены. Что же до NTT DoCoMo, то цены тоже пока неизвестны, однако сомнительно, чтобы компания стала выпускать продукцию, которую не сможет переварить японский рынок. Разумеется, эти телефоны попадут в высшую ценовую категорию, но вряд ли их стоимость будет значительно отличаться от цены прочих hi-end-моделей.

Для автоиндустрии критичным моментом является экологичность топливных элементов и очевидная дешевизна топлива. То же самое привлекает в топливных элементах и производителей электроэнергии в промышленных масштабах.

Недостатки топливных элементов  главным образом вызваны тем, что практические применения технологии до сих пор недостаточно разработаны. Топливных элементов производится очень мало, и, как правило, это опытные партии, которые либо вообще не продаются, либо слишком дороги². К сожалению, пока не все могут позволить себе перейти на дешевое, экологически чистое и эффективное топливо. Кроме того, делать портативные и мощные топливные элементы научились совсем недавно — поэтому так удивляет заявление NTT DoCoMo, что уже в 2005 году появятся мобильники на топливных элементах.

Первые топливные элементы появились еще в середине XIX века, однако большого распространения они не получили, уступив место устройствам внутреннего сгорания. Тем не менее, ниша для топливных элементов нашлась, и исследователи продолжали совершенствовать технологию. В последние двадцать лет работы заметно активизировались. Причин тому несколько. И забота об окружающей среде и нуждах владельцев мобильников стоит далеко не на первом месте.

1 (назад) КПД стандартных энергоустановок достигает 35%. Когда говорят о КПД технологии топливных элементов, обычно называется цифра 95%, однако это суммарный КПД: сами топливные элементы обеспечивают КПД до 75%, остальное добирается за счет выделяемого при химической реакции тепла. Разумеется, чтобы достичь предельного КПД, это тепло еще нужно утилизировать. Рассуждения о том, что электричество, получаемое из топливных элементов, дешевле «обычного», тоже нужно понимать весьма условно. Сегодня энергоустановки, изготовленные по этой технологии, все еще слишком дороги, чтобы их можно было считать равноценной заменой стандартным энергогенераторам. — Прим. ред.
2 (назад) Топливные элементы — это общее название нескольких технологий, работающих по одному и тому же принципу. Кроме того, различают стационарные и портативные топливные элементы. Сказанное справедливо в первую очередь по отношению к портативным топливным элементам. — Прим. ред.