ДВС — так сокращенно обозначают всем знакомый обычный двигатель внутреннего сгорания. Мы уже говорили о возможных его конкурентах. Продолжим эту тему.
В шестом номере журнала «Наука и жизнь» за 1981 год была опубликована фотография необычного трактора. Место мотора у него занимал бак с множеством трубочек и проводов. Это — батарея водородно-кислородных топливных элементов или электрохимический генератор, обеспечивающий прямое преобразование химической энергии реагентов — топлива и окислителя — в электрическую с КПД даже свыше 80%.
Основу топливных элементов составляют два электрода, разделенные твердым или жидким электролитом. Топливо и окислитель подаются в полости, граничащие с электродами. На поверхности раздела электролит — электрод в присутствии катализатора происходят окислительно-восстановительные реакции, в результате которых образуются ионы, создающие на аноде избыточный отрицательный заряд, а на катоде — положительный. Если теперь замкнуть электроды на нагрузку, то в цепи появится электрический ток. Топливом здесь может служить любое вещество, реагирующее при рабочей температуре с кислородом или галогенами. Перспективны топливные элементы с прямым окислением не только водорода, но и углеводородов (в первую очередь этиловых спиртов) и азотоводородов (прежде всего, аммиака).
Серьезнейшая проблема заключалась в том, что токи, образующиеся в топливном элементе, обычно очень малы. Для «сжигания» водорода (да и многих других веществ) лучшим катализатором оказалась платина. Но даже она позволяет получить с квадратного сантиметра поверхности всего лишь миллиамперы. А нужны амперы — в тысячу раз больше. Только при таком условии «холодное горение» может конкурировать с традиционным в ДВС. Эту сложнейшую задачу удалось решить с помощью пористых электродов. Идея проста: чем пористее электрод, чем мельче поры, тем больше его внутренняя поверхность. Так, в грамме угля заключены гектары поверхности. Если бы всю ее можно было задействовать, получились бы громадные токи. Однако это очень трудно. Почему? Электрохимические процессы хорошо идут лишь там, где соприкасается жидкость, газ и твердое тело. Значит, чтобы получить большие токи, надо, казалось бы, сделать невозможное: «нашпиговать» поры электрода одновременно и газом и электролитом, которые, увы, вытесняют друг друга. Да и тут нужны оптимальные соотношения, обеспечивающие минимальные диффузионные и омические потери. И все же выход был найден. Один из вариантов решения таков. Пространство пор в электроде сделали частично гидрофильным — смачиваемым водным раствором электролита, а частично гидрофобным — несмачиваемым. Для этого смешали металлический катализатор с гидрофобным веществом, и в одни поры проникает раствор электролита, а в другие — только газ. В результате общая трехфазная граница сред стала большой, соответственно возрос и электрический ток, а КПД оказался почти втрое выше, чем у ДВС. А раз так, то теперь можно говорить и о практическом применении топливных элементов.
Другой вполне реальный в будущем конкурент ДВС — аккумуляторные батареи. У действующих от них мобильных машин упрощается конструкция целого ряда систем и механизмов, а главное — они не загрязняют окружающую среду. Электрокары давно освоили цеха заводов, птицефабрик, хранилища сельскохозяйственной продукции, наконец, образцы электромобилей можно встретить на улицах городов. От аккумуляторов могут работать и тракторы. Дело осложняется пока недостаточной емкостью аккумуляторных батарей и большой их массой. Но ученые упорно работают над преодолением этих недостатков. Возможны, как говорится, и компромиссные варианты, когда электрический двигатель комбинируют, скажем, с тепловым.
… Как бы то ни было, а строя перспективную энергетику АПК, надо думать о максимальном использовании возможностей его самообеспечения, а значит, шире привлекать возобновляемые источники энергии, смелее внедрять достижения науки и техники.