Horizon: Zero Dawn Guide — Расположение топливных элементов. Что такое топливные элементы

Horizon: Zero Dawn Guide — Расположение топливных элементов. Что такое топливные элементы? Топливные элементы для вождения автомобилей — это электрохимические преобразователи энергии,

Гайд Horizon: Zero Dawn — расположение топливных элементов. Что такое топливные элементы

Топливные элементы для вождения автомобилей — это электрохимические преобразователи энергии, содержащейся в топливе, непосредственно в электричество. В водородно-кислородном топливном элементе водород вступает в реакцию «холодного горения» с кислородом, в результате чего образуется вода и генерируется электрический ток. Топливные элементы не содержат движущихся частей, работают без механического трения, с низким уровнем шума и без вредных выбросов.

Содержание

Horizon: Zero Dawn Полное решение. Настоящее из прошлого Войдите в пещеру После продолжительной кат-сцены возьмите под свой контроль маленький якорь Aloy e

Уроки выживания

Собираем ягоды бальзама

На следующий день Раст начал обучать Элой. После заставки соберите отмеченные маркером ягоды.

Эти ягоды очень пригодятся в игре, особенно на высоком уровне сложности. Исследуя огромный открытый мир Horizon, не упустите шанс собрать их, они нужны для приготовления лекарств и могут восстановить ваше здоровье. Ешьте ягоды, используя крест наверху, а затем следуйте расту.

Следуй за Растом

Поднимаясь в гору, вы наткнетесь на «Рыскаров», наклонитесь и спрячетесь от них в кустах. Подождите, пока проедет всадник, затем переходите к ближайшим кустам. Пройдя по этой дороге три машины, продолжайте свое путешествие вместе с Растом.

В погоне за стадом нейтральных машин собирайте ветки и камни. Добравшись до них, бросьте камень в указанное место, чтобы Раст убил одного из рыцарей. Когда Раст убьет машину, слезьте с него и заберите детали. Получив металлические фрагменты и собрав деревянное дерево, вы можете создавать стрелы, для этого откройте меню оружия — L1 — и создайте стрелы. Как только вы создадите несколько стрел, подкрадывайтесь к машинам на холме.

После просмотра ролика воспользуйтесь программой просмотра и отсканируйте машину, чтобы обнаружить ее слабые места. У этой машины есть глаза и топливный бак сзади, цельтесь в них, чтобы убить его. Одного выстрела будет недостаточно, поэтому будьте готовы стрелять сразу же, машина также может атаковать вас в ответ, если это произойдет, используйте сальто, чтобы избежать повреждений. Победив свою первую машину, снимите с нее детали, затем бегите за Растом, чтобы помочь человеку. Человек, обратившийся за помощью, стоит за группой нейтральных машин и несколькими всадниками. Добраться до него нужно с помощью козырька, отсканировав машину, он может обозначить для вас путь машины. Прячась в кустах, дождитесь подходящего момента и двигайтесь к мальчику. Добравшись до него, нужно вынести его из опасного места. За напарника не нужно беспокоиться, машины его все равно не увидят, но вас могут найти. Вернувшись в Rust и просмотрев кат-сцену, вы познакомитесь с местной системой принятия эмоциональных решений. Эти решения влияют на поведение главного героя в определенных ситуациях, а также позволяют самому создать персонажа Элой. После этого последует видео, по его завершению вы уже перейдете к новому занятию и уже к взрослой Элой.

Совет: хищники не особо опасны, но они могут напугать вашу добычу или привлечь внимание опасных врагов. Столкновение с группой таких машин может превратиться в затяжную битву, поэтому лучше ускользнуть или вообще избежать их.

Что такое топливные элементы. Horizon Zero Dawn: где найти топливные элементы, чтобы разблокировать древний арсенал на базе космических кораблей Национального управления авиации и

. Второе топливо — «Руины»

Где и как найти второй топливный элемент — Местоположение топлива.

Первое, что нужно знать при поиске второго горючего: главная героиня уже была в этом месте, когда давным-давно пришла в негодность в детстве (в начале игры). Затем, выполнив задание «Посвящение», вам нужно будет вспомнить свое глубокое детство и снова спуститься в это место, чтобы получить второй топливный элемент.

Вот несколько изображений (скриншотов). На первом изображении показан вход в руины (красным). Внутри руин вам нужно будет достичь первого уровня — это нижняя правая область, которая будет выделена фиолетовым цветом на карте. Кроме того, там также будет дверь, которую девушка сможет открыть своим копьем.

Как только Элой пройдет через двери, поднимитесь по лестнице повыше и как можно скорее поверните направо: в глубокой юности Элой не умел пролезать через сталактиты, но теперь у него есть полезные «игрушки», которые будут справиться с любой задачей. Затем выньте копье и сломайте им сталактиты. Скоро путь будет свободен, так что остается взять топливный элемент, который стоит на столе, и перейти к следующему. Если какой-то момент прохождения неясен, ниже по порядку прилагаются скриншоты.

Топливные элементы: путешествие в будущее. Топливные элементы в Horizon Zero Dawn В Horizon: Zero Dawn вы можете найти 5 топливных элементов для миссии Ancient Arsenal, за выполнение которой вознаграждается

. Как пробраться в Древний арсенал?

Что ж, теперь остается только вернуться в Древний Арсенал и получить долгожданную награду. Если вы не помните арсенальные коридоры, взгляните на приведенные ниже скриншоты, которые помогут вам запомнить всю поездку.

Когда вы попадете в нужное место и начнете спускаться, вставьте топливные элементы в пустые ячейки. В результате включатся регуляторы, поэтому вам предстоит решить новую головоломку, чтобы открыть двери. Итак, первый регулятор должен быть направлен вверх, второй — вправо, третий — вниз, четвертый — влево, пятый — вверх. Как только вы все сделаете правильно, двери откроются, но это далеко не конец.

Далее вам нужно разблокировать блок (или держатели) брони — это еще одна простая головоломка, связанная с регуляторами, в которой вам придется использовать оставшиеся топливные элементы. Первую ручку нужно повернуть вправо, вторую — влево, третью — вверх, четвертую — вправо, пятую — снова влево.

Наконец, после всех этих долгих мучений можно будет забрать доспехи. Shield Weaver — отличное снаряжение, которое на время делает главного героя практически неуязвимым. Самое главное — постоянно следить за цветом брони — если броня светится белым, значит, все в порядке. Если он красный, щита больше нет.

Топливный элемент — это устройство для электрохимического преобразования энергии, которое химически преобразует водород и кислород в электричество. В результате этого процесса образуется вода и выделяется большое количество тепла. Топливный элемент очень похож на аккумулятор, который можно заряжать, а затем использовать накопленную электрическую энергию.
Изобретателем топливного элемента считается Уильям Р. Гроув, который изобрел его в 1839 году. В этом топливном элементе раствор серной кислоты использовался в качестве электролита, а водород использовался в качестве топлива, который соединялся с кислородом в окислительной среде. Средняя. Следует отметить, что до недавнего времени топливные элементы использовались только в лабораториях и на космических кораблях.
В будущем топливные элементы смогут конкурировать со многими другими системами преобразования энергии (включая газовые турбины на электростанциях), двигателями внутреннего сгорания в автомобилях и электрическими батареями в портативных устройствах. Двигатели внутреннего сгорания сжигают топливо и используют давление, создаваемое расширением газов сгорания, для выполнения механической работы. Батареи накапливают электрическую энергию, преобразовывая ее в химическую энергию, которая при необходимости может быть преобразована обратно в электрическую энергию. Топливные элементы потенциально очень эффективны. Еще в 1824 году французский ученый Карно доказал, что циклы сжатия-расширения двигателя внутреннего сгорания не могут обеспечить эффективность преобразования тепловой энергии (которая представляет собой химическую энергию горящего топлива) в превосходную механическую энергию до 50%. Топливный элемент не имеет движущихся частей (по крайней мере, внутри самого элемента) и поэтому не подчиняется закону Карно. Конечно, они будут иметь КПД более 50% и особенно эффективны при низких нагрузках. Таким образом, автомобили на топливных элементах должны стать (и уже доказали) более экономичными по сравнению с обычными автомобилями в реальных условиях движения.
Топливный элемент генерирует электрический ток постоянного напряжения, который можно использовать для привода электродвигателя транспортного средства, осветительных устройств и других электрических систем. Есть несколько типов топливных элементов, которые различаются используемыми химическими процессами. Топливные элементы обычно классифицируются в зависимости от типа используемого электролита. Некоторые типы топливных элементов перспективны для использования в качестве силовых установок для электростанций, в то время как другие могут быть полезны для небольших портативных устройств или для вождения автомобилей.
Щелочной топливный элемент — один из первых разработанных элементов. Они используются в космической программе США с 1960-х годов. Такие топливные элементы очень чувствительны к загрязнению и поэтому требуют очень чистого водорода и кислорода. Кроме того, они очень дороги, и поэтому маловероятно, что этот тип топливных элементов найдет широкое применение в автомобилях.
Топливные элементы на основе фосфорной кислоты могут использоваться в стационарных установках малой мощности. Они работают при довольно высокой температуре и поэтому долго нагреваются, что также делает их неэффективными для использования в автомобилях.
Топливные элементы на твердом оксиде лучше всего подходят для крупных стационарных генераторов, которые могут приводить в действие фабрики или населенные пункты. Этот тип топливных элементов работает при очень высоких температурах (около 1000 ° C). Высокая рабочая температура создает некоторые проблемы, но, с другой стороны, есть преимущество: пар, производимый топливным элементом, можно направлять в турбины для выработки большего количества электроэнергии. В целом это повышает общую эффективность системы.
Одна из наиболее перспективных систем — топливный элемент с протонообменной мембраной (PEMFC). На данный момент этот тип топливных элементов является наиболее перспективным, поскольку он может приводить в движение автомобили, автобусы и другие транспортные средства.

Химические процессы в топливном элементе

В топливных элементах используется электрохимический процесс, при котором водород соединяется с кислородом воздуха. Как и в батареях, в топливных элементах используются электроды (твердые электрические проводники) в электролите (электропроводящая среда). Когда молекулы водорода соприкасаются с отрицательным электродом (анодом), последний распадается на протоны и электроны. Протоны проходят через протонообменную мембрану (PEM) к положительному электроду (катоду) топливного элемента, производя электричество. Существует химическая комбинация молекул водорода и кислорода с образованием воды как побочного продукта этой реакции. Единственный выброс топливного элемента — это водяной пар.
Электроэнергия, производимая топливными элементами, может использоваться в электрической передаче транспортного средства (состоящей из электрического преобразователя и асинхронного двигателя переменного тока) для выработки механической энергии для привода транспортного средства. Преобразователь электроэнергии предназначен для преобразования постоянного электрического тока, вырабатываемого топливными элементами, в переменный ток, который приводит в действие тяговый двигатель транспортного средства.

Схема топливного элемента с протонообменной мембраной :
1 — анод;
2 — протонообменная мембрана (ПЭМ);
3 — катализатор (красный);
4 — катод

Топливный элемент с протонообменной мембраной (PEMFC) использует одну из простейших реакций любого топливного элемента.

Отдельный топливный элемент

Давайте рассмотрим, как работает топливный элемент. Анод, отрицательный полюс топливного элемента, проводит электроны, которые высвобождаются из молекул водорода, так что их можно использовать во внешней электрической цепи (цепи). Для этого в нем протравливаются каналы, равномерно распределяя водород по всей поверхности катализатора. Катод (положительный полюс топливного элемента) имеет протравленные каналы, которые распределяют кислород по поверхности катализатора. Он также возвращает электроны из внешнего контура (контура) к катализатору, где они могут соединяться с ионами водорода и кислорода с образованием воды. Электролит представляет собой протонообменную мембрану. Это особый материал, похожий на обычный пластик, но обладающий способностью пропускать положительно заряженные ионы и блокировать прохождение электронов.
Катализатор — это особый материал, который облегчает реакцию кислорода с водородом. Катализатор обычно состоит из порошка платины, нанесенного очень тонким слоем на копировальную бумагу или ткань. Катализатор должен быть шероховатым и пористым, чтобы его поверхность максимально контактировала с водородом и кислородом. Платиновая сторона катализатора расположена перед протонообменной мембраной (PEM).
Газообразный водород (H2) подается в топливный элемент под давлением со стороны анода. Когда молекула H2 входит в контакт с платиной на катализаторе, она разделяется на две части: два иона (H +) и два электрона (e–). Электроны проходят через анод, где они проходят через внешнее кольцо (цепь) для выполнения полезной работы (например, приведения в движение электродвигателя) и возвращаются на катодную сторону топливного элемента.
Между тем, на катодной стороне топливного элемента газообразный кислород (O 2) пропускается через катализатор, где он образует два атома кислорода. Каждый из этих атомов имеет сильный отрицательный заряд, который притягивает два иона H + через мембрану, где они объединяются с атомом кислорода и двумя электронами из внешнего контура (цепи), образуя молекулу воды (H 2 O).
Эта реакция в одном топливном элементе дает мощность примерно 0,7 Вт. Чтобы увеличить мощность до необходимого уровня, необходимо объединить множество отдельных топливных элементов, чтобы сформировать батарею топливных элементов.
Топливные элементы на основе ПОМ работают при относительно низкой температуре (около 80 ° C), что означает, что они могут быстро нагреваться до рабочей температуры и не требуют дорогостоящих систем охлаждения. Постоянное совершенствование технологий и материалов, используемых в этих элементах, приблизило их мощность к уровню, на котором батарея таких топливных элементов, занимающая небольшую часть багажника автомобиля, может обеспечивать энергию, необходимую для движения автомобиля.
В последние годы большинство крупнейших мировых производителей автомобилей вложили значительные средства в разработку транспортных средств на топливных элементах. Многие уже продемонстрировали автомобили на топливных элементах с удовлетворительной мощностью и динамическими характеристиками, хотя они были довольно дорогими.
Совершенствование конструкции таких автомобилей идет очень интенсивно.

В автомобиле на топливных элементах используется силовая установка, расположенная под полом автомобиля

Автомобиль NECAR V выполнен на базе автомобиля Mercedes-Benz A-класса, а вся силовая установка вместе с топливными элементами расположена под полом автомобиля. Такое конструктивное решение позволяет разместить в автомобиле четырех пассажиров и багаж. Здесь в качестве топлива для автомобиля используется не водород, а метанол. Метанол превращается в водород с помощью риформинга (устройства, которое превращает метанол в водород) для питания топливного элемента. Использование риформинга на борту транспортного средства позволяет использовать в качестве топлива практически любой углеводород, что дает возможность заправлять автомобиль на топливных элементах с использованием существующей сети автозаправочных станций. Теоретически топливные элементы не производят ничего, кроме электричества и воды. Превращение топлива (бензина или метанола) в водород, необходимое для топливного элемента, несколько снижает экологическую привлекательность такого автомобиля.
Компания Honda, которая занимается топливными элементами с 1989 года, в 2003 году произвела небольшую партию Honda FCX-V4 с топливными элементами с протонообменной мембраной Балларда мощностью 60 кВт и крутящим моментом 272 Нм обладает отличной динамикой, а подача сжатого водорода позволяет проехать до 355 км.

Автомобиль Honda FСX использует для движения электрическую энергию, получаемую с помощью топливных элементов
Honda FCX — первый в мире автомобиль на топливных элементах, получивший сертификат правительства США. Автомобиль сертифицирован ZEV — Zero Emission Vehicle. Honda пока не будет продавать эти автомобили, но будет сдавать в аренду около 30 единиц. Калифорния и Токио, где уже существует инфраструктура для заправки водородом.

Концепт-кар General Motors Hy Wire оснащен силовой установкой на топливных элементах

General Motors проводит обширные исследования по разработке и созданию автомобилей на топливных элементах.

Каркас автомобиля Hy Wire

Концепт-кар GM Hy Wire получил 26 патентов. Основа автомобиля — функциональная платформа толщиной 150 мм. Внутри платформы находятся водородные баллоны, силовая установка на топливных элементах и ​​системы управления транспортными средствами, в которых используются новейшие технологии проводного электронного управления. Шасси Hy Wire — это тонкая платформа, на которой собраны все основные конструктивные элементы автомобиля: водородные баки, топливные элементы, батареи, электродвигатели и системы управления. Такой подход к проектированию позволяет изменять кузов автомобиля во время эксплуатации.Компания также тестирует прототип автомобилей Opel на топливных элементах и ​​планирует строительство завода по производству топливных элементов.

«Безопасная» конструкция топливного бака для сжиженного водорода :
1 — заправочное устройство;
2 — внешний бак;
3 — опоры;
4 — датчик уровня;
5 — внутренний бак;
6 — линия розлива;
7 — изоляция и вакуум;
8 — подогреватель;
9 — крепежная коробка

BMW уделяет пристальное внимание проблеме использования водорода в качестве топлива для автомобилей. Вместе с Магной Штайер, известной своей работой по использованию сжиженного водорода в освоении космоса, BMW разработала резервуар для сжиженного водорода, который можно использовать в автомобилях.

Испытания подтвердили безопасность использования баллона с жидким водородом

Компания провела серию испытаний на безопасность объекта стандартными методами и подтвердила его надежность.
В 2002 году на Франкфуртском автосалоне (Германия) был представлен Mini Cooper Hydrogen, в котором в качестве топлива используется сжиженный водород. Топливный бак этого автомобиля занимает столько же места, что и обычный бензиновый бак. Водород в этом автомобиле используется не для топливных элементов, а в качестве топлива для двигателя внутреннего сгорания.

Первый в мире серийный автомобиль с топливным элементом вместо аккумулятора

В 2003 году BMW объявила о выпуске первого серийного автомобиля с топливным элементом — BMW 750 hL. Вместо традиционной батареи используется батарея на топливных элементах. В этом автомобиле установлен 12-цилиндровый двигатель внутреннего сгорания, работающий на водороде, а топливный элемент действует как альтернатива обычному аккумулятору, позволяя кондиционеру и другим электросетям работать, когда автомобиль находится на длительной стоянке с двигателем не бегать.

Заправка водородом осуществляется роботом, водитель в этом процессе не участвует

Эта же компания BMW также разработала роботизированные топливораздаточные колонки, которые обеспечивают быструю и безопасную заправку автомобилей сжиженным водородом.
Большое количество разработок в последние годы, направленных на создание транспортных средств, использующих альтернативные виды топлива и альтернативные силовые установки, показывают, что двигатели внутреннего сгорания, которые доминировали в автомобилях в течение прошлого века, в конечном итоге уступят место более чистым конструкциям, более экологически эффективным и тихим. Их широкое распространение в настоящее время сдерживается не техническими проблемами, а скорее экономическими и социальными проблемами. Для их широкого использования необходимо создать определенную инфраструктуру для развития производства альтернативных видов топлива, создания и распространения новых автозаправочных станций и преодолеть ряд психологических барьеров. Использование водорода в качестве автомобильного топлива потребует проблем с хранением, доставкой и распределением с серьезными мерами безопасности.
Теоретически водород доступен в неограниченном количестве, но его производство очень энергоемкое. Кроме того, чтобы перевести автомобили на водородную работу, необходимо внести два важных изменения в топливную систему: сначала перевести ее работу с бензина на метанол, а затем, на некоторое время, на водород. Решение этой проблемы займет некоторое время.

Топливный элемент №1 — Сердце материи (задание «Чрево материи)
Первый топливный элемент Элоя будет найден до того, как он войдет в полностью открытый мир. После Посвящения наша героиня окажется в Сердце Матери, священном месте племени Хора и пристанище Матриархов.

Встав с постели, Элой впоследствии пройдет через несколько комнат, и в одной из них она наткнется на запечатанную дверь, которую нельзя открыть. Осмотритесь: рядом будет вентиляционная шахта, украшенная зажженными свечами. Ты там.

Пройдя по шахте, вы окажетесь за запертой дверью. Посмотрите на пол рядом со свечами и таинственный ящик на стене — именно здесь находится топливный элемент.

Важно: если вы не соберете этот топливный элемент сейчас, вы сможете вернуться в это место только на более поздних этапах игры, после завершения миссии «Сердце Хоры».

Топливный элемент №2 — Руины
Элой бывала в этих руинах раньше — она ​​упала здесь в детстве. После прохождения Посвящения стоит вспомнить детство и вернуться сюда снова — за вторым топливным элементом.

Так выглядит вход в руины, смело прыгайте.

Вам нужен первый уровень руин, нижняя правая область, выделенная на карте фиолетовым цветом. Здесь есть дверь, которую Элой откроет своим копьем.

Пройдя через дверь, поднимитесь по лестнице и поверните направо: Элой не смогла преодолеть эти сталактиты в молодости, но теперь у нее есть спор. Снова достаньте копье и разбейте сталактиты — путь свободен, осталось взять топливный элемент, лежащий на столе.

Топливный элемент № 3 — Главный предел (установить главный предел)
Мы идем на север. В поисках истории Master Aloy’s Reach исследует гигантские руины Предтеч. На двенадцатом уровне руин спрятан еще один топливный элемент.

Вы должны не только подняться на верхний уровень руин, но и подняться немного выше. Поднимитесь на уцелевшую часть здания, пока не окажетесь на небольшой территории, открытой для всех ветров.

здесь находится третий топливный элемент. Оставалось спуститься.

Топливный элемент No. 4 — Сокровище смерти (назначение Сокровищницы смерти)
Этот топливный элемент также спрятан в северной части карты, но гораздо ближе к землям племени Хора. Элой тоже упадет сюда во время прохождения сюжетной миссии.

Чтобы добраться до стихии, Элой необходимо восстановить энергоснабжение запечатанной двери, расположенной на третьем уровне помещения.

Для этого вам нужно решить небольшую головоломку: на одном уровне под дверью находятся два блока по четыре регулятора.

Для начала разберемся с левым блоком регуляторов. Первый регулятор должен «смотреть» вверх, второй «вправо», третий «влево», четвертый «вниз».

Переходим к правому блоку. Не касайтесь первых двух ручек, третья и четвертая должны быть обращены вниз».

Поднимемся на уровень выше: вот последний блок регуляторов. Правильный порядок: вверх, вниз, влево, вправо.

Если все сделать правильно, все элементы управления поменяют цвет на бирюзовый, питание восстановится. Вернитесь к двери и откройте ее — это следующий топливный элемент.

Топливный элемент No. 5 — ГАЙЯ ПРАЙМ (задание Упавшей горы)
Наконец, последний топливный элемент — и снова в сюжете. Элой идет к руинам GAIA PRIME.

Обратите особое внимание на третий уровень. В какой-то момент перед Элой появится привлекательная пропасть, в которую можно спуститься по веревке — в этом нет необходимости.

Лучше повернуть налево и исследовать скрытую пещеру, попасть в нее можно, спустившись по склону горы.

Войдите и идите до конца. В последней комнате справа будет стойка, на которой находится последний топливный элемент.

В последнее время у всех на слуху тема топливных элементов. И это неудивительно, с появлением этой технологии в мире электроники она обрела новое рождение. Мировые лидеры в области микроэлектроники спешат представить прототипы своих будущих продуктов, которые дополнят их собственные мини-электростанции. Это должно, с одной стороны, ослабить связь мобильных устройств с «розеткой», а с другой — продлить срок службы аккумулятора.

Кроме того, некоторые из них работают на основе этанола, поэтому развитие этих технологий идет на пользу производителям алкогольных напитков — через десяток лет на заводе будут очереди «айтишников», стоящих за очередным. «доза» для своего ноутбука.

Мы не можем оставаться в стороне от «лихорадки» топливных элементов, охватившей отрасль высоких технологий, и мы постараемся понять, что это за животное, с чем его есть, когда можно ожидать, что оно появится в «общепите». « post, мы рассмотрим путь, пройденный топливными элементами от открытия этой технологии до наших дней, а также постараемся оценить перспективы их внедрения и развития в будущем.

Впервые принцип топливного элемента был описан в 1838 году Кристианом Фридрихом Шенбейном, а через год в Philosophical Journal была опубликована его статья на эту тему. Однако это были только теоретические исследования. Первый рабочий топливный элемент был выпущен в 1843 году в лаборатории ученого, уроженца Уэльса, сэра Уильяма Роберта Гроува. При его создании изобретатель использовал материалы, аналогичные тем, что используются в современных фосфорно-кислотных аккумуляторах. Впоследствии топливный элемент сэра Гроува был усовершенствован У. Томасом Грабом. В 1955 году этот химик, работавший в легендарной компании General Electric, использовал ионообменную мембрану из сульфированного полистирола в качестве электролита в топливном элементе. Всего три года спустя его коллега Леонард Нидрах предложил технологию нанесения платины на мембрану, которая служила катализатором в процессе окисления водорода и поглощения кислорода.

«Отец» топливных элементов Кристиан Шёнбейн

Эти принципы легли в основу нового поколения топливных элементов, названных в честь элементов «Грабб-Нидрах» их создателей. General Electric продолжила развитие в этом направлении, в котором первый коммерческий топливный элемент был создан при содействии NASA и авиационного гиганта McDonnell Aircraft. Новая технология привлекла внимание за рубежом. А уже в 1959 году британец Фрэнсис Томас Бэкон представил стационарный топливный элемент мощностью 5 кВт. Его запатентованные разработки были позже лицензированы американцами и использовались в космических аппаратах НАСА для электроснабжения и питьевого водоснабжения. В том же году американец Гарри Ириг построил первый трактор на топливных элементах (общая мощность 15 кВт). Гидроксид калия использовался в качестве электролита в батареях, а сжатый водород и кислород использовались в качестве реагентов.

Впервые компания UTC Power, которая предлагала системы резервного питания для больниц, университетов и торговых центров, начала производство стационарных топливных элементов для коммерческих целей. Эта компания, мировой лидер в этой области, до сих пор выпускает аналогичные решения мощностью до 200 кВт. Он также является основным поставщиком топливных элементов для НАСА. Его продукция широко использовалась во время космической программы «Аполлон» и до сих пор пользуется спросом в рамках программы «Спейс шаттл». UTC Power также предлагает «потребительские» топливные элементы, широко используемые в транспортных средствах. Впервые был создан топливный элемент, позволяющий получать ток при отрицательных температурах благодаря использованию протонообменной мембраны.

Исследователи экспериментировали с различными веществами в качестве реагентов. Однако основные принципы работы топливных элементов, несмотря на существенно разные эксплуатационные характеристики, остаются неизменными. Любой топливный элемент — это устройство для электрохимического преобразования энергии. Он вырабатывает электричество из определенного количества топлива (со стороны анода) и от окислителя (со стороны катода). Реакция происходит в присутствии электролита (вещества, содержащего свободные ионы и ведущего себя как электропроводящая среда). В принципе, в любое такое устройство попадают определенные реагенты и продукты их реакции, которые удаляются после проведения электрохимической реакции. Электролит в этом случае служит только средой для взаимодействия реагентов и не изменяется в топливном элементе. По этой схеме идеальный топливный элемент должен работать до тех пор, пока есть запас веществ, необходимых для реакции.

Топливные элементы не следует путать с обычными батареями. В первом случае «топливо» расходуется на производство электроэнергии, которую затем необходимо заправлять. В случае гальванических элементов электричество хранится в закрытой химической системе. В случае батарей подача тока позволяет протекать обратной электрохимической реакции и возвращать реагенты в их исходное состояние (т.е заряжать их). Возможны различные комбинации топлива и окислителя. Например, водородный топливный элемент использует в качестве реагентов водород и кислород (окислитель). Гидрокарбонаты и спирты часто используются в качестве топлива, тогда как воздух, хлор и диоксид хлора действуют как окислители.

Реакция катализа в топливном элементе заставляет электроны и протоны выходить из топлива, а движущиеся электроны генерируют электрический ток. В качестве катализатора, ускоряющего реакцию, обычно используют платину или ее сплавы в топливных элементах. Другой каталитический процесс возвращает электроны, объединяя их с протонами и окислителем с образованием продуктов реакции (выбросов). Обычно эти выбросы представляют собой простые вещества: воду и углекислый газ.

В обычном топливном элементе с протонообменной мембраной (PEMFC) полимерная мембрана для переноса протона разделяет стороны анода и катода. Со стороны катода водород диффундирует по анодному катализатору, из которого впоследствии высвобождаются электроны и протоны. Затем протоны перемещаются через мембрану к катоду, в то время как электроны, которые не могут следовать за протонами (мембрана электрически изолирована), проходят через внешнюю цепь нагрузки (систему питания). На стороне катодного катализатора кислород реагирует с протонами, проходящими через мембрану, и электронами, проходящими через цепь внешней нагрузки. В результате этой реакции образуется вода (в виде пара или жидкости). Например, продуктами реакции в топливных элементах, использующих углеводородное топливо (метанол, дизельное топливо), являются вода и диоксид углерода.

Почти все типы топливных элементов страдают от электрических потерь, вызванных как естественным сопротивлением контактов и топливных элементов, так и электрическим перенапряжением (дополнительная энергия, необходимая для начальной реакции). В ряде случаев полностью избежать этих потерь невозможно и иногда «игра не стоит свеч», но очень часто их можно свести к приемлемому минимуму. Решением этой проблемы является использование комплектов этих устройств, в которых топливные элементы, в зависимости от потребностей энергосистемы, могут быть подключены параллельно (более высокий ток) или последовательно (более высокое напряжение).

Типы топливных элементов

Существует множество типов топливных элементов, но мы постараемся вкратце остановиться на наиболее распространенных.

Щелочные топливные элементы (AFC)

Щелочные или щелочные топливные элементы, также называемые элементами Бэкона в честь их британского «отца», являются одной из наиболее развитых технологий топливных элементов. Именно эти устройства помогли людям ступить на Луну. Вообще, НАСА использует топливные элементы этого типа с середины 60-х годов прошлого века. AFC потребляют чистый водород и кислород для производства питьевой воды, тепла и электричества. Во многом благодаря тому, что эта технология отлично отработана, она имеет один из самых высоких показателей эффективности среди аналогичных систем (потенциал около 70%).

Однако у этой технологии есть и недостатки. Из-за специфики использования в качестве электролита жидкого щелочного вещества, не блокирующего углекислый газ, возможно, что гидроксид калия (один из вариантов используемого электролита) вступает в реакцию с этой составляющей обычного воздуха. Это может привести к образованию ядовитого соединения карбоната калия. Чтобы этого не произошло, необходимо использовать чистый кислород или очищать воздух от углекислого газа. Конечно, это сказывается на стоимости таких устройств. Однако даже в этом случае AFC являются самыми дешевыми из имеющихся сегодня для производства топливных элементов.

Боргидридные топливные элементы прямого действия (DBFC)

Этот подтип щелочных топливных элементов использует борогидрид натрия в качестве топлива. Однако, в отличие от обычных AFC, работающих на водороде, эта технология имеет существенное преимущество: отсутствие риска образования токсичных соединений после контакта с диоксидом углерода. Однако продуктом его реакции является бура, вещество, широко используемое в моющих средствах и мыле. Бура относительно нетоксична.

DBFC также можно сделать дешевле, чем традиционные топливные элементы, поскольку они не требуют дорогих платиновых катализаторов. К тому же у них более высокая плотность энергии. Подсчитано, что производство одного килограмма боргидрида натрия стоит 50 долларов, но если организовать его массовое производство и начать переработку буры, этот слиток можно уменьшить в 50 раз.

Металлогидридные топливные элементы (MHFC)

Этот подкласс щелочных топливных элементов в настоящее время активно изучается. Особенностью этих устройств является способность химически хранить водород внутри топливного элемента. Топливный элемент с прямым боргидридом имеет такую ​​же емкость, но, в отличие от него, MHFC заполнен чистым водородом.

Среди отличительных особенностей этих топливных элементов можно выделить следующие:

• возможность подзарядки от электричества;
• работать при низких температурах — до -20 ° С;
• большая продолжительность;
• быстрый холодный старт;
• возможность работать некоторое время без внешнего источника водорода (на момент замены топлива).

Несмотря на то, что многие компании работают над созданием массовых МГФУ, эффективность прототипов недостаточно высока по сравнению с конкурирующими технологиями. Одна из лучших плотностей тока для этих топливных элементов составляет 250 миллиампер на квадратный сантиметр, в то время как стандартные топливные элементы PEMFC обеспечивают плотность тока 1 ампер на квадратный сантиметр.

Электро-гальванические топливные элементы (EGFC)

Химическая реакция в EGFC происходит с участием гидроксида калия и кислорода. Это создает электрический ток между свинцовым анодом и позолоченным катодом. Напряжение, подаваемое электрогальваническим топливным элементом, прямо пропорционально количеству кислорода. Эта особенность позволила EGFC найти широкое применение в качестве устройств для мониторинга кислорода в водолазном и медицинском оборудовании. Но именно из-за этой зависимости топливные элементы с гидроксидом калия имеют очень ограниченный эффективный период работы (до тех пор, пока концентрация кислорода высока).

Первые кислородные мониторы, сертифицированные EGFC, стали доступны в больших количествах в 2005 году, но тогда не пользовались большой популярностью. Выпущенная двумя годами позже, значительно модифицированная модель была гораздо более успешной и даже получила награду за «инновации» на специализированном дайв-шоу во Флориде. В настоящее время они используются такими организациями, как NOAA (Национальное управление океанических и атмосферных исследований) и DDRC (Центр исследования болезней дайвинга).

Топливные элементы с прямой муравьиной кислотой (DFAFC)

Эти топливные элементы представляют собой подтип PEMFC с прямым питанием муравьиной кислотой. Благодаря своим специфическим характеристикам эти топливные элементы имеют большие возможности в будущем стать основным средством питания портативной электроники, такой как ноутбуки, сотовые телефоны и т.д.

Как и метанол, муравьиная кислота подается непосредственно в топливный элемент без специальной стадии очистки. Также хранить это вещество намного безопаснее, чем, например, водород; кроме того, не обязательно предусмотреть конкретные условия хранения: муравьиная кислота при нормальных температурах является жидкостью. Кроме того, эта технология имеет два неоспоримых преимущества перед топливными элементами с прямым метанолом. Во-первых, в отличие от метанола, муравьиная кислота не выходит через мембрану. Следовательно, по определению, эффективность DFAFC должна быть выше. Во-вторых, при разгерметизации муравьиная кислота не так опасна (метанол может вызвать слепоту, а при сильной дозировке — смерть).

интересно, что до недавнего времени многие ученые не рассматривали эту технологию как практическое будущее. Причиной, которая заставляла исследователей в течение многих лет «отказываться» от муравьиной кислоты, было высокое электрохимическое перенапряжение, которое привело к значительным электрическим потерям. Но результаты недавних экспериментов показали, что причиной такой неэффективности было использование платины в качестве катализатора, которая традиционно широко использовалась для этой цели в топливных элементах. После того, как ученые из Университета Иллинойса провели серию экспериментов с другими материалами, было обнаружено, что при использовании палладия в качестве катализатора производительность DFAFC выше, чем у эквивалентных топливных элементов с прямым метанолом. В настоящее время технология принадлежит американской компании Tekion, которая предлагает линейку продуктов Formira Power Pack для микроэлектронных устройств. Эта система представляет собой «дуплексную» систему, состоящую из батареи и собственно топливного элемента. Когда запас реагентов в картридже, который перезаряжает аккумулятор, заканчивается, пользователь просто заменяет его новым. Следовательно, он становится полностью независимым от «хвата». Согласно обещаниям производителя, время между подзарядками увеличится вдвое, несмотря на то, что технология будет стоить всего на 10-15% дороже обычных аккумуляторов. Единственным серьезным препятствием на пути к этой технологии может быть то, что она поддерживается средней компанией и может быть просто «подавлена» более крупными конкурентами, представляя свои технологии, которые могут даже уступать DFAFC по ряду параметров.

Топливные элементы с прямым метанолом (DMFC)

Эти топливные элементы представляют собой подмножество протонообменных мембранных устройств. В них используется метанол, который подается в топливный элемент без дополнительной очистки. Однако метиловый спирт намного легче хранить и он не взрывоопасен (хотя он легковоспламеняется и может вызвать слепоту). В то же время метанол обладает значительно большей энергоемкостью, чем сжатый водород.

Однако из-за того, что метанол может выходить через мембрану, эффективность DMFC с большими объемами топлива невысока. И хотя по этой причине они не подходят для транспорта и крупных установок, эти устройства идеально подходят для замены батарей в мобильных устройствах.

Топливные элементы с трансформированным метанолом (RMFC)

Топливные элементы с трансформированным метанолом отличаются от DMFC только тем, что они преобразуют метанол в водород и диоксид углерода перед выработкой электроэнергии. Это происходит в специальном устройстве, которое называется топливным процессором. После этой предварительной стадии (реакция проводится при температуре выше 250 ° C) водород вступает в реакцию окисления, в результате которой образуется вода и вырабатывается электричество.

Использование метанола в RMFC связано с тем, что он является естественным переносчиком водорода и при достаточно низкой температуре (по сравнению с другими веществами) может разлагаться на водород и углекислый газ. Следовательно, эта технология более продвинута, чем DMFC. Топливные элементы на переработанном метаноле более эффективны, компактны и работают при минусовых температурах.

Топливные элементы с прямым этанолом (DEFC)

Еще один представитель класса топливных элементов с протонообменной решеткой. Как следует из названия, этанол попадает в топливный элемент, минуя дальнейшую очистку или разложение на более простые вещества. Первое преимущество этих устройств — использование этилового спирта вместо токсичного метанола. Это означает, что необязательно вкладывать большие деньги в освоение этого топлива.

Плотность энергии спирта примерно на 30% выше, чем у метанола. Кроме того, его можно получить в больших количествах из биомассы. Чтобы снизить стоимость топливных элементов на этаноле, ведется активный поиск альтернативного каталитического материала. Платина, традиционно используемая в топливных элементах для этих целей, слишком дорога и представляет собой серьезное препятствие для массового внедрения этих технологий. Решением этой проблемы могут стать катализаторы из смеси железа, меди и никеля, которые демонстрируют впечатляющие результаты в экспериментальных системах.

Цинково-воздушные топливные элементы (ZAFC)

ZAFC используют окисление цинка кислородом воздуха для выработки электроэнергии. Эти топливные элементы недороги в производстве и обеспечивают довольно высокую плотность энергии. В настоящее время они используются в слуховых аппаратах и ​​экспериментальных электромобилях.

На стороне анода находится смесь частиц цинка с электролитом, а на стороне катода вода и кислород из воздуха, которые реагируют друг с другом и образуют гидроксил (его молекула — атом кислорода и атом водорода, между которым существует ковалентная связь). В результате реакции гидроксила со смесью цинка высвобождаются электроны, идущие к катоду. Максимальное напряжение, вырабатываемое такими топливными элементами, составляет 1,65 В, но, как правило, оно искусственно снижается до 1,4–1,35 В, ограничивая доступ воздуха в систему. Конечными продуктами этой электрохимической реакции являются оксид цинка и вода.

Эта технология может использоваться как в аккумуляторах (без подзарядки), так и в топливных элементах. В последнем случае камера с анодной стороны очищается и заполняется цинковой пастой. В целом технология ZAFC зарекомендовала себя как простой и надежный аккумулятор. Их неоспоримым преимуществом является возможность контролировать реакцию, только регулируя подачу воздуха в топливный элемент. Многие исследователи рассматривают воздушно-цинковые топливные элементы как будущий основной источник энергии для электромобилей.

Микробные топливные элементы (МТЭ)

Идея использования бактерий на благо человечества не нова, хотя недавно пришла к реализации этих идей. В настоящее время активно изучается проблема коммерческого использования биотехнологии для производства различных продуктов (например, производства водорода из биомассы), нейтрализации вредных веществ и производства электроэнергии. Микробные топливные элементы, также называемые биологическими, представляют собой биологическую электрохимическую систему, которая генерирует электрический ток с помощью бактерий. Эта технология основана на катаболизме (разложении сложной молекулы на более простую с выделением энергии) таких веществ, как глюкоза, ацетат (соль уксусной кислоты), бутират (соль масляной кислоты) или сточные воды. Из-за их окисления высвобождаются электроны, которые переносятся на анод, после чего генерируемый электрический ток течет через проводник к катоду.

В таких топливных элементах, как правило, используются медиаторы для улучшения проницаемости электронов. Проблема в том, что вещества, которые действуют как медиаторы, дороги и токсичны. Однако в случае использования электрохимически активных бактерий никаких медиаторов не требуется. Такие микробные топливные элементы, не содержащие медиатора, начали создаваться совсем недавно, и поэтому не все их свойства до сих пор хорошо изучены.

Несмотря на препятствия, которые MFC еще предстоит преодолеть, эта технология имеет огромный потенциал. Во-первых, «топливо» найти несложно. Более того, сегодня очень остро стоит проблема очистки сточных вод и утилизации большого количества отходов. Использование этой технологии может решить обе эти проблемы. Во-вторых, теоретически его эффективность может быть очень высокой. Основная проблема для инженеров микробных топливных элементов — это микробы, а также самый важный элемент этого устройства. И пока микробиологи, получившие многочисленные исследовательские гранты, приветствуют, писатели-фантасты тоже потирают руки в ожидании успеха книг, посвященных последствиям «публикации» неправильных микроорганизмов. Конечно, есть риск удалить то, что «переварило» не только ненужные отходы, но и что-то ценное. Поэтому в принципе, как и в случае с любой новой биотехнологией, люди опасаются носить в карманах коробку, кишащую бактериями.

Стационарные электростанции бытового и промышленного назначения

Топливные элементы широко используются в качестве источников энергии во всех видах автономных систем, таких как космические корабли, удаленные метеостанции, военные объекты и т.д. Основным преимуществом такой энергосистемы является чрезвычайная надежность по сравнению с другими технологиями. Из-за отсутствия в топливных элементах движущихся частей и каких-либо механизмов надежность топливных систем может достигать 99,99%. Кроме того, в случае использования водорода в качестве реагента может быть достигнута очень низкая масса, что в случае космического оборудования является одним из наиболее важных критериев.

В последнее время все большее распространение получают когенерационные установки, широко используемые в жилых домах и офисах. Особенность этих систем в том, что они постоянно вырабатывают электроэнергию, которая, если не потребляется сразу, используется для нагрева воды и воздуха. Хотя электрический КПД таких установок составляет всего 15-20%, этот недостаток компенсируется тем, что неиспользованная электроэнергия используется для производства тепла. В целом энергоэффективность таких комбинированных систем составляет около 80%. Одним из лучших реагентов для таких топливных элементов является фосфорная кислота. Эти системы гарантируют энергоэффективность 90% (35-50% электроэнергии и остального тепла).

Энергетические системы на основе топливных элементов широко используются на транспорте. Кстати, немцы одними из первых начали устанавливать топливные элементы на автомобили. Таким образом, первая в мире коммерческая лодка такой конфигурации дебютировала восемь лет назад. Этот небольшой корабль, получивший название «Гидра» и рассчитанный на перевозку до 22 пассажиров, был спущен на воду недалеко от бывшей столицы Германии в июне 2000 года. Водород (щелочной топливный элемент) действует как энергоноситель. Благодаря использованию щелочных (щелочных) топливных элементов, блок способен генерировать ток при температурах до –10 ° C и не «боится» соленой воды. Катер «Гидра» с электродвигателем мощностью 5 кВт способен развивать скорость до 6 узлов (около 12 км / ч).

Топливные элементы (в частности, водородные) в наземном транспорте получили гораздо большее распространение. В общем, водород долгое время использовался в качестве топлива для автомобильных двигателей, и, в принципе, обычный двигатель внутреннего сгорания можно легко преобразовать для использования этого альтернативного топлива. Однако обычное сжигание водорода менее эффективно, чем выработка электроэнергии за счет химической реакции между водородом и кислородом. И в идеале водород при использовании в топливных элементах будет абсолютно безопасным для природы или, как говорят, «экологически чистым», так как протекает химическая реакция».

правда, здесь, как и следовало ожидать, есть много замечательных «но». Дело в том, что многие технологии получения водорода из невозобновляемых ресурсов (природного газа, угля, нефтепродуктов) не так безвредны для окружающей среды, поскольку в их процессе выделяется большое количество углекислого газа. Теоретически, если для его получения будут использоваться возобновляемые ресурсы, вредных выбросов не будет. Однако в этом случае стоимость значительно возрастает. По мнению многих экспертов, по этим причинам потенциал водорода в качестве заменителя бензина или природного газа очень ограничен. Менее дорогие альтернативы уже существуют, и топливные элементы, входящие в первый элемент периодической таблицы, скорее всего, никогда не станут массовым явлением в транспортных средствах.

Производители автомобилей активно экспериментируют с водородом в качестве источника энергии. И главная причина этого — довольно жесткая позиция ЕС в отношении вредных выбросов в атмосферу. Руководствуясь все более жесткими ограничениями в Европе, Daimler AG, Fiat и Ford Motor Company представили свое видение будущего топливных элементов в автомобилестроении, оснастив свои базовые модели аналогичными силовыми установками. Другой европейский автогигант, Volkswagen, в настоящее время готовит свой автомобиль на топливных элементах. За ними не отстают японские и южнокорейские компании. Однако не все делают ставку на эту технологию. Многие предпочитают модифицировать двигатели внутреннего сгорания или комбинировать их с электродвигателями, работающими от батарей. По этому пути пошли Toyota, Mazda и BMW. Что касается американских компаний, то, помимо Ford с его моделью Focus, General Motors также представила несколько автомобилей на топливных элементах. Все эти инициативы активно поощряются многими государствами. Например, в США есть закон, согласно которому новый гибридный автомобиль, выходящий на рынок, освобождается от налога, который может составлять вполне приличную сумму, потому что такие автомобили, как правило, дороже своих аналогов с двигателями внутреннего сгорания. Это делает гибриды еще более привлекательными при покупке. Правда, пока этот закон распространяется только на модели, которые выходят на рынок до достижения уровня продаж в 60 000 машин, после чего льгота автоматически аннулируется.

Не так давно топливные элементы начали находить все более широкое применение в ноутбуках, сотовых телефонах и других мобильных электронных устройствах. Причиной тому стала быстро растущая жадность устройств, предназначенных для длительной автономной работы. Большие сенсорные экраны, мощный звук и появление в телефонах Wi-Fi, Bluetooth и других высокочастотных беспроводных протоколов также изменили требования к батарее. И хотя со времен появления первых мобильных телефонов аккумуляторы добились больших успехов с точки зрения емкости и компактности (в противном случае сегодняшние фанаты не смогли бы заходить на стадион с этим оружием связи), они все еще не могут угнаться за миниатюризацией электронные схемы или желание производителей интегрировать в свою продукцию все больше и больше функций. Еще один существенный недостаток токовых аккумуляторов — долгое время зарядки. Все это приводит к тому, что чем больше у карманного телефона или медиаплеера функций, призванных повысить автономность его владельца (беспроводной Интернет, навигационные системы и т.д.), Тем больше это устройство становится зависимым от «розетки.

К слову о ноутбуках, куда менее ограниченных в максимальных габаритах, и сказать здесь нечего. Уже давно сформировалась ниша сверхпроизводительных ноутбуков, которые отнюдь не предназначены для автономной работы, за исключением такого переноса из одного офиса в другой. И даже самый дешевый ноутбук в мире едва ли может проработать целый день без подзарядки. Поэтому очень остро стоит вопрос поиска альтернативы традиционным аккумуляторным батареям, которые были бы не дороже, а намного эффективнее. И решением этой проблемы недавно занялись основные представители отрасли. Не так давно были внедрены коммерческие топливные элементы на метаноле, массовые поставки которых могут начаться уже в следующем году.

По какой-то причине исследователи предпочли метанол водороду. Хранить метанол намного проще, так как нет необходимости создавать высокое давление или обеспечивать особый температурный режим. Метиловый спирт является жидким при температуре от -97,0 ° C до 64,7 ° C. В этом случае удельная энергия, содержащаяся в N-м объеме метанола, на порядок выше, чем тот же объем водорода высокого давления. Технология топливных элементов с прямым метанолом, широко используемая в мобильных электронных устройствах, использует метиловый спирт путем простого заполнения бака топливного элемента в обход процесса каталитического преобразования (отсюда и название «метанол прямого действия»). Это тоже существенное преимущество данной технологии.

Однако, как и следовало ожидать, все эти преимущества имели свои недостатки, которые существенно ограничивали сферу его применения. Принимая во внимание тот факт, что эта технология еще не полностью разработана, проблема низкой эффективности этих топливных элементов, вызванная «утечкой» метанола через материал мембраны, остается нерешенной. Также им не хватает впечатляющих динамических характеристик. Непросто решить, а что делать с углекислым газом, образующимся на аноде. Современные устройства DMFC не способны генерировать большое количество энергии, но они обладают высокой энергоемкостью для небольшого объема вещества. Это означает, что, хотя энергии пока доступно не так много, топливные элементы с прямым метанолом могут вырабатывать ее в течение длительного времени. Это не позволяет им из-за их низкой мощности находить прямое применение в транспортных средствах, но делает их почти идеальным решением для мобильных устройств, где время автономной работы критично.

Хотя топливные элементы для транспортных средств производятся уже давно, эти решения пока не получили широкого распространения. Есть много причин для этого. И главные из них — это экономическая несостоятельность и нежелание производителей запускать производство доступного топлива. Попытки ускорить естественный процесс перехода на возобновляемые источники энергии, как и ожидалось, ни к чему хорошему не привели. Конечно, причина резкого роста цен на сельскохозяйственную продукцию кроется скорее не в том, что ее начали массово перерабатывать в биотопливо, а в том, что многие страны Африки и Азии не могут производить достаточное количество продукции даже для удовлетворения внутреннего спроса на продукцию.

Очевидно, что отказ от биотоплива не приведет к значительному улучшению ситуации на мировом продовольственном рынке, а наоборот, может отразиться на европейских и американских фермерах, которые впервые за многие годы имеют возможность хорошо заработать. Но этический аспект этой проблемы не может быть отменен, так как заливать «хлеб» в резервуары, когда миллионы людей голодают, — это плохо. Так, в частности, европейские политики теперь будут прохладнее относиться к биотехнологиям, что уже подтверждено пересмотром стратегии перехода на возобновляемые источники энергии.

В этой ситуации микроэлектроника должна стать наиболее перспективной областью применения топливных элементов. Именно здесь топливные элементы имеют наибольшие шансы закрепиться. Во-первых, люди, покупающие сотовые телефоны, более склонны к экспериментам, чем, например, покупатели автомобилей. А во-вторых, они готовы тратить деньги и, как правило, не прочь «спасти мир». Подтверждением этого является ошеломляющий успех красной версии iPod Nano «Боно», часть выручки от продажи которой пошла на счета Красного Креста.

«Боно» — версия Apple iPod Nano

Среди тех, кто обратил свое внимание на топливные элементы для портативной электроники, есть компании, которые ранее специализировались на создании топливных элементов, а теперь просто открыли новую область своего применения, а также ведущие производители микроэлектроники. Например, компания MTI Micro, которая недавно преобразовала свой бизнес в производство топливных элементов на метаноле для мобильных электронных устройств, недавно объявила, что начнет массовое производство в 2009 году. Она также представила первое в мире устройство GPS, основанное на топливных элементах на метаноле. По словам представителей этой компании, в ближайшее время ее продукция полностью заменит традиционные литий-ионные аккумуляторы. Правда, поначалу они не будут дешевыми, но эта проблема сопровождает любую новую технологию.

Для такой компании, как Sony, которая недавно продемонстрировала свою версию устройства DMFC для питания мультимедийной системы, эти технологии являются новыми, но они серьезно намерены не теряться на многообещающем новом рынке. Sharp, в свою очередь, пошла еще дальше и недавно установила мировой рекорд удельной энергоемкости 0,3 Вт на кубический сантиметр метилового спирта с помощью своего прототипа топливного элемента. Правительства многих стран также договорились встретиться с производителями этих топливных элементов. Так, аэропорты США, Канады, Великобритании, Японии и Китая, несмотря на токсичность и горючесть метанола, отменили ранее существовавшие ограничения на его провоз в салоне самолета. Конечно, это действительно только для сертифицированных топливных элементов с максимальной емкостью 200 мл. Однако это лишний раз подтверждает интерес к данным разработкам не только со стороны энтузиастов, но и со стороны государства.

правда, производители по-прежнему стараются перестраховаться и предлагают топливные элементы в первую очередь в качестве системы резервного питания. Одним из таких решений является комбинация топливного элемента и аккумуляторной батареи: пока есть топливо, он постоянно заряжает аккумулятор, а когда он разряжается, пользователь просто заменяет пустой картридж новым контейнером с метанолом. Еще одно популярное направление — создание зарядных устройств для топливных элементов. Их можно использовать в дороге. Однако они могут заряжать батареи очень быстро. Другими словами, не исключено, что в будущем каждый будет носить такую ​​«трюмку» в кармане. Этот подход может быть особенно актуален в случае мобильных телефонов. В свою очередь, ноутбуки в ближайшем будущем могут обзавестись встроенными топливными элементами, которые, если полностью не заменят зарядку от «розетки», станут по крайней мере серьезной альтернативой ей.

Так, по прогнозам крупнейшей немецкой химической компании BASF, которая недавно объявила о начале строительства в Японии своего центра по разработке топливных элементов, к 2010 году рынок этих устройств составит 1 миллиард долларов. В то же время ее аналитики прогнозируют рост рынка топливных элементов до 20 миллиардов долларов к 2020 году. Кстати, в этом центре BASF планирует разрабатывать топливные элементы для портативных электронных устройств (особенно ноутбуков) и систем фиксированной энергии. Место расположения этой компании было выбрано не случайно. Основными покупателями этих технологий немецкая компания видит местные компании.

Конечно, не следует ожидать, что топливные элементы заменят существующую топливную систему. Во всяком случае, на обозримую перспективу. Это палка о двух концах: портативные электростанции, безусловно, более эффективны за счет отсутствия потерь, связанных с подачей электроэнергии потребителю, но также следует учитывать, что они могут стать серьезным конкурентом центральной только в энергосистеме, если для этих станций создана централизованная система подачи топлива. То есть «розетку» в конечном итоге нужно заменить трубкой, по которой необходимые реагенты будут поступать в каждый дом и в каждый уголок. И это не совсем та свобода и независимость от внешних источников энергии, о которых говорят производители топливных элементов.

У этих устройств неоспоримое преимущество в виде скорости перезарядки: они просто поменяли картридж с метанолом (в крайнем случае открывали трофей Джека Дэниэла) в камере и на два часа перепрыгнули вверх по лестнице Лувра и потребуют дозаправки каждые 2-3 дня, поэтому альтернатива в виде смены картриджа, продаваемая только в специализированных магазинах, вряд ли будет так востребована массовым пользователем даже раз в две недели в герметичную тару попадет пара сотен миллилитров топлива конечному потребителю его цена будет проблемно вырасти.

С другой стороны, сочетание традиционной подзарядки от розетки, топливных элементов и других альтернативных энергосистем (например, солнечных батарей) может быть решением проблемы диверсификации источников энергии и перехода к экологическим типам. Однако топливные элементы могут широко использоваться в определенной группе электронных продуктов. Это подтверждается тем фактом, что Canon недавно запатентовала топливные элементы цифровых камер и объявила о стратегии внедрения этих технологий в свои решения. Что касается ноутбуков, то, если топливные элементы догонят их в ближайшем будущем, скорее всего, это всего лишь резервная система питания. Сейчас, например, в основном речь идет только о внешних модулях зарядки, подключаемых помимо ноутбука.

Но у этих технологий большие перспективы развития в долгосрочной перспективе. В частности, в свете угрозы нефтяного голода, который может произойти в ближайшие десятилетия. В этих условиях важнее даже не то, насколько дешевым будет производство топливных элементов, а то, сколько топлива будет для них производиться независимо от нефтехимической отрасли и сможет ли она удовлетворить спрос.