Беседа о самом необыкновенном в мире веществе

Энергетика большая и малая

Электрохимические источники тока к концу прошлого века почти полностью потеряли свое значение как источники электроэнергии. Они не могли конкурировать с промышленными электростанциями. И все же ученые вынуждены были вернуться к ним, заняться их изучением и совершенствованием. Этого требовала жизнь. Переносной радиоаппаратуре были нужны автономные (не связанные с электрической сетью) источники питания, надежные и удобные. В таких источниках нуждается транспорт — самолеты, автомобили, а теперь и космические корабли. В 30—40-е годы для этих целей были созданы десятки типов гальванических элементов и аккумуляторов, достаточно мощных и энергоемких.

Но как бы ни были совершенны гальванические элементы и аккумуляторы, конкурировать с электрогенераторами они не в силах, если можно воспользоваться электроэнергией от сети. Поэтому наметилось совершенно четкое деление способов выработки и потребления энергии: в так называемой большой энергетике электрическая энергия вырабатывается на электростанциях и распределяется по сетям к потребителю; в малой энергетике применяют автономные, малогабаритные, но и относительно маломощные источники электроэнергии для питания аппаратуры, которая не может быть присоединена к электросети. И в том и в другом случае электроэнергию получают за счет химической энергии окисления топлива. В электрохимических источниках тока превращение происходит прямо и непосредственно, с большим к.п.д. Тепловым электростанциям, как уже говорилось, свойственно многоступенчатое превращение энергии, к.п.д. их невысок. Создается парадоксальное положение: большая энергетика отдает предпочтение не простому и выгодному электрохимическому методу, а сложному и неэффективному многоступенчатому превращению.

Парадокс этот вызван прежде всего экономическими соображениями. В котельных тепловых электростанций сжигают дешевое природное топливо; в электрохимических же источниках тока издавна использовали такие экзотические (с экономической точки зрения) виды «топлива», как цинк, магний, свинец или в лучшем случае железо. Ясно, что никакой высокий к.п.д. не окупит расходов на такое «топливо». Кроме того, тепловая энергетика пользуется даровым окислителем — кислородом воздуха, а электрохимические источники тока требуют в качестве окислителей все ту же «экзотику», например двуокись марганца, а иногда даже окись серебра.

Второй существенный недостаток электрохимических элементов — прерывистодть их действия. В элемент заложен определенный запас активных материалов («топлива» и «окислителя»), рассчитанный на выработку какого-то количества электрической энергии. Запас израсходован, и элемент надо заменять другим или перезаряжать. Тепловая же машина работает непрерывно, топливо и окислитель подводят к ней также непрерывно.

Как же преодолеть эти противоречия? Очевидно, надо подумать над тем, как применить электрохимический метод к обычному топливу и как сделать процесс непрерывным. Если бы все это удалось, расход топлива на производство электроэнергии сократился бы в полтора, а то и в два раза.