Топливные элементы

Шум Л.А., руководитель доц.. Никифорова Н.А.

Национальная металлургическая академия Украины

Топливный элемент – это электрохимическое устройство, которое осуществляет прямое превращение энергии топлива в электричество, минуя малоэффективные, идущие с большими потерями, процессы горения. Естественным топливным элементом является митохондрия. Митохондрия окисляет горючее (углеводы, белки, жиры) до углекислого газа и воды, создавая разность электрических потенциалов на своих мембранах. Создание искусственной митохондрии, окисляющей сахар, является важнейшей инженерной задачей. Большинство элементов выделяет при работе то или иное количество тепла. Это требует создания сложных технических устройств для утилизации тепла (паровые турбины и пр.), а также организации потоков топлива и окислителя, систем управления отбираемой мощностью, долговечности мембран, отравления катализаторов некоторыми побочными продуктами окисления топлива и других задач. Но при этом высокая температура процесса позволяет производить тепловую энергию, что существенно увеличивает КПД энергетической установки. В качестве топлива наиболее привлекательным является водород, у которого самая большая удельная теплота сгорания и экологически чистый продукт сгорания – вода, но очень низкая плотность и высокая химическая активность. Существует также проблема получения и хранения водорода. Во-первых, он должен быть достаточно чистым, чтобы не произошло быстрого отравления катализатора, во-вторых, достаточно дешёвым, чтобы его стоимость была рентабельной для конечного потребителя. Наиболее рациональным топливом являются углеводы (сахар) или его производные (этанол) или углеводороды (жидкие и твердые). Выделяемый углекислый газ должен участвовать в общем цикле дыхания планеты, не превышая предельно допустимых концентраций.