 |
 |
 |
 |
|
 |
 |
252
генератором, дающим электрический ток. В МГД-генераторе энергия электропроводящей
низкотемпературной плазмы напрямую преобразуется в электрическую. Предполагается, что
комбинация МГД-генератора с обычной теплоэлектрической системой позволяет получить КПД
до 65%. Работы по практическому применению МГД-генераторов ведутся с конца 50-х гг. XX в.
Однако пока достигнут КПД не выше 40%, поэтому они не нашли широкого промышленного
применения.
Проблемы прямого преобразования энергии
Прямое преобразование химической энергии в механическую, происходит, например, при
мышечной деятельности живых существ. Подобное превращение удалось испытать в
лабораторных условиях: синтезирована пластмассовая пленка, которая под влиянием щелочей
растягивается вдвое и увеличивается в объеме в 8 раз, а под действием соляной кислоты
сокращается. В результате такой деформации пленка может совершать полезную механическую
работу. Для возбуждения процессов сжатия и расширения в лабораторных моделях применялись
коллогенные белковые волокна в сочетании с растворами солей различных концентраций.
Прямое преобразование химической энергии в электромагнитную происходит в созданных
сравнительно недавно химических лазерах, в которых атомы возбуждаются за счет энергии
химических реакций. Однако КПД такого преобразования очень низок. Приведенные способы
прямого преобразования энергии не являются примером промышленного производства энергии.
Производство электроэнергии на тепловых станциях осуществляется по классической схеме:
химическая энергия топлива
–> тепловая энергия –> механическая энергия –> электроэнергия.
При прямом преобразовании химической энергии в электрическую повышается КПД и экономятся
материалы. Поэтому по мере истощения ископаемых энергоресурсов и ужесточения требований к
экологической чистоте энергетических установок и транспорта, как одного из основных
потребителей энергоресурсов вклад химических источников электроэнергии с прямым
преобразованием в общие ресурсы энергии с течением времени будет возрастать. Предполагается,
что производство автомобилей с электрохимическими источниками энергии существенно
возрастет уже в ближайшем столетии (рис.9.5).
Примеры широко применяемых устройств прямым преобразованием энергии известны давно.
Это и батареи для карманного фонарика, и различного рода аккумуляторы. В предложенных
сравнительно недавно топливных элементах также происходит прямое преобразование
химической энергии в электрическую. Принцип их действия аналогичен принципу действия
электрохимических элементов. Однако электроды топливных элементов служат катализаторами и
не принимают непосредственного участия в выработке электроэнергии. Например, в
водородкислородном топливном элементе топливо окисляется на аноде, высвобождая электроны
(рис. 9.6). В результате между анодом и катодом возникает разность потенциалов. Анод
изготовли-вается из пористого никелькерамического сплава с включением никелевых частиц, а
катод – из того же сплава с включениями частиц серебра. Из 1 кг водорода в водородкислородном
элементе можно получить энергии в 10 раз больше, чем при сгорании 1 кг бензина в двигателе
внутреннего сгорания. В таком элементе образуется вода, а не вредные выхлопные газы. Почему
же они широко не внедряются и не приходят на смену бензиновым двигателям? Ответ на данный
вопрос включает пока нерешенные проблемы, связанные с ценой и надежностью. Во-первых,
водород должен быть дороже бензина не более чем в 10 раз, чтобы успешно с ним конкурировать.
Во-вторых, несмотря на оригинальные предложения по накоплению водорода в некоторых