Дело в химии. Как все устроено?

Однако даже если мы решим проблему транспортировки, перед нами встанет другая и еще более трудная: на Земле практически нет чистого водорода. Конечно, это наиболее часто встречающийся элемент во Вселенной, но на Земле он присутствует в связанном виде, поскольку очень легко вступает в реакции. Весь водород на Земле связан либо с кислородом, образуя воду, либо с углеродом, формируя углеводороды. Ну да, углеводороды нужны будут и для добычи водорода. Это звучит как шутка, но это не шутка: на сегодняшний день 97 % водорода производятся из угля и ископаемых углеводородов, как правило из метана, обрабатываемого водяным паром при очень высокой температуре. Реакция выглядит так:

CH₄ + H₂O → 3 H₂ + CO

Конечным продуктом этой реакции является смесь водорода и монооксида углерода, так называемый синтез-газ, обладающий высокой ценностью для промышленности и используемый в самых разных производствах, например для производства аммиака или метанола. Но он совершенно не годится для заправки автомобиля. Самое время вспомнить дорогущие электроды из платины, необходимые для работы этого двигателя. Для их дезактивации достаточно самого микроскопического количества монооксида углерода. На техническом жаргоне это звучит как «разъедание» платины монооксидом углерода – это похоже на действие свинца на катализаторы в каталитических конверторах. Чтобы получить достаточно чистый водород, годный к использованию в топливном элементе, нужно организовать весьма энергозатратный и сложный процесс очистки, состоящий из нескольких этапов, на первом из которых удаляются следы углекислого и сернистого газа, потом большая часть СО тоже превращается в углекислый газ и снова удаляется и, наконец, последние следы СО устраняются путем пропускания водорода сквозь специальные фильтры под давлением.

Этот процесс не только сущий энергетический кошмар по сути, но и основан на все тех же ископаемых ресурсах и возвращает нас туда же, откуда мы пытались уйти. А существует ли альтернатива? Не можем ли мы попытаться найти экологический способ получения водорода без сопутствующего загрязнения? Как было бы прекрасно: мы бы могли получать водород из воды, а потом, «сжигая» его в топливном элементе, возвращать обратно в воду. Прекрасный, экологичный, остроумный цикл… который противоречит термодинамике. Помните длинное-длинное вступление в самом начале раздела? Оно написано специально, чтобы вы не строили себе иллюзий относительно возможности выиграть сражение за энергию: это невозможно. Как ни эффективны были бы способы производства водорода из воды, как ни эффективны были бы методы его превращения обратно в воду, мы непременно должны будем затрачивать больше энергии для его производства, чем сможем получить от его использования. Единственный способ сделать этот процесс свободным – это найти бесплатный и изобильный источник энергии… типа Солнца. А почему бы не использовать солнечную энергию для добычи водорода из воды?

Самым эффективным способом добычи водорода из воды является процесс так называемого электролиза, в котором мы используем электрическую энергию для запуска химической реакции. Если подключить электрический ток к двум электродам, то можно создать источник энергии для разрыва одних молекулярных связей и создания других. В воде реакция выглядит так: 2 H₂O → 2 H₂ + O_2.

С помощью этого процесса можно легко получать очень чистый водород, и для этого не требуется создавать сложные системы очистки, необходимые в случае получения газа из ископаемых. Однако проблема в том, что для электролиза нужно электричество, а если мы будем брать его на электростанции на угле – мы вернемся на те же рельсы… Мы можем получать электричество и из возобновляемых источников, например солнечной энергии. Почему же не использовать солнечные батареи для получения необходимой энергии? Здесь мы выдвигаемся на самые передовые рубежи химии, поэтому пока трудно дать определенный ответ на этот вопрос, но пока энергетическая эффективность процесса электролиза слишком низка, что в настоящее время было бы намного проще и существенно дешевле использовать электроэнергию напрямую, вместо того чтобы получать водород, транспортировать его, подвергаясь риску, и сжигать в топливном элементе, чей КПД колеблется между 50 и 60 % (в то время как электрический двигатель имеет КПД 90 %).