Скрытые связи

Всякая долговременная гелиоэнергетическая программа должна предполагать выработку достаточного количества жидкого топлива, которое покрывало бы потребности авиации и хотя бы отчасти – наземного транспорта. До недавнего времени это было ахиллесовой пятой солнечной энергетики.⁸³ Раньше традиционным источником возобновляемого жидкого топлива была биомасса – прежде всего я имею в виду получение спирта из перебродившего зерна или плодов. Проблема, однако, в том, что хотя биомасса и является возобновляемым ресурсом, почва, на которой она произрастает, – нет. Действительно, можно рассчитывать на получение значительных количеств спирта из специально выращиваемых культур, но масштабная спиртовая топливная программа истощит наши почвы точно так же, как истощают природные ресурсы другие виды хозяйственной деятельности человека.

В последние годы, однако, проблема жидкого топлива получила изящное решение: были разработаны высокоэффективные водородные топливные элементы. Они обещают открыть новую эру в энергетике – «водородную экономику». Водород, легчайший и наиболее распространенный во Вселенной газ, широко используется в качестве ракетного топлива. Топливный элемент представляет собой электрохимическое устройство, в котором водород соединяется с кислородом. На выходе получаются электричество, вода – и ничего более! По этой причине водород является в высшей степени чистым топливом, решающим последним шагом в длительном процессе декарбонизации.

В водородном топливном элементе происходит примерно то же, что и в обычной батарейке, с той разницей, что здесь используется непрерывный поток горючего. Молекулы водорода подаются с одного конца камеры и расщепляются при помощи катализатора на протоны и электроны. Затем эти частицы различными путями движутся к другому концу. Протоны проходят сквозь мембрану, а электроны под действием вынуждающей силы огибают ее, создавая при этом электрический ток.

Отдав свою энергию, ток достигает противоположного конца элемента, где электроны воссоединяются с протонами и возникший в результате водород реагирует с кислородом воздуха, образуя воду. Весь этот процесс является бесшумным, надежным и безотходным.⁸⁴

Водородные топливные элементы были изобретены еще в XIX веке, но до последнего времени широко не применялись (единственное исключение – американская космическая программа), поскольку были громоздкими и неэкономичными. Они требовали больших количеств платины в качестве катализатора, что делало их чересчур дорогими для массового производства. Кроме того, водород, хотя и широко распространен, должен быть выделен из воды (Н₂О или природного газа (СН₄). Технически это несложно, однако требует специальной инфраструктуры, в развитии которой при существующей экономике ископаемых топлив никто не был заинтересован.

Но в последнее десятилетие положение вещей изменилось кардинально. Успехи технологий позволили резко снизить потребные количества платинового катализатора, а благодаря остроумным «пакетным» решениям удалось создать компактные и высокоэффективные топливные элементы. Уже через несколько лет на их основе будет налажено производство электрогенераторов для наших домов, автобусов и автомобилей.⁸⁵

Сразу несколько фирм соревнуются сегодня за первенство в коммерческом выпуске домашних генераторов на топливных элементах. Тем временем правительство Исландии и ряд исландских компаний предприняли совместную попытку построения первой в мире водородной национальной экономики.⁸⁶ Исландия будет использовать свои обширные геотермальные и гидроэлектрические ресурсы для производства водорода, который предполагается применить в качестве топлива в первую очередь для автобусов, а затем для пассажирских автомобилей и рыболовецких судов. Правительство поставило целью полностью перейти на водородное топливо к 2030–2040 году.

В настоящее время наиболее традиционным сырьем для производства водорода является природный газ, однако в конечном итоге наиболее экономичным – и экологически чистым – было бы выделение его из воды при помощи возобновляемых источников энергии (в особенности фотоэлектричества и ветровых генераторов). Если этого удастся достичь, мы построим подлинно устойчивую энергетическую систему. Как и в природных экосистемах, вся необходимая нам энергия будет либо солнечной, вырабатываемой при помощи малогабаритных солнечных батарей, либо извлекаемой из водорода, чистейшего из топлив в эффективных и надежных топливных элементах.

Гиперавтомобили

Отраслью экодизайна, имеющей особенно далеко идущие последствия для промышленности, могло бы стать реконструирование автомобилей. Как это и принято в экодизайне, началось оно с анализа неэффективности существующих моделей, затем последовал длительный поиск системных и экологически ориентированных решений, и в конце концов были выработаны конструкторские идеи – столь радикальные, что они могут до неузнаваемости изменить существующую автомобильную промышленность и существенно затронуть смежные с ней нефтяную, сталелитейную и электроэнергетическую отрасли.