Вечный двигатель — прежде и теперь. От утопии — к науке, от науки — к утопии

Этот вариант ЭХГ, в котором T существенно меньше 100%, естественно, не привлекает «инверсионщиков». Зато другой, в котором _T 1, вызывает энтузиазм. Действительно, например, для угольно-кислородного ЭХГ G Н, поскольку энтропия в результате реакции растет вследствие подвода теплоты из окружающей среды. Здесь при той же температуре, что и в предыдущем примере, Н = -110,6 кДж/(кмоль-К), a S = 0,089 кДж/(кмоль•К). Следовательно, g = —137,2 кДж/кмоль, что больше, чем Н. Отсюда _T= 137,2/110,6 = 1,24, т. е. 124%, что намного больше 100%! Вот пример, когда «электрическая энергия, выдаваемая подобным элементом, есть в конечном счете трансформируемая энергия окружающей среды.»

Увы, это совсем не так. Вся электрическая энергия, как в этом случае, так и при _T 1, получается за счет химической энергии реагентов, а теплота (как подводимая, так и отводимая) идет на изменение энтропии реагентов. Если они уходят с меньшей энтропией, чем поступают («более организованные»), — теплота отводится, а если с большей энтропией («менее организованные») — теплота подводится.

Величины _T, к сожалению, этого не показывают, ибо коэффициенты преобразования (в том числе и термический КПД _Tне дают, в общем случае правильной информации о термодинамическом совершенстве процесса. Идеальный процесс в ЭХГ должен всегда иметь КПД ровно 100%, а не 86 или 124. Действительно, строго определяемый КПД _Tтопливного элемента должен иметь вид _e= L _ЭЛ/Е, где Е — затраченная эксергия. Поскольку в рассматриваемых примерах Т = T _О.С., то G = Н — TS равно Е = Н – T _О.С.S и _T= L _ЭЛ/G. Тогда получаем для идеального ЭХГ во всех случаях _e= 1, т. е. 100%. Реальный КПД будет, естественно, меньше 100%, поскольку L _ЭЛ L _ЭЛ.М..

^{Рис. 5.10. Диаграммы потоков энергии (а), энтропии (б) и эксергии (в) для электрохимического генератора (ЭХГ)} 

Превращения энергии в ЭХГ, проходящие с поглощением теплоты, и _T 100% вовсе не свидетельствуют ни о получении электроэнергии «за счет теплоты окружающей среды», ни о неподвластности этих «однотемпературных» устройств принципу Карно. Это наглядно видно из диаграмм потоков, представленных для этого случая на рис. 5.10.

Первая диаграмма (рис. 5.10, а) показывает ход потоков энергии; Н = H ₁— H ₂и L _ЭЛ= (H ₁+ Q _О.С.) — H ₂. Из этой диаграммы может действительно сложиться впечатление, что Lm возникает, хотя бы частично, и из Q _О.С.. Но энтропийная и эксергетическая диаграммы неопровержимо свидетельствуют о том, что дело обстоит иначе. Вся поступившая энтропия идет только на ее увеличение в реагентах (S ₂ S ₁). Безэнтропийная электроэнергия ее не уносит. Эксергетический баланс показывает, что вся эксергия, необходимая для получения электроэнергии — L _ЭЛобразуется за счет разности входящих и выходящих ее потоков. Тепловой поток при T _О.С.не имеет эксергии (E _О.С.= 0) и не добавляет в этом смысле ровно ничего.

В реальных условиях L _ЭЛ L _ЭЛ.М.вследствие потерь; для этого случая величины L _ЭЛпоказаны штриховыми линиями. Из диаграммы можно снять величины, определяющие коэффициент преобразования (термический КПД):

и эксергетический КПД:

Для идеального процесса _eравна единице; (Е' ₁+ E'' ₁) — Е ₂для реального меньше единицы, как и должно быть «по науке».

Таким образом, электрохимическое получение электричества проходит в полном соответствии со вторым началом термодинамики и никак не «концентрирует энергию окружающей среды». Напротив, реальный ЭХГ, выдающий L _ЭЛ L _ЭЛ.М., увеличивает энтропию, как и любое реальное устройство преобразования энергии (и вообще все на свете — от микроорганизма и растения до велосипедного насоса и атомной электростанции).

Этим примером мы закончим рассмотрение «избранных» проектов ppm-2. Все остальные идеи такого же рода при тщательном анализе неизбежно оказываются неработоспособными.

Постоянные неудачи, преследующие всех изобретателей ррм-2, никак не охлаждают порывов наиболее активных их сторонников; они продолжают не только отстаивать, но и развивать свои идеи.

В качестве примера полезно привести отрывок из трудов к.т.н. Н.Е. Заева, который в 1976 г. громил термодинамику [83], а потом, через 15 лет, перенес свои пророчества уже с теории на практику. Вот как он представляет себе энергетику ближайшего будущего [5.5].