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

Этот вариант ЭХГ, в котором ηT существенно меньше 100%, естественно, не привлекает «инверсионщиков». Зато другой, в котором η_T > 1, вызывает энтузиазм. Действительно, например, для угольно-кислородного ЭХГ ΔG > ΔН, поскольку энтропия в результате реакции растет вследствие подвода теплоты из окружающей среды. Здесь при той же температуре, что и в предыдущем примере, ΔН = -110,6 кДж/(кмоль-К), a ΔS = 0,089 кДж/(кмоль∙К). Следовательно, Δg = —137,2 кДж/кмоль, что больше, чем ΔН. Отсюда η_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 η_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 η_T, к сожалению, этого не показывают, ибо коэффициенты преобразования (в том числе и термический КПД η_T не 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 η_T топливного элемента должен иметь вид η_e = L_ЭЛ/ΔЕ, где ΔЕ — затраченная эксергия. Поскольку в рассматриваемых примерах Т = T_О.С., то ΔG = ΔН — TΔS равно ΔЕ = ΔН – T_О.С.ΔS и η_T = L_ЭЛ/ΔG. Тогда получаем для идеального ЭХГ во всех случаях η_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 η_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; ΔН = H₁ — H₂ и L_ЭЛ = (H₁ + Q_О.С.) — H₂. 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 (S₂ > S₁). Безэнтропийная электроэнергия ее не уносит. Эксергетический баланс показывает, что вся эксергия, необходимая для получения электроэнергии — L_ЭЛ образуется 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_ЭЛ показаны штриховыми линиями. Из диаграммы можно снять величины, определяющие коэффициент преобразования (термический КПД):

и эксергетический КПД:

Для идеального процесса η_e равна единице; (Е'₁ + Eʺ₁) — Е₂ для 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].