В журнале “Наука и жизнь” № 2 за 1998 год опубликована статья “Алюминий вместо бензина”. В развитие затронутой в ней темы хотелось бы добавить следующее. По мнению экспертов, всех известных на Земле запасов нефти хватит человечеству не более чем на 50 лет. Бензин дорожает, и чем только сегодня не пытаются его заменить. И сжиженным природным газом, и всякого рода синтезированными газами и жидкостями, в частности — спиртом, который гонят из самого разного сырья: от тростника до апельсиновых корок.
Почти все эти виды топлива менее опасны для окружающей среды, чем бензин, но выхлоп автомобиля все равно не делается безвредным. Впрочем, это невозможно и в принципе: везде, где сгорает топливо, не могут не оставаться хоть какие-то не сгоревшие его компоненты и, кроме того, выделяется много углекислого газа.
Кардинально решить проблему загрязнения атмосферы автотранспортом пока мог бы разве что электромобиль, да и то при определенных условиях. Экологически чистыми должны стать не только эксплуатация источника его энергии, но и изготовление этого источника и даже утилизация отходов. А этим требованиям обычно применяемый в электромобилях аккумулятор не отвечает.
Им, правда, и вообще отвечать весьма сложно. Даже городской электротранспорт (трамвай, троллейбус), потребляющий энергию из контактной электросети, только условно можно считать экологически чистым. Ведь сама электроэнергия вырабатывается в основном на тепловых электростанциях — предприятиях, загрязняющих окружающую среду и дымовыми, и тепловыми выбросами, и шлаковыми отходами. А аккумулятор не только заряжают от той же самой электросети, но и изготавливают при помощи экологически небезвредных технологий. Да и оставляет он после выработки своего ресурса немало весьма токсичных отходов.
И все же в последние годы электромобиль применяется гораздо шире. Благодаря разработкам крупнейших автомобильных фирм мира недостатки аккумулятора — вес, габариты, необходимость частых подзарядок — несколько уменьшились. Недавно, например, германская фирма BMW продемонстрировала новый электромобиль на основе серно-натриевого аккумулятора. Для разгона этой машины с места до скорости 96 км/ч требуется, по утверждению фирмы, всего 20 секунд, максимальная скорость — 130 км/ч, а пробег между подзарядками достигает 270 км. Но массового применения в транспорте такой электромобиль не найдет, поскольку рабочая температура серно-натриевого аккумулятора составляет около 350 градусов Цельсия. И сама эта температура, и необходимость поддерживать ее во время работы аккумулятора при помощи специальных подогревателей делают его взрыво- и пожароопасным.
Куда больший интерес представляет использование энергии топливно-гальванических элементов. Особенно — воздушно-алюминиевых (см. “Наука и жизнь” № 2, 1998 г.), в которых катодом служит пористая угольно-графитовая пластина с поступающим в него кислородом воздуха, анодом — пластина из алюминиевого сплава, а электролитом, к примеру, — водный раствор поваренной соли. Электрический подзаряд такому элементу не нужен, энергию он вырабатывает сам в процессе окисления (электрохимического сжигания) металла, который служит ему “топливом”. Идет это окисление с кпд около 80%, и “сгоревший” при комнатной температуре 1 кг алюминия способен выдать во внешнюю цепь примерно столько энергии, сколько дает 1 кг каменного угля, сгорая на воздухе при очень высокой температуре.
Воздушно-алюминиевые гальванические элементы выпускаются сегодня во многих странах, в том числе и в России, где их образцы уже продаются в коммерческих магазинах. Но особый интерес проявили к этим элементам японцы, производящие их по нескольку десятков миллионов в год и намеренные в скором времени наладить у себя в стране выпуск электромобилей на алюминии.
Достоинств у таких источников электроэнергии много: и простота конструкции, и полная безопасность эксплуатации, и хорошие удельные энергетические характеристики. А недостаток, в основном, один — дороговизна анодного материала, которая определяется главным образом энергоемкостью процесса производства. Недостаток этот должен, однако, со временем уменьшаться, а благодаря последним разработкам Института металлургии имени А. А. Байкова Российской академии наук будет, вполне возможно, и вовсе устранен, и притом в самом ближайшем будущем.
Специалисты института разработали новый и весьма эффективный метод так называемых многокомпонентных химических реакций. В специально подобранной среде, обладающей одновременно ионной и электронной проводимостью, возникают при определенной температуре множественные и равномерно распределенные в объеме реактора микроэлектродные (так их называют) электрохимические реакции. С их помощью можно получать в чистом виде многие из известных элементов, в том числе — металлы, и в частности — алюминий. Это делают уже сегодня, но пока в лабораторных условиях, а в качестве сырья используют обычную грунтовую глину или любое рудное сырье, содержащее глинозем.
Оксид алюминия (основной компонент глинозема) переводят при помощи хлористого кальция в хлорид алюминия и отправляют в реактор. Туда же поступают и пары металлического натрия, который получают нагреванием соды с углем. Таким образом, в реакторе образуется раствор натрия, перемешанный с расплавом алюминия, и создаются условия для одновременного возникновения множественных окислительно-восстановительных реакций. В результате этих реакций и получается жидкий алюминий. Некоторые из таких реакций идут с выделением тепла, что, разумеется, снижает энергоемкость процесса производства. Само же производство оказывается и проще, и дешевле, чем традиционный электролиз, и к тому же гораздо чище экологически.
Если промышленности удастся освоить новую технологию получения алюминия, то и он, и его сплавы станут намного дешевле. И тогда появится дополнительный стимул не только для решения проблемы автомобильного топлива, но и для пересмотра конструкции самого автомобиля. Кузов, в частности, будет иметь каркасную конструкцию из легкого и не поддающегося коррозии материала и станет много легче. А снижение веса автомобиля непременно уменьшит энергозатраты на его движение.
