Химический источник энергии, называемый "топливный элемент", осуществляет прямое преобразование энергии топлива в электрическую (с высоким КПД -- 70-85%) без процессов горения и вредных выбросов, присущих традиционным источникам энергии. Лучшим топливом для топливных элементов считается водород, но на практике используются также природный газ, спирты (метанол, этанол), продукты газификации угля, переработки сточных вод и биомассы. При размещении энергоустановок на базе топливных элементов вблизи потребителей "бросовое" тепло может быть использовано для обогрева (аналогично ТЭЦ).

Впервые идея создания источников энергии на основе топливных элементов была сформулирована немецким ученым В. Освальдом в 1894 году. В 30-х годах немецкий исследователь Э. Бауэр создал лабораторный прототип топливного элемента. Опубликованная в 1947 году монография советского ученого Оганеса Карпетовича Давтяна "Проблема непосредственного превращения химической энергии топлива в электрическую" оказала существенное влияние на интенсификацию работ в развитых странах мира по созданию топливных элементов. В 1958 году в Англии Ф. Бэкон создал кислородно-водородную установку. В США с 1955 года К. Кордеш разрабатывал низкотемпературные топливные элементы с угольными электродами и платиновыми катализаторами.

Созданные в США водородные топливные элементы впервые были применены в космических аппаратах "Джемини", "Аполлон", "Шаттл. В 80-х годах объем разработок по топливным элементам в США, Канаде и Японии возрос, в основном применительно к большой

стр. 72

энергетике. В 90-х годах зарубежные страны-лидеры интенсифицировали работы по созданию стационарных электрических станций большой мощности на базе топливных элементов.

Недавний технологический прорыв в области топливных элементов и технологические ноу-хау США сделали экономически приемлемым использование в стационарных, передвижных и портативных энергоустановках топливных элементов, которые ранее применялись в космических аппаратах. В промышленно развитых странах интенсивно внедряются системы на базе возобновляемых источников энергии переменного циклического действия (ветряной, солнечной, приливной, геотермальной) с целью получения водорода для топливных элементов.

В настоящее время применяются шесть видов топливных элементов.

AFC -- щелочной топливный элемент (Alkaline fuel cell), рабочая температура -- 50-100?С; применялся в космических аппаратах.

PAFC -- фосфорнокислый топливный элемент (Phosphoric Acid fuel cell), рабочая температура -- 200?С; применяется в ТЭЦ средней мощности.

Для AFC и PAFC в качестве окислителя используется, как правило, чистый кислород, в качестве реагента - водород.

PEFC или PEMFC -- твердополимерный топливный элемент или топливный элемент на протоннообменной мембране (Polymer Electrolyte fuel cell или Proton Exchange Membrane fuel cell), рабочая температура -- 50-100?С; применяется в автотранспорте и ТЭЦ малой мощности.

DAFC или DMFC -- прямой алкогольный топливный элемент или прямой метанольный топливный элемент (Direct Alcohol fuel cell или Direct Methanol fuel cell), рабочая температура -- 50-100?С; применяется в автотранспорте и ТЭЦ малой мощности, портативных устройствах.

В качестве горючего для DAFC, помимо водорода, могут быть использованы метанол и этанол. Преимуществом PEFC и DAFC перед AFC и PAFC является возможность применения кислорода из воздуха.

MCFC -- расплавкарбонатный топливный элемент (Molten Carbonate fuel cell), рабочая температура -- 600?С; применяется в ТЭЦ высокой мощности.

SOFC -- твердооксидный топливный элемент (Solid Oxide fuel cell), рабочая температура -- 500-1000?С; применяется в ТЭЦ любой мощности.

MCFC и SOFC называются высокотемпературными топливными элементами. При использовании "бросового" тепла на обогрев воды и помещений КПД ТЭЦ на таких топливных элементах достигает 80-85%.