Натриевая революция: топливные ячейки, которые очищают воздух

Современные аккумуляторы практически достигли своего предела по количеству энергии, которое они могут хранить при определенном весе. Это серьезное препятствие на пути к электрификации самолетов, поездов и кораблей. Однако исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) предложили решение, способное кардинально изменить ситуацию.

Вместо традиционной батареи разработана концепция топливного элемента. Подобно аккумулятору, он вырабатывает электричество, но его не нужно перезаряжать — достаточно заправить. В качестве «топлива» используется жидкий натрий, дешевый и широкодоступный металл, а в качестве окислителя — обычный воздух. Между ними находится твердый керамический электролит. Эксперименты показали, что такая ячейка способна хранить в три раза больше энергии на единицу веса, чем литий-ионные батареи, используемые сегодня во всех электромобилях.

«Мы ожидаем, что люди сочтут эту идею абсолютно сумасшедшей», — говорит профессор Ит-Мин Чан, руководитель исследования. «Если бы они так не думали, я был бы разочарован, потому что если идея сперва не кажется безумной, она, вероятно, не будет такой уж революционной». Потенциал у технологии действительно огромен, особенно для авиации, где вес имеет критическое значение. Прорыв в плотности энергии может наконец сделать электрические полеты реальностью.

Для практической электрической авиации необходим порог примерно в 1000 ватт-часов на килограмм, в то время как лучшие современные батареи достигают лишь 300. Новая технология способна преодолеть этот барьер, что откроет путь для региональных электрических авиаперевозок, на долю которых приходится значительная часть вредных выбросов.

Самый поразительный аспект новой технологии — ее влияние на окружающую среду. В процессе работы топливный элемент не выделяет углекислый газ. Вместо этого его «выхлоп» — оксид натрия — активно поглощает CO₂ из атмосферы. Вступая в реакцию с влагой в воздухе, он превращается в гидроксид натрия, который, в свою очередь, соединяется с углекислым газом, образуя в итоге бикарбонат натрия, более известный как пищевая сода. «Происходит естественный каскад реакций, — объясняет Чан. — Нам не нужно ничего делать, чтобы это произошло, нужно просто лететь на самолете».

Более того, если конечный продукт, пищевая сода, попадет в океан, это может способствовать снижению его кислотности, противодействуя еще одному разрушительному последствию выбросов парниковых газов. Обычно улавливание CO₂ с помощью гидроксида натрия — дорогое удовольствие, но в данном случае это побочный продукт, что делает экологическую выгоду практически бесплатной.

С точки зрения безопасности новый топливный элемент также имеет преимущества. В отличие от аккумуляторов, где два концентрированных химических реагента разделены тонкой мембраной, здесь одним из реагентов является разбавленный и ограниченный по объему воздух. Это значительно снижает риск неконтролируемой реакции в случае повреждения.

Команда исследователей уже основала компанию Propel Aero для коммерциализации технологии. Они уверены в возможности масштабирования системы, поскольку натрий, получаемый из обычной поваренной соли, является одним из самых распространенных элементов на Земле, в отличие от лития. В ближайший год планируется создать прототип размером с кирпич, способный обеспечить энергией большой беспилотник, чтобы продемонстрировать жизнеспособность концепции на практике.