Los Alamos mieste New Mexico valstijoje, visai netoli nuo tos
vietos, kur gimė pirmoji atominė bomba,
fizikas Bobas Hockaday kuria kur kas taikingesnį energijos šaltinį:
konstruoja ilgaamžę bateriją, kuri gali
sukelti tikrą perversmą nešiojamų
elektronikos prietaisų srityje.
Kol tai įvyks, gali praeiti keletas metų, tačiau Hockaday yra
įsitikinęs, kad po to tradicinės baterijos
ir akumuliatoriai pradės po
trupučiuką dingti iš akiračio. Jo tyrimų
objektas yra miniatiūriniai kuro elementai.
Šios mažytės "elektrinės", kurių idėja
atsirado dar prieš 160 metų, greitai galės savaičių savaites maitinti jūsų
mobilųjį telefoną, nešiojamą ar
kišeninį kompiuterį.
"Mes siekiame sukurti tokius kuro elementus mobiliajam
telefonui, kad jų energijos pakaktų ne
mažiau kaip vienam mėnesiui", sako
Hockaday, mokslinių tyrimų
kompanijos Energy Related Devices įkūrėjas ir
vienas iš pradininkų šioje mokslo
srityje. Jis tikisi, jog pirmieji kompanijos gaminami kuro elementai pasirodys
rinkoje maždaug po metų. Ir jis nėra
vienintelis. Elektronikos milžinai Samsung, Toshiba
ir Motorola taip pat paspartino veiklą tų savo programų,
kuriomis siekiama tokio pat tikslo.
Karštligiška skuba kilo todėl,
kad tradiciniai mobiliųjų telefonų
energijos šaltiniai - ličio jonų
akumuliatoriai - pasižymi labai jų vartotojus
erzinančiais trūkumais. Kiekvienas,
turintis mobilųjį telefoną ar
nešiojamąjį kompiuterį, žino, kad
akumuliatoriai nusenka pačiu netinkamiausiu momentu ir kad po to tenka
prietaisą kelias valandas laikyti įjungus į
tinklą, kad šis vėl pradėtų veikti.
Nešiojamųjų prietaisų galimybėms plečiantis,
ta problema gali tiktai dar labiau paaštrėti.
Skystoji energija
Miniatiūriniai kuro elementai galėtų geriausiai išspręsti šią
problemą. Kaip ir visi kuro elementai, jie
veikia, gamindami elektros energiją,
išsiskiriančią vandeniliui jungiantis su
deguonimi. Tačiau jų pirminis kuras
nėra vandenilis. Vandenilį sunku saugoti ir gabenti, todėl jis nėra patogus
kuras, o mobiliuose telefonuose, kurių svarbiausias privalumas yra
nedidelis tūris, visai nepraktiškas.
Tradiciškai ši problema yra sprendžiama vandenilio
išskyrimui naudojant tokias medžiagas kaip
metanolis. Bet šiuo atveju lieka dar nemažai sunkumų.
"Reformuojančiajai" reakcijai, kurios metu metanolis
ir vanduo virsta vandeniliu ir anglies dvideginiu, būtina atskira nemaža
reakcijos kamera, tačiau ir joje reakcija vyksta, geriausiu atveju, esant 250
oC.
Miniatiūriniai kuro elementai, maitinami mažyčių ampulių su metanoliu, greitai pakeis jūsų telefono ir nešiojamo kompiuterio akumuliatorius.
Pastaraisiais metais mokslininkams pavyko sukurti kuro
elementų klasę, vadinamą tiesioginiais
metanolio kuro elementais DMFC (Direct Methanol Fuel
Cell), kuriuose platininis katalizatorius padeda išskirti
vandenilį iš metanolio jau kambario temperatūroje ir kuriems nereikia
specialios kameros. Todėl DMFC yra laikomas tuo išradimu, kurio dėka bus
galima pradėti gaminti miniatiūrinius kuro elementus.
Šių metų pradžioje
Miunchene įsikūrusi nauja kompanija Smart
Fuel Cell (SFC) pademonstravo, jų teigimu, patį mažiausią pasaulyje tiesiogį
metanolio kuro elementą. DMFC yra pusplytės dydžio ir sveria 2
kilogramus. Bandymų metu jis 8 valandas gamino 40 W elektros galią, tam
sunaudodamas 175 ml ampulėje buvusį metanolį. Tokio elektros energijos
kiekio pakanka, kad vienu metu veiktų nešiojamas kompiuteris,
spausdintuvas ir mobilusis telefonas. Neseniai kompanija pranešė sukūrusi tokios pat
galios dvigubai mažesnį ir dvigubai
mažiau sveriantį elementą, o jo
lauko bandymus ruošiamasi pradėti kitais metais. SFC technologijų kūrimo
šefas Jensas Miuleris įsitikinęs, kad,
pradėjus masinę kuro elementų
gamybą, jų kaina neviršys panašaus dydžio
ličio jonų akumuliatoriaus kainos.
DMFC yra pranašesnė už
ličio jonų akumuliatorius tuo, kad
mobiliųjų prietaisų nebetenka dažnai ir
ilgai įkrauti. Jeigu nešiojamame kompiuteryje ar mobiliajame telefone
baigiasi energija, pakanka įstatyti naują
metanolio ampulę ir jis veiks toliau. Kuro elementai leidžia išvengti ir kai
kurių kitų ličio jonų
akumuliatoriams būdingų trūkumų: jų galia
neišsisklaido, kai prietaisas yra išjungtas, be
to, jų efektyvumas nesumažėja laikui
bėgant.
Nežiūrint visų šių labai
patrauklių savybių, miniatiūriniai kuro
elementai dar negali pakeisti ličio akumuliatorių. Viena priežasčių yra
ta, kad žmonės dar neturi garantijų,
jog galės nesunkiai įsigyti metanolio
ampulių. Įsivaizduokite situaciją:
baigėsi kuras, o niekur aplinkui nematyti tiekėjo. Kol metanolio ampulės
pasidarys taip lengvai prieinamos, kaip senieji AA tipo akumuliatoriai,
turės praeiti dar daug laiko. O šiandien kiekvienas, kuris nutarė pradėti
naudoti nešiojamąjį SFC kuro
elementą, privalės užsisakyti metanolio
ampulių siuntas paštu arba nuvykti į
kompaniją. "Paskirstymas yra didelė kliūtis,
bet mes ją įveiksime", sako Miuleris.
Mažesni ir pigesni
Be jau minėtos, yra ir kitų
kliūčių. Viena rimčiausių vis dar yra
galios tankis - galia, kurią galima gauti iš šaltinio tūrio arba masės
vieneto. Mobiliesiems prietaisams šis parametras labai svarbus, nes nuo to
priklausys bendras daikto dydis ir svoris. Kuo didesnis yra galios tankis, tuo
mažesnis ir lengvesnis bus prietaisas.
"Nesu įsitikinęs, jog kuro
elementai tiks šiandieniniams mobiliesiems telefonams", sako Londono
Imperial College Energetinės politikos ir energijos gavimo technologijos
centro vadovas Davidas Hartas.
"Techniškai labai sunku pagaminti tokius
mažus kuro elementus, kad jie tilptų į
mobilųjį telefoną ir turėtų tokį pat
galios tankį, kaip ir normalūs
akumuliatoriai".
Problema nėra vien tik galios tankis. Ličio jonų akumuliatorius gali
pagaminti 150 vatvalandžių kiekvienam akumuliatoriaus masės
kilogramui, tuo tarpu SFC kuro elementai gali ir 160. Tačiau prie elemento tūrio ir
jo masės reikia pridėti ir kuro talpos
tūrį bei masę, o todėl itin mažų
komponentų, turinčių tokį pat galios
tankį kaip ir akumuliatoriai, pagaminti nebepavyksta.
Kitas sudėtingas klausimas yra kuro talpų kaina. Nors
didmeninėje prekyboje metanolio kaina yra
kokie 10 JAV centų už litrą, jis yra
pavojingas, koroziją sukeliantis
chemikalas, todėl nebus pigus jo saugojimas.
Už 250 ml ampulę gali tekti mokėti
apie 3 dolerius. Palyginus su telefono įkrovimo kaina, tai yra nemaža suma.
DMFC elementams taip pat reikia deguonies, be to, jie gamina
šilumą ir CO2, taigi, prireiks geros
ventiliacijos. Bėda ta, kad mobilieji telefonai daug laiko būna įgrūsti į kelnių
kišenes ar įvairius krepšius. "Tokia
aplinka labai nepalanki prietaiso darbui", - sako Miuleris. Hockaday
irgi sutinka, kad tai yra nemaža problema: "kuro elementai privalo kvėpuoti".
Kita svarbi aplinkybė - elementai geriausiai veikia tuomet, kai
juose esantis skystas kuras teka savaime. Be to, elementuose bus judančių
dalių, kurias gali pažeisti stuktelėjimai
ar smūgiai, o juos mobiliesiems telefonams dažnai tenka patirti. Negana
to, Hartas yra įsitikinęs, kad
miniatiūriniams kuro elementams teks patirti
atkaklų ličio akumuliatorius gaminančių kompanijų pasipriešinimą.
Akumuliatoriai vis tobulėja, o jų
gamintojai yra labai suinteresuoti iš šios technologijos gauti kuo didesnės
naudos ir tiktai tada pereiti prie kuro elementų.
Problemos yra didelės, bet tikrai ne neįveikiamos. Hockaday jau
dabar pasiruošęs atsakyti į kai kuriuos
klausimus. Paskutinysis jo sukurtas DMFC yra kredito kortelės dydžio ir
formos, o tai, jo nuomone, rodo, kad įmanoma padaryti ir tokius kuro
elementus, kurie tilptų į mobilųjį telefoną. Jis
tvirtina sugebėjęs atsisakyti bet kokių
judančių dalių. Hockaday naudoja
ampules, per kurių akytą paviršių
metanolis difunduoja į elementą.
Elemente pasigaminęs vanduo yra pašalinamas iš jo, pasitelkus kapiliarumo
reiškinį. Tokį kuro elementą galima
laikyti bet kokioje padėtyje ir jis veiks.
Pirmąkart Hockaday ruošiasi pritaikyti savo naująją technologiją
mobiliųjų telefonų pakrovikliuose,
kuriuos bus galima prisitvirtinti prie diržo. "Tai bus hibridinė koncepcija",
aiškina jis. "Jūs vis dar naudositės
ličio akumuliatoriumi, kurį įdėjus į
futliarą, jis bus nuolat kraunamas".
Šio prietaiso prototipas, kurį
išbandė Hockaday laboratorija, maitino mobilųjį telefoną ištisus šešis
mėnesius be pertraukos.
Didesnės galios variantai
Įtikinti gamintojus, kad
pradėtų montuoti kuro elementus į
mobiliuosius telefonus, gali būti sudėtinga,
tuo tarpu kuro elementų taikymas nešiojamuose kompiuteriuose yra kur
kas patrauklesnis. Nešiojamieji kompiuteriai jau spėjo pagarsėti neilga
savo akumuliatorių darbo trukme, o naujausiems jų modeliams energijos
reikia dar daugiau, nes juose yra ir bevielis Internetas, ir daug energijos
suryjantys ryškesni spalviniai displėjai. Miuleris sako, kad kuro elementai
galėtų bent penkis kartus pratęsti
varganas dvi veiklos valandas, kurių galima tikėtis iš dabartinių
akumuliatorių.
SFC kuria nešiojamiems kompiuteriams hibridinę bateriją,
kurioje bus ir kuro elementai. "Tarp kuro elemento ir nešiojamo kompiuterio
yra daug bendro", - sako Miuleris. Pavyzdžiui, nešiojamuose
kompiuteriuose greitai turėtų atsirasti aušinimo
sistemos, nes išsiskirianti šiluma labai
padidina kompiuterio suvartojamą
galią. Tos sistemos galės aušinti ir kuro
elementus, kurie gali įkaisti iki 70
oC.
Bet, Harto nuomone, teks įveikti nemažai ne techninio
pobūdžio barjerų. "Rimtu išbandymu
realiame pasaulyje taps tai, ar jums bus leista pasiimti kuro elementus į lėktuvo
saloną. Šiuo metu jokia oro linija
nesutiks, kad į jų lėktuvus būtų
įsinešama metanolio. Jeigu kompiuterio
nebus galima įsinešti į lėktuvą, niekas jo
nepirks".
Miuleris sutinka su tuo, bet teigia, kad laikui bėgant pavyks
susitarti. "Mes jau gavome oficialų
Tarptautinės oro transporto asociacijos
leidimą mūsų kapsulių pervežimui bagažo
skyriuje, o dabar siekiame, kad būtų
leista jas pasiimti ir į salonus". Jis
pažymi, kad metanolis nėra degesnis už
kai kuriuos kvepalus, žmonių perkamus oro uostų parduotuvėse, ir kad
salone nedraudžiama turėti žiebtuvėlius.
Visos šios kliūtys yra gana rimtos, tačiau noro jas įveikti irgi
netrūksta. Ypač, kai kalbama apie
trečiosios kartos mobiliuosius telefonus.
Telekomo kompanijos investavo į 3G sistemas milžiniškas sumas. Šios
sistemos jau pasirodė Japonijoje. Tiesa, čia
jos buvo sutiktos be didesnio entuziazmo: svarbiausias trūkumas yra tas, kad,
iki telefono akumuliatoriaus nusėdimo, vartotojas gali juo naudotis vos
20-40 minučių. Naujieji telefonai
siuntinėja didelius duomenų kiekius beveik
dešimtį kartų sparčiau už dabartinius
telefonus. "Visi didieji Japonijos gamintojai, tarp kurių
NEC, Sony ir Toshiba, 3G telefonams jau kuria kuro
elementus", sako Hartas. Miniatiūriniai
kuro elementai 3G telefonams galėtų būti pats tinkamiausias energijos
šaltinis.