Водка для компьютера

Разное | 27.03.2003
КОМПЬЮТЕРРА

Близок час, когда вместо подзарядки севшей батареи вашего любимого ноутбука или мобильного телефона вы просто зальете в них новую порцию обычного спирта или даже водки. Этот заветный миг становится всё ближе по мере усовершенствования батареек-ферментаторов, которые извлекают водород из органических веществ с помощью ферментативных процессов.

Обычные топливные ячейки генерируют энергию благодаря простой реакции окисления водорода кислородом: 2Н2 + О2 = 2Н2О, в результате чего образуется вода. Эффективно, экологически чисто и элегантно. Однако чистый сжиженный водород весьма взрывоопасен, да и удержать его не так просто, как обычный бензин. Поэтому альтернативным вариантом является использование в качестве источника водорода органических соединений, например, этилового или метилового спирта. Водород "снимается" с этих субстратов в ходе реакций окисления, катализируемых ферментами. Таким образом, отпадает необходимость в специальных технологиях по аккумуляции чистого водорода – он образуется тут же "на месте". По словам Боба Хокадея (Bob Hockaday), основателя компании Energy Related Devices и изобретателя батареи на метаноле, "ферменты дёшевы и в то же время высокоактивны".Себестоимость таких топливных элементов намного ниже аккумуляторов, содержащих редкие элементы вроде платины или рутения.

До сих пор важнейшим недостатком таких батареек-ферментаторов являлась быстрая деградация ферментов. Как и все биокатализаторы, последние весьма чувствительны к изменениям кислотности и температуры, поэтому до недавнего времени длительность функционирования таких биобатареек не превышала 5 суток. Первым шагом на пути решения данной проблемы было иммобилизировать ферменты на электродах вместо того, чтобы они действовали просто в растворе. Однако этот вариант так же не исчерпывал проблему, и длительность функционирования энзимов оставался слишком короткой для того, чтобы думать о каком-либо практическом применении устройств с их использованием.

Следующий и, судя по всему, удачный, шаг предприняли исследователи из Университета шт. Сент-Луис в Миссури во главе с Шелли Минтее (Shelley Minteer). Они покрыли электроды особым пористым полимером, который защищал ферменты от перепадов кислотности и в то же время не препятствовал нормальному движению взаимодействующих веществ. По словам Шелли, новый прототип проработал уже более двух месяцев и продолжает успешно функционировать.

На днях компания Toshiba представила образец топливного элемента, использующего метанол. По словам представителей компании, запаса спирта, содержащегося в картридже ёмкостью 50 кубических сантиметров должно хватить на 5 часов работы ноутбука.

При расщеплении метанола образуется вода и углекислый газ. Достижением разработчиков является то, что выделяемая вода далее повторно используется для разбавления спирта до нужной концентрации. Это позволило значительно уменьшить размеры устройства. Резервуар, содержащий метанол в 3-6%-ой концентрации, необходимой для реакции, имел бы в десять раз большие размеры. А так картриджи, вмещающие топливо, не превышают по размерам компьютерную мышь. Однако, всё устройство пока ещё достаточно громоздко (размером с кирпич).

Достижением конструкторов Toshiba является также разработка датчиков концентрации реагентов и уменьшение части устройства, где происходит ферментативное расщепление метанола благодаря интродукции нового материала. Средняя мощность прототипа – 12Вт, максимальная – до 20 Вт. Излишки энергии аккумулируются батареей.

По словам представителя компании, новые топливные элементы должны лишь ненамного превышать по размерам используемые литий-ионные батареи, а обычный интерфейс подключения обеспечит совместимость с более старыми ноутбуками.

В планах Toshiba – добиться 10-часовой работы на одной заправке. Сейчас компания занята разработкой аналогичных батарей для PDA и мобильных телефонов. Описанные топливные элементы должны появиться на рынке в начале 2004.

Шелли Минтее вместе с коллегами полагают, что более рациональным источником водорода является всё же не метанол, как в батарее Toshiba, а этиловый спирт. Одним из первых очевидных преимуществ последнего является намного большая доступность. Шелли сообщает, что созданный ними элемент вполне успешно работал на обычной водке и даже джине. Далее, этанол менее токсичен. Наконец, по словам Шелли, для ферментов, используемых в их батарее, он намного продуктивней в плане энергетического выхода. Исследовательница утверждает, что мощность их топливного элемента в 32 раза превышает таковую устройств аналогичного размера. Сейчас исследователи работают над тем, чтобы уменьшить размеры устройства. Скорее всего, это будет достигнуто за счёт компактизации матрицы, несущей ферменты.

Напоследок отмечу, что весьма своеобразный вид устройства изобрели исследователи Техасского университета в Остине, возглавляемые Адамом Хеллером. Такой аппарат может быть имплантирован под кожу или в спинномозговой канал и извлекает электроэнергию от реакции окисления глюкозы непосредственно в жидкостях организма. Энергии, вырабатываемой этой батарейкой, достаточно для того, чтобы питать датчики, например уровня сахара в крови.

Юрий Дзюбан