Химия человека. Как железо помогает нам дышать, калий – видеть, и другие секреты периодической таблицы - Анья Рёйне

Бензин отлично подходит для транспорта. Перемещаясь, мы сжигаем бензин, а когда мы выключаем двигатель, энергия остается в бензобаке до следующей поездки.

Моей машине бензин не нужен. Свою энергию она хранит в батарее. По аналогии с нефтью и бензином, батарея хранит энергию, сжимая атомы, вполне готовые образовать друг с другом связи. Энергия высвобождается, когда им дают возможность вступить в реакцию с теми элементами, которые им больше нравятся. Из всех имеющихся у нас на выбор элементов наиболее охотно отдает свои электроны литий. Благодаря этому огромное количество энергии передается во время химических реакций, в которых принимает участие литий, а так как литий – легкий элемент, лучшие на сегодняшний день батареи делаются на основе лития – их называют литий-ионными батареями. Атомы называют ионами, когда у них не столько же электронов, сколько протонов в ядре, а во время химических реакций в батарее литий постоянно сохраняет дополнительные электроны.

Литий – довольно распространенный в земной коре элемент, однако в минералах он встречается весьма редко. Сегодня почти половина всего лития в мире добывается из породы в Австралии, а оставшаяся половина – из морской воды в Аргентине и Чили. По оценкам, при современных темпах производства запасов лития хватит на 1200 лет, однако по-прежнему необходимо провести немало исследований, чтобы обнаружить лучшие месторождения лития и найти наиболее эффективный способ добычи^[275].

В заряженной литиевой батарее ионы лития образуют связи с углеродом. Когда я завожу свой электромобиль, я разрешаю ионам лития переместиться от углерода к кобальту. Так как кобальт и литий – очень хорошие друзья, во время этого процесса выделяется много энергии^[276]. Кобальт – дорогостоящий элемент, и хорошо бы заменить его чем-то менее редким, но его свойства столь уникальные, что найти ему более удачную альтернативу сложно.

Вокруг добычи кобальта тоже ходит дурная слава. Сегодня почти половина кобальта поступает на мировой рынок из Конго – значительную его часть добывают очень примитивными методами^[277]. Примерно 100 000 работников – многие из них дети – выкапывают кобальт лопатами и кирками, никаких мер безопасности нет, в тоннелях, расположенных на глубине десятков метров под землей. Мне не нравится мысль, что подобным образом сделали и мою машину.

Между подзарядками батареи я могу довольно долго ехать на своей машине, а поэтому машина весьма тяжелая. Килограмм батарей содержит намного меньше полезной энергии, чем килограмм бензина. Так как атомы углерода такие мелкие и легкие и их связывают друг с другом прочные связи, из одного килограмма молекул углерода высвобождается очень много энергии. А поскольку энергия из бензина высвобождается в тот момент, когда углерод вступает в реакцию с кислородом – а он повсюду в воздухе вокруг нас, – нам не нужно занимать место и брать с собой кислород в топливном баке. В моей машине со мной едут и углерод, и кобальт. Если исследователям удастся сделать батареи, в которых литий реагирует с содержащимся в воздухе кислородом вместо кобальта в твердой форме, возможно, в килограмме батарей окажется почти столько же энергии, сколько в килограмме бензина^[278]. Тогда грузоподъемность и дальность перевозок электрических самолетов и грузовиков и без кобальта окажутся такой же, как у современных версий с использованием ископаемых.