Τα μικροσκοπικά στοιχεία καυσίμου θεωρούνται από πολλούς σαν η φορητή πηγή ενέργειας του μέλλοντος. Η πυκνότητα ενέργειας που συγκεντρώνουν είναι πολύ μεγαλύτερη από των καλύτερων σημερινών μπαταριών και το μόνο υποπροϊόν τους είναι το νερό. Ομως, η επανάσταση στις μικρού μεγέθους πηγές ενέργειας δε θα έρθει πριν από το δεύτερο μισό της τρέχουσας δεκαετίας, όταν, όπως υπολογίζουν οι ερευνητές, θα είναι έτοιμα τα στοιχεία καυσίμου για την τρίτη γενιά κινητών τηλεφώνων, τους φορητούς υπολογιστές, τους υπολογιστές παλάμης και άλλες φορητές ηλεκτρονικές συσκευές. Τα σημερινά στοιχεία καυσίμου απέχουν ακόμα αρκετά από το να μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τέτοιες χρήσεις.

Τα στοιχεία καυσίμου είναι απλές συσκευές που μοιάζουν στις μπαταρίες. Και οι δύο παράγουν ηλεκτρική ενέργεια με μετατροπή της χημικής ενέργειας. Και οι δύο χρησιμοποιούν ηλεκτρόδια (μια άνοδο και μια κάθοδο) που είναι βυθισμένα σε έναν ηλεκτρολύτη. Τα στοιχεία καυσίμου όμως χρησιμοποιούν υδρογόνο ή μόρια υδρογονανθράκων για την παραγωγή ηλεκτρισμού, ενώ οι μπαταρίες τα ίδια τα ηλεκτρόδια (που διαβρώνονται και περνάνε σαν ιόντα μέσα στον ηλεκτρολύτη).

Τα στοιχεία καυσίμου περιέχουν έναν ειδικό ηλεκτρολύτη πολυμερούς, ή έναν υγρό ηλεκτρολύτη, που επιτρέπει στα ιόντα να περάσουν αλλά εμποδίζει τα ηλεκτρόνια. Τα περισσότερα μικροσκοπικά στοιχεία καυσίμου χρησιμοποιούν έναν στερεό ηλεκτρολύτη που ονομάζεται μεμβράνη ανταλλαγής πρωτονίων (PEM). Το δύσκολο μέρος στην κατασκευή των φορητών στοιχείων καυσίμου είναι να βρεθεί ο κατάλληλος τρόπος για την εξαγωγή της ενέργειας. Δεν μπορεί να γίνει απλή σμίκρυνση των συνήθων στοιχείων καυσίμου (όπως αυτά που χρησιμοποιεί το αμερικανικό Διαστημικό Λεωφορείο). «Καθώς το στοιχείο καυσίμου μικραίνει σε μέγεθος, τα τεχνολογικά προβλήματα πολλαπλασιάζονται, απαιτώντας μια δύσκολη ισορροπία ανάμεσα στην παροχή αρκετής ενέργειας και στην ευκολία, με παράλληλη ελαχιστοποίηση του μεγέθους και του κόστους», λέει ο Κ. Ντάιερ, ερευνητής και εκδότης ειδικού περιοδικού για πηγές ενέργειας.

Το πρόβλημα δεν είναι το ενεργειακό περιεχόμενο. Ενα κιλό υδρογόνου μπορεί να δώσει από 1 έως 23 κιλοβατώρες ενέργειας, όταν οι καλύτερες μπαταρίες λιθίου κυμαίνονται σήμερα από 0,175 ως 0,300 κιλοβατώρες. Ομως τα σημερινά μικροσκοπικά στοιχεία καυσίμου με δυσκολία φτάνουν τις 0,1 κιλοβατώρες. Αν και μερικοί ερευνητές χρησιμοποιούν υδρογόνο αποθηκευμένο χημικά σε ειδικά δοχεία, οι περισσότεροι προτιμούν τη μεθανόλη, ένα φτηνό και διαδεδομένο καύσιμο. Η διάσπαση της μεθανόλης σε ιόντα υδρογόνου είναι μια αργή χημική αντίδραση και γι' αυτό περιορίζει την ισχύ των στοιχείων.

Ο λευκόχρυσος και το ρουθήνιο χρησιμοποιούνται συνήθως σαν καταλύτες, αλλά αυτά τα στοιχεία είναι ακριβά και έτσι η χρήση τους πρέπει να είναι η ελάχιστη δυνατή. Αλλα προβλήματα είναι η διαρροή καυσίμου μέσα από τη μεμβράνη, η μεγάλη αύξηση της θερμοκρασίας μέσα στο στοιχείο, η κατακράτηση της υγρασίας και η διάβρωση της PEM από τη μεθανόλη. Για να αποφύγουν αυτή τη διάβρωση, οι ερευνητές αραιώνουν τη μεθανόλη με νερό, μειώνοντας ακόμα περισσότερο την απόδοση ενέργειας.

Το τελικό εμπόδιο είναι η εξασφάλιση ότι τα μικρού μεγέθους στοιχεία καυσίμου θα μπορούν να κατασκευάζονται με χαμηλό κόστος. Μερικοί επέλεξαν την κατασκευή τους με τεχνικές ολοκληρωμένων κυκλωμάτων, αλλά η ισχύς αυτών των στοιχείων καυσίμου είναι πολύ μικρή. Για να αποφύγουν το πρόβλημα με την PEM, άλλοι ερευνητές στρέφονται προς τον υγρό ηλεκτρολύτη και φτηνούς καταλύτες πολυμερών. Μάλιστα, στην περίπτωση αυτή μπορεί να χρησιμοποιηθεί σαν καύσιμο και η αιθανόλη (οινόπνευμα). Φανταστείτε να αδειάζει η μπαταρία του κινητού σας και το μόνο που θα χρειάζεται να κάνετε είναι να στάξετε μια μικρή ποσότητα καθαρού οινοπνεύματος (μερικοί θα σκεφτούν και ποτά όπως η βότκα ή το τσίπουρο) μέσα στο ειδικό δοχείο της συσκευής. Στην υγειά σας...