В раздельном существовании топлива и кислорода запасено некоторое количество эксергии. Если провести реакцию окисления обратимо, с помощью идеального топливного элемента, мы не уменьшим этого первоначального количества эксергии. Если же мы сожжем топливо, то эксергия уменьшится. Насколько? Это зависит от температуры получившихся газов. В топке котла температура бушующего факела достигает 1500–1800 °C, а температура пара перед турбинами в лучшем случае достигает всего 600 °C. Теплообмен с перепадом в 900— 1200 °C — вот второй источник потерь в котле. А в общей сложности котел «пожирает» около половины эксергии. Теперь мы новыми глазами можем взглянуть на тепловые машины. Эксергия показывает нам, что всюду, где существуют большие перепады температур, таятся источники потерь: в котлах, в цилиндрах двигателей внутреннего сгорания, между нагретыми газами и охлаждаемыми водой стенками цилиндра, в камерах сгорания газовых турбин. Теперь нам нетрудно понять, сколь расточительно и убыточно печное отопление: при сгорании дров температура 800 °C, а в комнате надо поддерживать 25 °C. Не удивительно, что тепловые насосы имеют немалые перспективы на будущее.
Эксергетический анализ подсказывает и пути устранения потерь в тепловых машинах: разницу температур между теплообменивающимися средами надо всемерно уменьшать. Можно, например, подогревать воздух, идущий в камеру сгорания, за счет выхлопных газов. Тогда перепад температур между факелом и воздухом получится меньше, следовательно, КПД увеличится. Такой прием называют регенерацией. Впервые примененный в прошлом веке шотландцем Стирлингом и шведом Эриксоном, этот способ нашел широкое применение в паровых и газотурбинных установках. Но наибольший успех выпал на долю двигателей Стирлинга и Эриксона с регенераторами в наши дни. Оказалось, что такие двигатели в принципе имеют такую же экономичность, как и двигатели Карно. Однако они не требуют чрезмерно высоких давлений, сравнительно невелики и легки, и именно поэтому к ним во многих странах проявляется повышенный интерес.
Итак, эксергия позволила устранить противоречия и трудности, с которыми столкнулись, говоря о КПД тепловых машин.
Но всюду, где полезное действие основано на использовании необратимости, КПД теряет смысл. Академик А. Харкевич, кажется, первый обратил внимание на серьезные противоречия в понятии КПД. «Чем больше размышляешь о классическом определении КПД, — писал он в 1964 году, — тем больше недостатков в нем находишь. Величина КПД по определению меньше единицы. Это значит, что некоторую долю энергии мы всегда теряем. Единственное, на что годится КПД с его фальшивой универсальностью, — это характеризовать величину потерь… Но КПД никогда не характеризует полезного действия». В самом деле, человеку нужна не энергия сама по себе, а ткани, пища, книги, материалы и т. д., которые с помощью энергии можно получить. Изготовление этих и многих других полезных предметов и вещей возможно только благодаря необратимости. А обратимый мир, будучи чрезвычайно благоприятным местом для получения, преобразования и передачи энергии, не предоставляет никаких возможностей для потребления этой энергии. В нем не могут работать никакие устройства, полезное действие которых основано на необратимости. Для реальных ткацких, бумагоделательных, печатных и других станков нет идеального прототипа, их не с чем сравнивать и потому невозможно оценивать с помощью КПД.
Наш реальный необратимый мир гораздо богаче возможностями, чем мир идеальный, обратимый. И именно поэтому сфера приложимости КПД по необходимости ограничена. Есть в живой природе множество удивительных устройств, которые именно благодаря необратимости происходящих в них процессов позволяют живым существам слышать, видеть, осязать окружающий мир. Есть в технике приборы, позволяющие увидеть, к примеру, инфракрасное, ультрафиолетовое или рентгеновское лицо мира. Есть, наконец, устройства, в которых необратимость позволяет проще и надежнее решить проблемы, головоломные для обратимого мира. Эти устройства бессмысленно оценивать с помощью КПД. Но в энергетике, в преобразовании различных форм движения эксергетический КПД незаменим.