На прошлой неделе на коммерческом рынке БПЛА появился Нарвал 2 — модернизированный квадрокоптер с водородным двигателем, оснащенный технологией топливных элементов с воздушным охлаждением, с модулем LTE и дальностью передачи сигнала в 30 км. Дрон был разработан BSHARK в партнерстве с MicroMultiCopter (MMC) — производителем первого в мире водолазного гидронасоса HyDrone 1550.
Что такое водородный топливный элемент?
Водородный топливный элемент преобразует химическую энергию, хранящуюся в водородном топливе, в электричество. Водород сам по себе не является источником энергии. Его необходимо хранить в подходящем контейнере, пока он не будет готов к использованию в топливном элементе для производства электроэнергии. Когда водород объединяется с кислородом внутри топливного элемента, а побочная вода удаляется, топливный элемент может вырабатывать электроэнергию.
Подобно батарее, топливный элемент можно использовать для питания устройств, которые используют электричество, например, дроны. Тем не менее, существуют некоторые существенные различия между батареями и топливными элементами, о которых мы поговорим ниже.
О литиево – полимерных батареях (LiPo)
Большинство коммерческих беспилотных летательных аппаратов на сегодняшнем рынке оснащены литиево-полимерными (LiPo) батареями. Батареи LiPo имеют очень высокую плотность энергии по сравнению с другими типами батарей, такими как никель-кадмиевые (NiCad) или никель-металлгидридные (NiMH) батареи. Более высокая плотность означает, что батарея LiPo может содержать больше энергии по сравнению с другой батареей того же веса, что позволяет вам увеличить мощность вашего дрона с помощью батареи, которая весит меньше. Они также могут заряжаться, для дальнейшего многократного использования.
Аккумуляторы LiPo были доминирующим источником энергии для самолетов дистанционного управления и беспилотных летательных аппаратов в течение многих лет, начиная с 1980-х годов. Но 10 Апреля 2016 года в городе Шеньчжень, Китай компания MMC представляет миру первый дрон на водородном топливе.
Водород является самым распространенным химическим веществом на Земле. Если вокруг много свободного водорода, почему создание двигателя заняло так много времени? Водород очень сложно использовать — он должен быть отделен от других элементов, храниться под давлением в стабильной среде иначе он становится взрывоопасным. Еще одно предостережение с водородными топливными элементами заключается в том, что они содержат значительное количество тепла. Учитывая, что пластик является доминирующей составляющей большинства беспилотных летательных аппаратов, генерация тепла может растопить некоторые из беспилотных аппаратов. Несмотря на эти недостатки, MCC и BSHARK нашли способы построить дроны, безопасные в использовании. В глазах этих производителей преимущества намного перевешивают минусы, когда речь заходит о системах энергоблоков водородного топливного элемента.
7 преимуществ дронов, использующих водородное топливо
1. Водород — это чистый источник энергии.
Водород — бесцветный, без запаха и нетоксичный газ, который не будет производить кислотные дожди, истощать озон или производить вредные выбросы. Когда он превращается в энергию, он имеет только один побочный продукт — воду. Это делает водород невероятно чистым источником топлива. Кроме того, водород может производить электроэнергию, а электричество может производить водород, создавая энергетическую петлю, которая является возобновляемой и безвредной для окружающей среды.
2. Водород является самым распространенным ресурсом на Земле и во всей Вселенной.
Тут и добавить нечего.
3. Водородные топливные элементы имеют более высокую плотность энергии по сравнению с другими батареями.
Топливные элементы используют воздух в течение половины своей реакции при преобразовании в энергию, создавая более высокую плотность энергии по сравнению с другими батареями. Это означает, что резервуар для водорода, прикрепленный к дрону, будет генерировать больше энергии, чем батарея LiPo того же веса.
4. Водородные топливные элементы обеспечивают более длительное время полета.
Отчасти благодаря выгоде № 3, такие дроны летают дольше, чем беспилотные летательные аппараты на LiPo батареях. В дополнение к высокой плотности энергии водорода, уникальный метод создания и выпуска энергии влияет на время полета. Традиционные батареи хранят энергию и выпускают ее по требованию, а водородные топливные элементы производят энергию только по мере необходимости. Это уникальное поведение позволило дронам на водородном топливе летать до двух с половиной часов в случае HyDrone 1550 от MCC и до двух часов с новым Нарвалом BSHARK 2. Большинство беспилотных летательных аппаратов LiPo имеют максимальное время полета 25-30 минут, но есть несколько способов продлить полётное время вашей батареи sUAS LiPo.
5. Водородные топливные элементы быстро заправляются топливом.
В прошлом водородное топливо не было доступно публике, и его все еще трудно найти. Тем не менее, BSHARK только что сделала Orca1, мобильную водородную заправочную станцию с чистотой выхода 99,999% водорода, доступную для заправки водородом дома. По сравнению со временем, которое требуется для перезарядки батареи LiPo, водородный топливный элемент можно заправлять намного быстрее всего за несколько минут.
6. Водородные дроны функционируют при низких температурах.
Водородные топливные элементы требуют постоянного присутствия кислорода, но не подвержены воздействию низких температур. Это расширяет использование беспилотных летательных аппаратов в северных и южных широтах. Возможность работать при низких температурах откроет новые горизонты для беспилотных летательных аппаратов.
7. Полеты BVLOS более достижимы с водородными дронами.
Поскольку водородные дроны имеют более длительное время полета и могут работать при более низких температурах, они более надежны для полетов вне видимой прямой видимости (BVLOS). Тем не менее, изменения в регулировании вокруг полетов BVLOS должны произойти прежде, чем мы воспользуемся всеми преимуществами беспилотных летательных аппаратов с водородным топливом.
Где еще используется водородное топливо?
Водород уже используется другими производителями транспорта. НАСА использует водородное топливо в космических кораблях. Крупные автокомпании, такие как Toyota и Mercedes, уже имеют на рынке электромобили с водородным топливом. В 2017 году UPS приступила к тестированию своих собственных грузовиков на водородной основе и в 2018 году добавила к своему парку более 700 альтернативных автомобилей. Сможет ли водород стать следующим доминирующим источником энергии? Это возможно, но до тех пор, пока водород не станет легче использовать, дроны будут продолжать использоваться преимущественно с батареями LiPo. Возможно, последний запуск BSHARK Нарвала 2 приведет к тому, что на коммерческий рынок выйдут БПЛА с принципиально новой, уникальной топливной системой.
авт. Isabella Gustave
