Летать долго и далеко: отечественный беспилотник на водородных топливных элементах
Российские ученые и инженеры представили уникальный беспилотник на водороде, который продемонстрировал отличные результаты на испытаниях. Водород — чистый и эффективный источник энергии, который может применяться в разных сферах, в том числе в авиации. Особенно актуально использование водорода для беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), которым нужно летать долго и далеко без перезарядки.
Разработка представляет собой мультироторный конвертоплан, который сочетает преимущества самолета и вертолета. Он может взлетать и садиться вертикально, а также летать горизонтально на высокой скорости. ЛА работает от двух батарей топливных элементов, которые получают энергию из водорода. Водород хранится в баллоне высокого давления. Благодаря такой энергоустановке беспилотник может летать до 2,5 часа, перевозить до 2 кг груза и развивать скорость до 50 км/ч.
Беспилотник разработан совместно учеными Центра компетенций НТИ Федерального исследовательского центра проблем химической физики и медицинской химии РАН и молодежной лаборатории перспективной энергетики Института электродвижения МФТИ. Они рассчитывают, что их разработка будет востребована в разных сферах: от аэрофотосъемки до мониторинга и спасательных операций.
— руководитель молодежной лаборатории Дмитрий Гребцов.
Водородные топливные элементы — устройства, которые прямо преобразуют химическую энергию топлива в электрическую без промежуточных стадий сгорания или турбин. В топливном элементе происходит электрохимическая реакция между топливом и окислителем (обычно, кислородом), при которой образуется вода и выделяется электрический ток. Топливные элементы имеют высокий КПД (до 60%), не создают шума и вибрации, не требуют долгой зарядки или замены батарей, не выделяют вредных веществ, могут работать при разных температурах и давлениях. Топливные элементы — не новая, но очень перспективная технология, которая может стать одним из решений проблемы энергетической безопасности и экологии.
Водородные двигатели могут использоваться не только в авиации, но и в других видах транспорта. Например, в России успешно испытали новые водородные двигатели для сверхлегких ракет-носителей и межорбитального буксира. За рубежом также разрабатываются и эксплуатируются разные модели водородного транспорта, такие как автомобили Toyota Mirai, Hyundai Nexo, Honda Clarity, автобусы Mercedes-Benz Citaro, локомотив Alstom Coradia iLint, водный транспорт Energy Observer и др.
Разработка и применение водородных двигателей не обходится без проблем и сложностей. Одна из главных — производство, хранение и транспортировка водорода. В настоящее время большая часть водорода получается из природного газа или угля, что требует большого количества энергии и выбросов парниковых газов. Альтернативный способ — электролиз воды с использованием возобновляемых источников энергии — пока что дорогой и неэффективный. Хранение и транспортировка водорода также представляют собой сложную задачу, поскольку водород имеет низкую плотность, высокую реакционную способность и требует специальных контейнеров и инфраструктуры.
Другая проблема — высокая стоимость и низкая доступность водородных двигателей и топливных элементов. В настоящее время они значительно дороже, чем традиционные или электрические двигатели, а также требуют дорогого обслуживания и замены. Кроме того, в мире пока что мало заправочных станций для водорода, что ограничивает возможности передвижения на таком транспорте. Согласно докладу Международного энергетического агентства (МЭА), на конец 2020 года в мире было 556 заправочных станций для водорода, из них 226 в Азии, 178 в Европе, 136 в Северной Америке и 16 в других регионах. В России пока что нет водородных заправочных станций, но они планируются к появлению в 2025 году.
Разработка представляет собой мультироторный конвертоплан, который сочетает преимущества самолета и вертолета. Он может взлетать и садиться вертикально, а также летать горизонтально на высокой скорости. ЛА работает от двух батарей топливных элементов, которые получают энергию из водорода. Водород хранится в баллоне высокого давления. Благодаря такой энергоустановке беспилотник может летать до 2,5 часа, перевозить до 2 кг груза и развивать скорость до 50 км/ч.
Беспилотник разработан совместно учеными Центра компетенций НТИ Федерального исследовательского центра проблем химической физики и медицинской химии РАН и молодежной лаборатории перспективной энергетики Института электродвижения МФТИ. Они рассчитывают, что их разработка будет востребована в разных сферах: от аэрофотосъемки до мониторинга и спасательных операций.
Одно из основных преимуществ нашей разработки — потенциальная возможность работы при отрицательных температурах. Топливные элементы отличаются от других источников энергии абсолютной экологической безопасностью, поскольку в процессе работы выделяются только пары дистиллированной воды, которую можно даже пить
— руководитель молодежной лаборатории Дмитрий Гребцов.
Водородные топливные элементы — устройства, которые прямо преобразуют химическую энергию топлива в электрическую без промежуточных стадий сгорания или турбин. В топливном элементе происходит электрохимическая реакция между топливом и окислителем (обычно, кислородом), при которой образуется вода и выделяется электрический ток. Топливные элементы имеют высокий КПД (до 60%), не создают шума и вибрации, не требуют долгой зарядки или замены батарей, не выделяют вредных веществ, могут работать при разных температурах и давлениях. Топливные элементы — не новая, но очень перспективная технология, которая может стать одним из решений проблемы энергетической безопасности и экологии.
Водородные двигатели могут использоваться не только в авиации, но и в других видах транспорта. Например, в России успешно испытали новые водородные двигатели для сверхлегких ракет-носителей и межорбитального буксира. За рубежом также разрабатываются и эксплуатируются разные модели водородного транспорта, такие как автомобили Toyota Mirai, Hyundai Nexo, Honda Clarity, автобусы Mercedes-Benz Citaro, локомотив Alstom Coradia iLint, водный транспорт Energy Observer и др.
Разработка и применение водородных двигателей не обходится без проблем и сложностей. Одна из главных — производство, хранение и транспортировка водорода. В настоящее время большая часть водорода получается из природного газа или угля, что требует большого количества энергии и выбросов парниковых газов. Альтернативный способ — электролиз воды с использованием возобновляемых источников энергии — пока что дорогой и неэффективный. Хранение и транспортировка водорода также представляют собой сложную задачу, поскольку водород имеет низкую плотность, высокую реакционную способность и требует специальных контейнеров и инфраструктуры.
Другая проблема — высокая стоимость и низкая доступность водородных двигателей и топливных элементов. В настоящее время они значительно дороже, чем традиционные или электрические двигатели, а также требуют дорогого обслуживания и замены. Кроме того, в мире пока что мало заправочных станций для водорода, что ограничивает возможности передвижения на таком транспорте. Согласно докладу Международного энергетического агентства (МЭА), на конец 2020 года в мире было 556 заправочных станций для водорода, из них 226 в Азии, 178 в Европе, 136 в Северной Америке и 16 в других регионах. В России пока что нет водородных заправочных станций, но они планируются к появлению в 2025 году.
- Евгения Бусина
- Алексей Паевский, Центр компетенций НТИ
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас
Что случится с Сибирью к 2080 году: прогноз красноярских ученых и эксперта NASA
Арбузы вместо мерзлоты, большая ложка дегтя и открытый финал — в одном из самых обстоятельных исследований о будущем России...
Почти детективная история: в Ленобласти обнаружен самый большой клад серебра за всю историю
Среди находок две уникальные монеты, которых всего четыре в мире, включая, а также языческие вороны Одина… среди православных крестов...
За 320 миллионов лет Земля как минимум 4 раза опрокидывалась набок
Поразительное, но такое заваливание идет прямо сейчас. И геологи рассказали, как и почему это происходит...
Раскрыта 217-летняя тайна: искусственный интеллект взломал зашифрованное письмо Наполеона
Нейросети последних лет — это реальный прорыв: только за несколько недель было вскрыто более 30 безнадежных шифров...
Он помогал нести крест Христу: надпись на саркофаге проливает свет на библейского персонажа
2000-летний гроб был найден еще 1941 году, но ученые до сих пор не пришли к какому-то общему мнению. Почему?...
Радиационная «бомба замедленного действия» обнаружена в Чернобыле: и они до сих пор готова «взрываться»
Новые опыты покажут, каким будет зона отчуждения для следующих поколений...
Искусственный интеллект «ненавидит»… белых мужчин: новое исследование еще раз подтвердило западный тренд
Появление нейросетей значительно ухудшило положение одной из групп белого населения в Америке и Европе...
Искусственная гравитация: ученые рассказали, появится ли вообще главная фишка из фантастических фильмов в космосе
Космические инженеры знают три способа обмануть невесомость. Но пока рабочий из них только один, да и то есть нюансы...
Тайна Мертвого моря: что «кипятит» водоем изнутри, рассказали ученые
Оказалось, что в кристалликах соли скрыта история прошедших эпох...
100-летняя страшная история с черепами у древнеегипетских гробниц наконец-то прояснилась
Неожиданно оказалось, что человеческие жертвоприношения 5000 лет назад совершались совсем не так, как описано в древних табличках...
Аура цвета индиго: как появился этот феномен и кем в итоге стали уникальные дети
Их называли будущим человечества, но чуда не случилось. Разбираемся, почему так произошло...
Главный поджигатель в истории Австралии: почему ученые обвиняют капитана Джеймса Кука в постоянных мегапожарах на Зеленом континенте?
Воскрешение традиции, которую сломали британские колонизаторы, поможет «потушить» Пылающую Австралию...
Секрет марсианского «невозможного» облака-призрака наконец-то разгадан
Как оказалось, на Красной планете работает физика, которая на Земле считалась чистой теорией...
Таинственные траншеи в Австралии помогут открыть скрытые пещеры на Марсе
Равнина, которая 14 миллионов лет без воды, подсказала ученым, как расшифровывать фотографии с Красной планеты...