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
Поделили Москву на «зоны влияния»: генетики рассказали, как живут крысиные «народы» столицы
Почему московские грызуны оказались «неуязвимыми мутантами» и зачем им реки для жизни?...
3700-летний вирус, спрятанный в средневековых книгах, только что убил 500 тысяч животных
Сколько еще патогенов дремлет в библиотечных хранилищах Европы и России, точно не скажет ни один ученый...
Куда делась атомная бомба Гитлера? Физики увидели то, что упустили историки
Ученые подчеркивают: многие из громких мифов 1940-е годов, скорее всего, не выдержат проверки реальными фактами...
Самая известная мумия Южной Америки снова «заговорила»: последние ее месяцы были очень мрачными
Археологи говорят: именно на этой жестокой практике держалась вся империя инков...
Супервспышка-1947: тогда Земля избежала триллиона бомб. Но успокоилось ли Солнце?
Астрофизики говорят, что нам очень повезло со звездой. Но шансы на глобальную катастрофу все-таки есть...
Карта 1587 года и Ноев ковчег: почему место совпало с раскопками на Арарате?
Длина «судна», кстати, тоже совпала, и это не может не настораживать...
«Выстрел» прямо в Землю: астрономы обнаружили черную дыру, выбрасывающую струю в сторону нашей планеты
Ученые рассказали, как это поможет разгадать важную космическую тайну...
Не хуже Тутанхамона: почему сокровища забытых цариц из Ассирии поразили ученых?
Особенно загадочной оказалось гробница II, причем ее тайна до конца не раскрыта и по сей день...
Черная смерть — двигатель прогресса: как эпидемия чумы в корне поменяла ход истории в Европе
Неожиданно: книгопечатание, отмена крепостного права, раскол западного христианства — это лишь немногие последствия пандемии...
Астрономы поймали сигнал из космоса: пришельцы или помеха?
И почему главная проблема в том, что мы мастерски сами себе мешаем за пределами Земли?...
Тихий океан стал вести странно: молодая вода быстро стареет, а старая, наоборот, молодеет. В чем причина?
Особенно страдает северная часть океана. Но и есть хорошая новость...
Что будет с Азовским морем? Российские ученые просчитали четыре варианта развития событий
Исследователи объяснили, почему при любом раскладе море не будет прежним. Но каким тогда?...
Таинственные пещерные иероглифы в Мексике раскрывают давно потерянную письменность
Оказалось, что разгадки лучше всего искать не в городах, а на склонах гор в глуши...
Земля... это космическая марионетка: оказалось, что Солнце и Луна могут трясти планету сутками
Сейсмологи рассказали, что наблюдения за космическими приливами, поможет предсказывать мегаземлетрясения, цунами и даже извержения вулканов...
Кита лечили тем, от чего обычно умирают: этот эксперимент изменил медицину
Одиннадцатилетняя белуха угасала от неизлечимой болезни, и тогда ученые пошли на рискованные опыты...
В морском льду Антарктиды протаяла дыра площадью с Португалию. Теперь ученые знают, почему
Эксперты говорят: сбой ледового ритма опасен для Мирового океана и планеты в целом...