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.