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
Спасти планету сможет… африканский червь
В Кении найдено насекомое с удивительными способностями....
Ученые раскрыли тайну сигнала, после которого началось самое мощное извержение в истории
Разгадка оказалась потрясающей во всех смыслах....
«Орешник», «Бук» и «Тополь»: искусный нейминг от российских военных конструкторов
Наука как сбить Запад с толку....
80 000 лет жизни: какие тайны скрывает самое древнее и большое существо на планете?
Залог невероятного долголетия и удивительного выживания обнаружили учёные....
Раскрыт секрет идеального женского тела?
Оказывается, дело вовсе не в соотношении талии и бедер....
«Запрещенные» опыты на орбите помогли «взломать» сразу несколько законов природы
Американские биохакеры признались, зачем на МКС выращивают крошечные человеческие мозги....
Саблезубый котёнок томился во льдах Якутии 35 тысяч лет
Благодаря находке стало известно, что сородичи пушистика обитали в столь холодных местах....
Ученая вылечила свой рак вирусами собственного производства
Если человек хочет жить — медицина бессильна....
Эти «красные монстры» вообще не должны существовать
Что узнали астрономы о трех невозможно огромных галактиках....
Почти бессмертные существа помогут человечеству покорить глубокий космос
Ученым, наконец, удалось «взломать» код поразительной живучести тихоходок....
Разгадано учеными: почему города разрушают сердце и разум
Причины, которые нашли исследователи, вас удивят....
Ещё один одинокий: в Балтийском море обнаружен дельфин, который может говорить только сам с собой
Совсем как старый вдовец, которого давно не навещали близкие....
Турбулентность отменяется! А пилоты-люди вообще будут не нужны
Искусственный интеллект может в корне изменить авиацию....
Эксперты предсказывают: к концу века из-за изменения климата ежегодно будут гибнуть миллионы
Почему США и Западная Европа могут заплатить самую высокую цену?...
Надеялись на Беса: древние египтянки при беременности хлебали галлюциногенные смеси
Думали, что божок с двусмысленным для нас именем убережёт....
Большой мозг — не значит самый умный
Последнее исследование собак показало парадоксальные результаты....