Dron Narwhal 2 s vodíkovým pohonom od spoločnosti BShark
Vodíkové drony dosahujú väčšiu výdrž a sú ekologickejšie
Drony už dávno nie sú len pomocníkom na vytváranie pekných videí z vtáčej perspektívy. Vďaka technologickému vývoju nachádzajú využitie v poľnohospodárstve, kartografii, stavebníctve, zdravotníctve a mnohých iných odvetviach. Vedci a vývojári reagujú na požiadavky trhu zlepšovaním technologických vlastností UAV zariadení a ich uspôsobením pre nové situácie a činnosti. Veľkou výzvou je však otázka doletu a výdrže dronov, a taktiež spôsob a rýchlosť ich nabíjania. Odpoveďou na tieto limity môže byť vodík.
Prečítajte si tiež: BVLOS – Technológia zajtrajška
Batérie verzus vodíkové palivové články
Momentálne je drvivá väčšina dronov poháňaná elektromotormi cez LiPo batérie. Tie dokážu udržať stroj vo vzduchu desiatky minút, potom je však nutné ich dobiť, čo trvá relatívne dlhý čas. Použitie vodíkových palivových článkov zvyšuje energetickú efektívnosť prístroja a zároveň znižuje čas potrebný na jeho dobitie. Vedci hovoria až o trojnásobne dlhšej výdrži pri rovnakej nosnosti, čo umožňuje dronom vykonávať aj náročnejšie misie. Vodíkové palivové články majú väčšiu energetickú hustotu ako batérie LiPo, čo znamená, že rovnaká hmotnosť môže generovať viac energie. Preto môžu vodíkové drony zostať vo vzduchu oveľa dlhšie ako drony napájané z batérií LiPo.
Zrejme prvý vodíkový dron vyrobený na komerčné použitie bol uvedený na trh iba v roku 2016. Išlo o model HyDrone 1800, ktorý vytvoril čínsky výrobca Micromulticopter Aero Technology (MMC). Tento karbónový dron s nosnosťou 5kg je extrémne odolný, ľahký a navrhnutý na použitie v najťažších podmienkach.
Francúzka technologická spoločnosť Thales taktiež navrhla vodíkový dron pre priemyselné použitie. Počas skúšobného testu dosiahol stroj vytrvalosť 2 hodiny bez dobitia s dobou dotankovania vodíkových článkov menšou ako jedna minúta. Okrem skrátenia času medzi letmi vodíkový dron podával konzistentný výkon počas každého testu, čo nie je normou bežných systémov napájaných z batérie.
Myšlienkou použitia vodíkových palivových článkov pre UAV sa začali v posledných rokoch zaoberať aj ďalší výrobcovia dronov a postupne vznikali aj nové spoločnosti venujúce sa vývoju a produkcii vodíkových článkov. Jednou z nich je aj britská spoločnosť Intelligent Energy, ktorá vyrába veľmi ľahké vodíkové palivové články s vysokou hustotou, ktoré sa používajú najmä v projektoch vyžadujúcich dlhší letový čas.
Vlastnosti UAV s vodíkovými článkami
Medzi najväčšie benefity, ktoré ponúkajú drony s vodíkovými palivovými článkami patria:
- Predĺžený čas činnosti a dlhší dolet (až 3x väčší ako pri dronoch s LiPo batériami pri rovnakej hmotnosti)
- Môžu lietať vo vyšších nadmorských výškach (malé IC motory nepracujú dobre vo vyšších nadmorských výškach, kde je vzduch redší a chladnejší)
- Poskytujú čistejší zdroj paliva ako LiPo a iné alternatívy
- Palivové články neprodukujú žiadne emisie a znižujú alebo eliminujú náklady na likvidáciu lítiovej batérie
- Doplnenie vodíkových článkov je rýchle a ľahké – zvyčajne to trvá asi päť minút
- Vodíkový dron poskytuje rovnomerný výkon počas každého letu, čo neplatí pre systémy napájané z batérie
Použitie vodíkových palivových článkov pre drony so sebou prináša aj viaceré výzvy. Pri výrobe elektrickej energie z vodíkových článkov sa uvoľnuje veľké množstvo tepla. Hovoríme o dostatočne vysokých teplotách na to, aby sa roztavili plastové komponenty použité v bežnom drone. Ďalším obmedzením je cena, keďže tieto technológie sú stále pomerne nové. To súvisí aj so samotnou výrobou vodíkových palivových článkov a ich distribúciou, ktorá závisí od toho, do akej miery si vodíkové drony nájdu svoje pevné miesto na trhu.
Využitie vodíkových dronov
Pravdou je, že takmer každé odvetvie, ktoré v súčasnosti drony používa, by mohlo mať úžitok z toho, že dron má väčšiu výdrž. Dlhšie lety sú efektívnejšie a vyššia účinnosť znamená nižšie celkové náklady. Stúpajúci trend vývoja a predaja vodíkových dronov na seba naväzuje nové a nové firmy, ktoré vylepšujú vlastnosti týchto prístrojov, rozširujú ich možnosti a vďaka konkurencii sa postupne stávajú dostupnejšie. Výhody UAV s vodíkovými palivovými článkami už objavili viaceré odvetvia:
Poľnohospodárstvo
Drony sa v poľnohospodárstve používajú pre zber leteckých údajov užitočných na zlepšenie výnosu plodín, lokalizáciu miest postihnutých škodcami, zisťovanie vodného stresu rastlín a taktiež pre aplikáciu postrekov. Ak sa tieto činnosti vykonávajú na veľkých plochách, je veľkou výhodou, keď dron dosahuje väčšiu výdrž.
Lesníctvo
Podobne ako v poľnohospodárstve, vodíkové drony môžu byť použité aj v lesníctve. Dokážu pokryť obrovské rozlohy pôdy a identifikovať potenciálne problémové oblasti. Schopnosť udržať dron vo vzduchu dlhšie v rámci jednotlivých letov pri zbere leteckých údajov znižuje celkový čas misie a zvyšuje celkovú efektivitu.
Pátranie a záchrana
Pri pokuse o nájdenie nezvestnej osoby sa počíta každá jedna minúta. Okrem dlhších letových časov môžu záchranári profitovať z použitia vodíkových dronov pri vysokohorských misiách, v ktorých LiPo drony lietať nemôžu.
Inšpekcie elektrického vedenia
Elektrické vedenie sa tiahne dlhé kilometre. Čím dlhšie môže dron zostať vo vzduchu, tým rýchlejšie môže byť vykonaná kontrola.
Námorné misie
Dlhší dolet vodíkových dronov môže byť rozhodujúci aj pri námorných operáciách. Juhokórejská spoločnosť Doosan Mobility Innovation potrebovala vyriešiť projekt inšpekcie plynovodu pre nemenovanú americkú spoločnosť. Doosan nasadil oktokoptéru na vodíkový pohon, ktorá dokázala preletieť počas jednej dvojhodinovej misie takmer 50 míľ, čo by nebolo možné dosiahnuť s dronom poháňaným LiPo batériami.
Dodávka tovaru
Dôležitým mílnikom na trhu s UAV zariadeniami, ako aj na poli U-Space a distribúciou dronových služieb, bude preprava tovaru. K Amazonu, ktorý plánuje pre distribúciu tovaru využiť drony, sa pridávajú ďalšie veľké reťazce ako napríklad Wallmart. Vodíkové drony by sa vďaka dlhšej dobe prevádzky a ďalším vlastnostiam mohli stať súčasťou tohto rozvíjajúceho sa odvetvia.
Letecké taxi
Nielen v leteckej komunite zarezonoval projekt spoločnosti Alaka´i s názvom Skai. Ich prototyp leteckého taxi eVTOL na vodíkový pohon sa môže pochváliť obrovským doletom až 400 míľ. Stroj môže byť v prevádzke 4 hodiny a má miesto pre 5 pasažierov vrátane pilota. Tieto parametre bolo možné dosiahnuť aj vďaka použitiu vodíkových článkov, ktoré ponúkajú až 10-násobok energetickej ekektívnosti než lítiové batérie a tiež rýchle tankovanie. Okrem samotného dronu má spoločnosť ambíciu vytvoriť celý prepravný systém a súvisiace služby v rámci konceptu leteckej taxi služby.
Ako fungujú vodíkové palivové články
Palivové články pre drony fungujú ako elektrochemické zariadenia, ktoré premieňajú chemickú energiu z palív a oxidantov bez spaľovania na elektrickú energiu. Existuje viacero typov vodíkových palivových článkov, pre drony sa však používa najmä riešenie založené na protónovo-výmennej membráne označenej aj skratkou PEM. Výhodou týchto článkov je to, že dokážu pracovať pri nižších teplotách a dosahujú vyšší výkon.
Budúcnosť vodíkových dronov
Nesporné výhody vodíkového pohonu a celosvetový trend využívania dronov v priemysle a službách predpovedá vodíkovým dronom svetlú budúcnosť. Otázkou zostáva, ako sa táto technológia vysporiada s problémami efektívnosti výroby vodíkových článkov, chýbajúcou infraštruktúrou a ako obstojí v porovnaní s konkurenčnými technológiami elektrického pohonu. Už teraz je však možné konštatovať, že vodíkové drony zásadne zmenia pohľad na možnosti využitia UAV na celom svete.
PODOBNÉ PRÍSPEVKY
Prečítajte si našu reportáž o konferencii DRONTEX 2023, ktorá sa uskutočnila v októbri v Piešťanoch a spojila odborníkov na bezpilotné technológie z krajín V4!
Konferencia DRONTEX 2023 sa uskutoční 18-19. októbra v Piešťanoch. Okrem odborných prezentácií zameraných na dronové služby a bezpečnosť podujatie ponúkne výstavu dronov a priestor pre networking.
Použitie dronov pri monitoringu plochých striech nielen šetrí čas a prostriedky, ale zároveň prináša aj presnejšie výsledky. Viac o zapojení dronov pri odhaľovaní poškodení striech sa dozviete v našom článku pripravenom s partnerom našej asociácie - spoločnosťou NDN Tech.