Nowe ogniwa paliwowe – nowe możliwości dla bezzałogowych statków powietrznych
Projekt SUAV (Microtubular solid oxide fuel cell power system development and integration into a mini-UAV) wspiera europejską inicjatywę Czyste niebo. Jego celem było opracowanie dostępnych w przystępnej cenie komponentów, które pozwoliłyby na wykorzystywanie stałotlenkowych ogniw paliwowych (SOFC) w zastosowaniach transportowych i innych. W trakcie realizacji projektu SUAV skupiono się na ogniwach SOFC o geometrii rurowej oraz ich integracji z napędami hybrydowymi składającymi się z mikrorurkowego stosu SOFC i akumulatora. Budowa mikrorurkowa znacznie ułatwia odseparowanie powietrza od paliwa. Największymi wyzwaniami podczas projektowania zintegrowanego procesora paliwowego oraz stosu ogniw paliwowych były ograniczenia masy i objętości związane z systemami UAV. Do tej pory partnerom projektu udało się opracować lekki, kompaktowy i elastyczny generator mocy. Stworzony układ hybrydowy zawiera mikrorurkowe ogniwa SOFC, akumulator i procesor do wytwarzania reformowanego gazu, a także inne urządzenia. W projekcie SUAV jako paliwo wykorzystywano propan, ponieważ zawiera on więcej energii niż wodór i jest dostępny w całej Europie. Ogniwa SOFC zastosowano ze względu na możliwość przetwarzania przez nie energii zawartej w gazach reformowanych w elektryczność, podczas gdy inne rodzaje ogniw paliwowych potrzebują czystego wodoru. To pozwoliło uprościć i zmniejszyć rozmiar procesora paliwowego. Jednocześnie z pracami nad poszczególnymi podzespołami generatora mocy przeprowadzano modelowanie stosu ogniw SOFC oraz elementów wyposażenia uzupełniającego. Na tej podstawie stworzono dwu- i trójwymiarowe modele obliczeniowej dynamiki płynów umożliwiające przewidywanie rozkładu temperatur w każdym z ogniw mikrorurkowych oraz w całym stosie z uwzględnieniem obciążeń termicznych. Ze względu na surowe wymagania dotyczące objętości i masy, jako technikę reformowania uczestnicy projektu wykorzystali katalityczne utlenienie częściowe. Choć jest ono mniej wydajne niż reformowanie parowe, pozwala uzyskać wyższą moc wyjściową w stosunku do masy i objętości, ponieważ nie wymaga obecności wody. Owocem projektu SUAV jest źródło zasilania oparte na ogniwach paliwowych o mocy 280 W, umożliwiające wydłużenie czasu lotów statków bezzałogowych. Oprócz zastosowań w przemyśle kosmicznym opracowana technologia może być wykorzystywana również w przenośnych źródłach zasilania, systemach OBVP czy interaktywnych tablicach edukacyjnych, jak również do wydłużenia czasu lotu dronów wykorzystywanych do wykrywania pożarów.
Słowa kluczowe
Propan, bezzałogowe statki powietrzne, SUAV, mikrorurowe, stałotlenkowe ogniwa paliwowe, układ napędowy
