سوخت هیدروژنی پهپاد

یکی از راه‌های مدرن تامین انرژی، استفاده از هیدروژن به عنوان سوخت است. استفاده از این‌گونه انرژی‌ها در اول راه است و سرمایه‌گذاری و تحقیقات زیادی بر روی هیدروژن به عنوان سوختی که توجیه اقتصادی داشته باشد، انجام می‌شود. هیدروژن به دلیل مزایایی که دارد، مورد توجه محققان قرار گرفته است. اکنون  مروری کلی بر روی هیدروژن به عنوان یک سوخت داشته باشیم و برخی خواص و ویژگی‌های هیدروژن را با دو رقیب قدرتمندش یعنی بنزین و گاز طبیعی مقایسه می شود.

پهپاد با سوخت هیدروژنی

محتوای انرژی به صورت مقدار انرژی در واحد جرم سوخت تعریف می‌شود. در بین سوخت‌های رایج، هیدروژن از محتوای انرژی بالایی برخوردار است. به عنوان مثال، انرژی یک کیلوگرم هیدروژن برابر با ۲.۴ گیلوگرم گاز طبیعی و ۲.۷ کیلوگرم بنزین است. البته با توجه به این‌که چگالی هیدروژن کمتر از گاز طبیعی و بنزین است، برای ذخیره سازی هیدروژن نیاز به مخازن بزرگ‌تری است. حجمی از هیدروژن که از نظر محتوای انرژی، با مقداری بنزین معادل باشد، چهار برابر بنزین حجم اشغال خواهد کرد.

هواپیما با ساختار هیدروژنی

هیدروژن آلاینده نیست و ورود آن به اتمسفر و یا آب و خاک، مشکل خاصی را ایجاد نمی‌کند و ماده خروجی از خودرو‌های هیدروژنی آب است و با محیط زیست سازگار می‌باشد اما استفاده از سوخت‌های فسیلی همچون گاز و بنزین، آلودگی‌های زیست محیطی در پی خواهد داشت. ترکیبات سمی‌ای همچون ترکیبات آروماتیکی و یا سرب و جیوه که ممکن است در بنزین وجود داشته باشد، می‌تواند صدمات شدیدی را به جانداران و محیط زیست بزند. گاز طبیعی هم با این‌که ۶۰% مونو اکسید کربن کمتری نسبت به بنزین دارد، اما آلایندگی آن نسبت به هیدروژن بسیار زیاد است.

هواپیما با موتور اکسیژن- هیدروژنی

نگرانی از آلودگی محیط زیست و گرم‌شدن کره زمین و البته محدودیت و گرانی روزافزون سوخت‌های فسیلی، سازندگان هواپیما را نیز به فکر طراحی پیشرانه‌های جایگزین انداخته است. آنان قصد طراحی هواپیماهایی را دارند که با موتورهای برقی کار می‌کنند و برق مورد نیاز خود را از یک باتری اکسیژن-هیدروژنی تامین کند.

مرکز تحقیقات هوا- فضای آلمان (DLR) مدت‌هاست که در مورد این موتورها تحقیق می‌کند. تا کنون پروژه‌های فراوانی آغاز شده و در نیمه راه رها شده‌اند. این مرکز اخیراً یک هواپیمای بدون موتور را تغییر داده و موتور اکسیژن-هیدروژنی روی آن نصب کرده است. این هواپیما، بر خلاف مدل‌های قبلی، نه‌تنها قادر است با موتور جدید پرواز کند، بلکه نیروی لازم برای برخاستن و نشستن را نیز همین موتور تأمین می‌کند.

مشکل‌ترین مرحله در ساخت این هواپیما تعبیه موتور و مخزن هیدروژن بود. روند کار به این ترتیب است: دو محفظه آیرودینامیک در زیر بال‌های هواپیما، همانند دو موتور نصب می‌شوند. در یک محفظه، مخزن هیدروژن قرار می‌گیرد. برای تولید برق از هیدروژن، به یک موتور اکسیژن-هیدروژنی نیاز است. این موتور در محفظه دیگر، در سوی دیگر هواپیما نصب می‌شود.

این موتور بسیار سبک (حدود ۶۰ کیلوگرم) است، حدود ۲۵ کیلووات (حدود ۵/ ۳۳ اسب بخار) توان حداکثری و ۲۰ کیلووات (حدود ۸/ ۲۶ اسب بخار) نیروی دائم تولید می‌کند. این نیرو برابر توان تولیدی موتور یک خودروی کوچک است. این فن‌آوری یک مشکل دیگر هم دارد و آن این‌که با خالی‌شدن منبع هیدروژن، وزن محفظه کاهش می‌یابد و تعادل وزنی هواپیما به هم می‌خورد. این عامل سبب تمایل هواپیما به یک سمت و خارج‌شدنش از مسیر می‌شود. تفاوت وزن محفظه‌های چپ و راست به حدود ۲۰ تا ۲۵ کیلوگرم می‌رسد. این تفاوت، هواپیما را اندکی از مسیر خارج می‌کند که می‌توان با هدایت پرنده به جهت مخالف، آن‌را جبران کرد.

مؤسسه طراحی هواپیمای دانشگاه اشتوتگارت آلمان، طرح مشابهی را دنبال می‌کند؛ هواپیمایی دو نفره با موتور اکسیژن-هیدروژنی، با این تفاوت که طراحان این هواپیما، به جای تجهیز هواپیماهای معمولی به موتورهای برقی، پرنده خود را بر اساس موتورهای اکسیژن-هیدروژنی طراحی می‌کنند. در این مؤسسه، موتور در عقب هواپیما نصب می‌شود. ترکیبی که طراحان، آن‌را پیشتر در هواپیماهای خورشیدی (موتور الکتریکی و باتری‌های خورشیدی) خود نیز آزموده‌اند. این نوع طراحی، به اعتقاد محققان دانشگاه اشتوتگارت، کارایی ملخ را بالا می‌برد و در کل سبک‌تر است.