Опрос
|
реклама
Быстрый переход
Водородная авиация споткнулась о проблему охлаждения — облик «зелёных» самолётов придётся пересмотреть
15.09.2026 [15:49],
Геннадий Детинич
Экологически чистые самолёты на водородных топливных ячейках упёрлись в проблему охлаждения ячеек и силовых агрегатов. С двигателями на реактивном топливе таких трудностей нет, но водород потребовал создать в самолёте мощную систему отвода тепла, что скажется на внешнем виде летательных аппаратов. Этим вопросом вплотную занялись компании TAT Technologies и Beyond Aero в проекте бизнес-самолёта One на шесть пассажиров и дальностью 1500 км. 
Источник изображения: Beyond Aero Основой силовой установки самолёта станет низкотемпературный топливный PEM-элемент (proton exchange membrane), в котором водород соединяется с кислородом из воздуха с образованием электричества и воды. Однако высокая эффективность топливных элементов создала инженерную проблему: даже при КПД значительно выше, чем у тепловых двигателей, большая часть оставшейся энергии превращается в тепло. По оценке Beyond Aero, для системы мощностью около 1 МВт потребуется рассеивать тепловую мощность сопоставимого порядка. У обычного реактивного двигателя часть тепла уходит вместе с горячими газами, а у электрического самолёта придётся создавать отдельную систему охлаждения. Именно система терморегулирования стала одним из наиболее сложных элементов проекта. Топливным элементам необходимы крупные теплообменники и интенсивный поток воздуха, но большие воздухозаборники увеличат аэродинамическое сопротивление и снизят дальность полёта. Поэтому система охлаждения должна стать неотъемлемой частью конструкции самолёта с минимальным влиянием на его аэродинамику. Дополнительной сложностью также стало обеспечение подачи достаточного количества кислорода к топливным элементам на высоте, где плотность воздуха ниже, что потребовало размещения мощных компрессоров. В конструкции самолёта One разработчик уже на раннем этапе проектирования отказался от жидкого водорода и выбрал газообразный водород, который будет храниться в баллонах под давлением 700 атмосфер. Такой вариант проще с точки зрения инфраструктуры аэропорта и сертификации, хотя требует массивных баков, вынесенных далеко за корпус воздушного судна, что также повлияет на формирование облика водородных самолётов. В данном проекте баки размещены над крылом, как и два электрических двигателя с винтами. Добавим, проект завершил этап предварительного проектирования (Preliminary Design Review) и перешёл к детальной разработке и подготовке к сертификации по требованиям EASA и FAA. Японцы намерены переводить ДВС на водород вместо использования топливных ячеек
03.07.2026 [20:11],
Алексей Разин
Традиционные водородные ячейки подразумевают использование дорогостоящих энергетических установок, которые позволяют получать из водорода электроэнергию, а в качестве «выхлопа» — водяной пар. Японские производители техники с ДВС обладают богатым опытом в своей сфере и считают перевод таких силовых установок на сжигание водорода более дешёвой альтернативой сложным и дорогим топливным элементам. 
Источник изображения: Toyota Motor Kawasaki Heavy Industries, как сообщает сайт Nikkei Asian Review, например, разрабатывает компактный электрогенератор O’Cuvoid, который использует ДВС на водородном топливе. По словам представителей компании, такая силовая установка вполне могла бы заменить батарею средних размеров. Генератор будет занимать площадь не более одного квадратного метра и вырабатывать до 35 кВт электроэнергии. При необходимости такие силовые установки можно объединять по модульному принципу, увеличивая совокупную выходную мощность. По сути, на такой тяге могли бы передвигаться даже электровозы. Имеющая большой опыт производства мотоциклетных двигателей компания Kawasaki планирует использовать в конструкции адаптированного под водород небольшого ДВС специальный механический компрессор. В течение десяти лет Kawasaki рассчитывает охватить рынок сбыта силовых установок на водороде, измеряемый миллиардами долларов США в год. Водород является более летучим веществом по сравнению с бензином и более огнеопасен, но плюсом подобной технологии является наличие огромной инфраструктуры, рассчитанной на производство и эксплуатацию ДВС. Kawasaki планирует оснащать версией генератора O’Cuvoid четырёхногого конеподобного робота Corleo, который должен выйти на рынок к 2035 году и использоваться в качестве альтернативы живой лошади при транспортировке туристов по пересечённой местности. Власти Японии собираются поддерживать развитие водородной инфраструктуры, увеличив поставки этого газа до 20 млн тонн к 2050 году, что в десять раз больше текущего объёма. Японские автопроизводители, такие как Toyota и Honda, исторически делали ставку на водородные топливные элементы, но сейчас даже Toyota присматривается к идее перевода ДВС на водород. Компания уже демонстрировала прототипы гоночных машин с таким типом силовой установки. По прогнозам Future Market Insights, к 2036 году мировой объём рынка водородных ДВС превысит $20 млрд. Двигатели внутреннего сгорания не только дешевле топливных элементов благодаря использованию доступных металлов, таких как сталь и алюминий, но и для их производства уже давно существует гигантская инфраструктура. Силовая установка на базе такого двигателя в десять раз дешевле водородной установки на топливных элементах, а для ремонта ДВС можно использовать огромный ассортимент доступных запчастей. Кроме того, для ДВС не требуется водород исключительно высокой степени очистки, как для топливных элементов. Фактически ДВС можно питать более доступными газовыми смесями с добавлением метана. Для эксплуатационных характеристик также важно, что ДВС быстрее наращивает отдаваемую мощность по сравнению с топливными элементами в комбинации с электродвигателями. Правда, КПД топливных элементов достигает 60 %, тогда как ДВС могут похвастаться от силы 40 %. Кроме того, топливные элементы практически не загрязняют окружающую среду, в отличие от ДВС, даже работающих на водороде. В выхлопе последних всё равно содержатся оксиды азота. Грузовое подразделение Mitsubishi также разрабатывает водородный ДВС для применения на коммерческом транспорте. Соответствующими проектами интересуется и индийская Tata Motors. Стоит признать, что «водородный долгострой» в эпоху увлечения идеей использования топливных элементов привёл к деградации сети водородных заправочных станций в Японии, где их количество к 2022 году сократилось со 179 до 150. Помимо сложностей с добычей чистого водорода, его хранением и транспортировкой, на эту тенденцию повлияло и совершенствование аккумуляторных электромобилей. Японское правительство надеется, что к 2050 году стоимость водородного топлива удастся снизить в пять раз. Особенно дорогим сейчас остаётся так называемый «зелёный водород», который получают из воды методом электролиза с использованием энергии из возобновляемых источников. В Китае создали первую в мире топливную ячейку на угле — она даёт электричество без дыма, пара и генераторов
28.04.2026 [19:46],
Геннадий Детинич
Мир ещё не освоил водородные топливные ячейки, а китайские учёные пошли дальше и создали угольные топливные ячейки. В них загружается угольная пыль, а на выходе снимается электрический ток. Всё это — без традиционного сжигания, дыма и копоти. Но самое поразительное — эта технология позволяет превращать уголь в электричество прямо в подземных пластах, без подъёма на поверхность. В электричество можно превратить даже самые нерентабельные месторождения. 
Источник изображения: ИИ-генерация ChatGPT/3DNews Речь идёт об элементе ZC-DCFC — топливной ячейке прямого окисления угля с нулевым выбросом углерода. Технологию разработала команда под руководством академика Се Хэпина (Xie Heping) из Шэньчжэньского университета (Shenzhen University). Ещё раз подчеркнём: установка позволяет получать электричество непосредственно из угля без процесса горения, что кардинально отличает её от традиционных угольных электростанций. Разработка ведётся с 2018 года и входит в состав национального мегапроекта по освоению глубоких недр планеты. Принцип работы новой топливной ячейки основан на электрохимическом окислении. Уголь предварительно измельчают, сушат, очищают и подвергают поверхностной обработке, после чего подают в анодную камеру. На катод подаётся кислород. Внутри анодной камеры мелкий угольный порошок подвергается электрохимическому окислению — туда через оксидную мембрану поступают ионы кислорода, что ведёт к непосредственной выработке электроэнергии — без какого-либо промежуточного парового цикла с использованием механических турбин, как это обычно устроено на угольных электростанциях. Образующийся в процессе химических реакций высококонцентрированный диоксид углерода сразу улавливается и в присутствии катализаторов перерабатывается в полезные химические продукты, такие как синтетическое топливо или карбонат натрия. Таким образом, технология полностью исключает выбросы углекислого газа в атмосферу. Главное преимущество ZC-DCFC — это преодоление ограничения цикла Карно, из-за которого КПД обычных угольных станций не превышает 40 %. Новая ячейка обеспечивает существенно более высокий теоретический КПД, работает бесшумно и не требует паровых турбин. Кроме того, технологию можно применять непосредственно к глубоким залежам угольных пластов (до 2 км), что позволит генерировать электроэнергию на месте без дорогостоящей добычи и транспортировки угля на поверхность. Несмотря на необычные перспективы, технология пока остаётся на стадии лабораторных испытаний. По оценкам экспертов, её коммерческое применение и конкурентоспособность вряд ли станут возможны раньше 2045 года. В настоящее время уголь по-прежнему обеспечивает около 60 % выработки электроэнергии в Китае за счёт обычного сжигания. Тем не менее разработка рассматривается как важный шаг на пути к углеродной нейтральности страны к 2060 году и как способ рационального использования глубоких угольных залежей. Дроны вдохнули водород и удвоили время полёта — в США испытали беспилотник на топливных ячейках
15.10.2025 [20:08],
Геннадий Детинич
Большинство компактных беспилотников по-прежнему работают на литиевых батареях, которые обычно ограничивают время полёта четырьмя часами или менее. Поэтому для выполнения задач, требующих наблюдения на большом расстоянии, длительных инспекций или операций во враждебной среде, одних батарей недостаточно. Выходом могут стать водородные топливные элементы, кратно увеличивающие продолжительность нахождения дронов в воздухе. 
Источник изображений: Aurora Flight Sciences В США тему оснащения дронов водородными топливными элементами развивает тандем компаний Aurora Flight Sciences и Intelligent Energy. Первая — дочернее подразделение Boeing, за плечами которого стоит колоссальный опыт и авторитет аэрокосмического гиганта, а вторая — вышедшие из университетской среды Великобритании специалисты, четверть века посвятившие водородным топливным элементам. Партнёры изучают вопрос использования водородных топливных элементов на дронах массой до 25 кг, которые могут применяться для доставки посылок, инспекции объектов инфраструктуры и решения оборонных задач. В компании Aurora Flight Sciences отмечают, что достать водород в гражданской цепочке поставок — решаемая задача, хотя определённые усилия для этого придётся приложить. В военной логистике водороду и топливным ячейкам на его основе пока места нет. Между тем для популяризации водорода как источника энергии для массовых беспилотников развитая логистика — первостепенная задача. Клиент не должен ломать голову, где достать сжиженный водород и как им пользоваться в процессе. Совместно Aurora Flight Sciences и Intelligent Energy модернизировали беспилотник SKIRON до версии XLE с двумя водородными баллонами под крыльями. Это аппарат с четырьмя роторами на электрической тяге, питание двигателей которого обеспечивают водородные топливные элементы. И если литиевые батареи обеспечивали 3,5 часа полёта, то в водородной версии беспилотник может держаться в воздухе 7 часов. Для инспекций за линией видимости — трубопроводов, линий электропередачи, ветряных турбин на мелководье и других задач — чем дольше, тем лучше. У операторов будет меньше проблем с прерыванием инспекционных работ на объекте для замены аккумуляторов или подзарядки несъёмных элементов.  Для беспилотников легче воздуха переход на водородные топливные элементы обеспечивает длительность полёта более суток — до 30 часов и более. В то же время совсем без литиевых батарей обойтись нельзя. Например, в случае дрона SKIRON-XLE буферный аккумулятор обеспечивает необходимую тягу для взлёта и посадки аппарата, с чем самостоятельно топливные элементы в данном исполнении справиться не способны. Аккумуляторы затем подзаряжаются в полёте. Кроме того, аккумуляторы проще включать в схему рекуперации, что для топливных элементов едва ли возможно. Разработчики Aurora Flight Sciences уверены, что популяризации водородных топливных элементов сильно поможет проникновение водородного топлива в тяжёлую и автомобильную технику, чего все давно ожидают. Это естественным образом создаст цепочку поставок, которая даст толчок для перехода на водород дронов в категории до 25 кг со всеми вытекающими преимуществами для операторов. Но прежде всего своё веское слово должны сказать регуляторы. В этой сфере пока нет даже намёка на ясность, и она требует чётких ответов на множество вопросов. В США создали топливный элемент для электрификации авиалайнеров — размером с кирпич и втрое ёмче лития
03.06.2025 [13:10],
Геннадий Детинич
Исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) представили концепцию прототипа топливной ячейки — воздушно-натриевого элемента питания. Сам прототип будет изготовлен позже. В объёме обычного строительного кирпича он сможет хранить свыше 1 кВт·ч энергии, что по соотношению запасаемой энергии к массе в три раза больше, чем у обычных литиевых аккумуляторов. Это создаст основу для региональной электрической авиации, сделав мир чище. 
Источник изображения: Gretchen Ertl / MIT Созданная учёными «H-ячейка» представляет собой две камеры, разделённые твёрдым керамическим электролитом. В левую камеру подаётся жидкий металлический натрий (температура перехода в металлическую фазу — 98 ℃), а в правую — обычный воздух. На аноде натрий окисляется, отдавая электроны в цепь (создавая электрический ток), а его ионы проходят сквозь электролит в отсек с воздухом, где вступают в реакцию с кислородом и выводятся из элемента в виде оксида натрия. Оксид натрия активно реагирует с углекислым газом в атмосфере и после серии реакций превращается в бикарбонат — обычную пищевую соду. Таким образом, воздушно-натриевый топливный элемент не только вырабатывает энергию, но и связывает атмосферный CO₂, а попав в океаны, помогает раскислить их, снижая содержание растворённого углекислого газа. Ценность предложенной технологии для экологии очевидна, хотя до коммерциализации разработки, скорее всего, пройдёт не одна пятилетка. «Мы ожидаем, что люди подумают, что это совершенно безумная идея, — поделился мыслями руководитель проекта. — Если бы они так не думали, я был бы немного разочарован, потому что если люди с самого начала не считают что-то совершенно безумным, то, скорее всего, это не будет чем-то революционным». До конца года исследователи надеются создать прототип элемента питания размером с кирпич и ёмкостью до 1000 Вт·ч. В отличие от других подобных систем, новинка предусматривает заменяемый топливный блок с металлическим натрием. Для восстановления работы элемента с прежней мощностью и продолжительностью отдачи энергии будет достаточно заменить использованный блок на новый — это будет похоже на заправку обычного авиалайнера. |
© 1997—2026 3DNews
При цитировании документа ссылка на сайт с указанием автора обязательна. Полное заимствование документа является
нарушением
российского и международного законодательства и возможно только с согласия редакции 3DNews.
MWC 2018
2018
Computex
IFA 2018
