Турбированный водородный двигатель — прорыв для электрической авиации
Водородный двигатель приходит в авиацию. Калифорнийская компания HyPoint утверждает, что ее новая конструкция топливного элемента с турбонаддувом позволяет в три раза увеличить мощность и в четыре раза срок службы обычного топливного элемента, открывая возможность создания высокоскоростных дальнемагистральных электрических самолетов VTOL с водородным двигателем. Плотность энергии новой системы в 3 раза выше, чем у литий-ионных аккумуляторов.
Масса в авиации — важнейший параметр, особенно если речь заходит о VTOL, аппаратах вертикального взлета и посадки, которые могут стать новым видом городского общественного транспорта. Почти все компании, разрабатывающие аэротакси, используют в качестве источника питания литий-ионные батареи, плотность энергии которых оставляет желать лучшего.
Водород кажется более приемлемой альтернативой литиевым аккумуляторам, по крайней мере для авиации. У него намного выше плотность энергии, а заполнить бак можно за несколько минут.
Стартап HyPoint с 2018 года разрабатывает топливную систему с низкотемпературной протонообменной мембраной для промышленных дронов. Но с тех пор, как основатели перебрались в Кремниевую долину, компания начала задумываться о более масштабных целях — городской пассажирской авиации, сообщает New Atlas.
Для того чтобы масса батарей не увеличивалась, разработчики выбрали технологию воздушного охлаждения, позволяющую избавиться от резервуаров с охлаждающей эмульсией и насосов. Однако у современных топливных элементов с воздушным охлаждением ограниченная мощность и срок службы, а работают они только при температуре от -5 до 30 °C.
«Мы увеличили мощность топливной батареи, поместив ее внутрь воздушного канала, где циркулирует сжатый, увлажненный и термально стабилизированный воздух, — пояснил Алекс Иваненко, один из основателей HyPoint. — Давление воздуха поддерживается на уровне 3 бар компрессионной системой. Воздух со сниженным содержанием кислорода проходит через контрольный вентиль и заменяется на свежий сжатый воздуха с нормальным содержанием кислорода».
Дополнительный приток кислорода вместе с протонообменной мембраной, разработанной компанией, позволяет проводить через топливный элемент в три раза больше водорода, чем обычно, утраивая удельную мощность без увеличения массы. Вся система выдает 2000 Вт на кг. Для сравнения, лучшие топливные элементы с жидкостным охлаждением способны на 150-800 Вт/кг, а с воздушным — 800 Вт/кг.
Плотность энергии всей системы составляет около 960 Вт/кг, то есть в три раза больше, чем у литий-ионных батарей. Кроме того, она потребляет «грязный» водород, очищенный только до 99%. Это позволяет сэкономить на очистке.
Работает система в широком температурном диапазоне — от -50 до +50 °C. В лабораторных условиях она проработала без обслуживания 20 000 часов, в четыре раза больше обычного.
Стартап HyPoint уже заключил договор с рядом разработчиков VTOL в США, Европе и Австралии, в том числе, с ZeroAvia и Bartini. До конца этого года инженеры собираются показать прототип на 15-20 кВт, а полноценная система на 150-200 кВт должна появиться в 2022.
