2017. 02. 20. hétfő
: 308 Ft   : 290 Ft Benzin: 366 Ft/l   Dízel: 376 Ft/l   Írjon nekünk HADITECHNIKA

Új utak, alternatív megoldások keresése a repülésben

JETfly  |  2009-04-30 15:17:00

A közúti közlekedés után a polgári és a katonai repülésben is egyre inkább teret hódítanak az alternatív üzemanyagok, legyen szó napenergiáról, hibrid hajtásról vagy éppen a nem kőolaj alapú üzemanyagokról. Egyik ilyen irányzat az üzemanyagcellás megoldás is, melynek fejlesztésében úttörő szerepet vállal a a világ vezető vegyipari vállalata, a BASF cég. A közelmúltban egy olyan, új üzemanyagcella berendezést készítettek, mellyel egy kisebb motoros vitorlázó repülőgépet is a levegőbe tudtak emelni. A tervek azonban ezen a nagyszerű teljesítményen is messze túlmutatnak, jövőre például már az utasszállító repülőgépek áramellátásában is hasznosítani kívánják az új találmányt.

Az üzemanyagcellákkal kapcsolatos kutatások már az 1800-as években megkezdődtek és napjainkban is sok kutatót, tervezőt foglalkoztat a kérdés, hogyan tehetnék hatékonyabbá ezeket az eszközöket. 

Technológiai háttér

Az üzemanyagcellák története 1838-ban kezdődött, a német-svájci Christian Friedrich Schönbein és a walesi fizikus, William Robert Grove laboratóriumaiban. Közös kísérleteket folytattak az üzemanyagcellákkal kapcsolatban. Sajnos azonban olyannyira nehéz volt a szükséges anyagokhoz hozzájutniuk, hogy kísérleteik kudarcba fulladtak, és találmányuk porfogó iratkupaccá vált majd egy évszázadig. 100 évvel később azonban amerikai ürkutatók az elméletet a gyakorlatba ültették át, és egy üzemanyagcellát a világürbe juttattak az Apollo ürkapszula fedélzetén.

Az elektrokémiai reakció a polimer elektrolit membrán (PEM) üzemanyagcellában, a membrán elektróda készülékben történik (MEA): a hidrogén és az oxigén folyamatosan áramlik a MEA két elektródájába: a hidrogén az anódba, az oxigén pedig a katódba. A két elektródát egy polimer membrán választja el egymástól. Katalizátor segítségével a hidrogén pozitív töltésü protonra és negatív töltésü elektronra osztódik. A polimer membrán azonban csak a protonok áramlását teszi lehetővé, míg az elektronok kénytelenek megfordulni, s egy elektromos vezetőn haladva át, elektromos áram keletkezik. Végezetül az elektronok és protonok újra egyesülnek a katódon oxigénnel lépve reakcióba, melynek eredményeképpen víz képződik.

Az oxigén, mint oxidálószer, bőséges mennyiségben áll rendelkezésre a természetben. Az üzemanyagcellák számára az oxigén a levegőből nyerhető ki. A levegő oxigéntartalma hozzávetőleg 21%. Az elektrokémiai reakció után, melynek során az üzemanyagcellák elhasználják a levegő oxigéntartalmát, megmarad a levegő többi összetevője: nitrogén, nemesgázok valamint széndioxid. E három alkotja végül azt a semleges, reakcióra képtelen (inert) gázelegyet, melyet az üzemanyagcellák kibocsátanak a katódon. És miként a melléktermékként keletkező hő és víz is hasznosítható, a katód gáz szintén újra felhasználható a repülőben. Az itt termelődő gázt a kerozintartályba bevezetve ugyanis csökken a kerozin-levegő elegy gyúlékonysága, ezáltal megelőzhető a robbanás.

Hidrogénhajtással a levegőbe

Az Antares DLR-H2 típust – mely az első ember által vezetett, kizárólag hidrogénhajtású (H2) repülőgép - a Német Ürügynökség (DLR) és a Lange Aviation építette annak érdekében, hogy teszteljék az üzemanyagcellákban rejlő lehetőségeket repülési alkalmazások számára. A zajtalanul repülő gép müködése során nem keletkezik az üzemanyag elégéséből fakadó füst és egyéb szennyezőanyag sem. Az üzemanyagcella rendszer, mely mindezt lehetővé teszi, a szárnyak alatt található rekeszekben van elrejtve. Itt generálódik az elektromos motor és a fedélzeti elektronika számára szükséges áram. A rendszer lelke egy membrán elektróda készülék (röviden: MEA), melyet a BASF üzemagyag cella (BASF Fuel Cell, BFC) divíziója fejlesztett ki. A készülékben az oxigén és a hidrogén reakciójából származó kémiai energia közvetlenül elektromossággá és hővé alakul.

Dr. Carsten Henschel, a BASF üzemanyagcella divíziójának képviselője szerint akkor, mikor drasztikusan csökken az energiahordozók mennyisége, az üzemanyagcella megoldást jelenthet a stabil energiaellátásra, hiszen hidrogént számos módon fejleszthetünk: szél és napenergiából, természetes gázból vagy dízelolajból. Sőt, az új technológia sokkal hatékonyabb, mint a hagyományos, s a rendszer által kibocsátott egyetlen gáz nem más, mint csupán vízgőz.

Kihívások

A fejlesztők számára most az a legnagyobb kihívás, hogy az üzemanyagcella rendszer mérete a lehető legkisebb és legkönnyebb legyen a széleskörü alkalmazhatóság érdekében. Ehhez pedig arra van szükség, hogy a rendszer ne legyen bonyolult; minél kevesebb alkatrészből álljon. A hagyományos, alacsony hőmérsékletü üzemanyagcellák legfeljebb 80°C-os hőmérsékleten müködnek. Számos alegység és komplex ellenőrző rendszer szükséges a biztonságosságukhoz a földön vagy éppen nagy magasságokban. A BASF által kifejlesztett MEA új távlatokat nyit a rendszerfejlesztők előtt, ugyanis ez már tartalmaz egy - az üzemanyagcellák számára készített, kereskedelmi forgalomban elérhető - membránt, mely akár 180°C-os Celsius fokos üzemi hőmérsékletet is lehetővé tesz. Az innovatív rendszer Celtec márkanév alatt került forgalomba. Azok az üzemanyagcellák, melyek a Celtec-kel vannak felszerelve, levegővel hüthetők, és nem szükséges vízzel nedvesíteni a biztonságos müködtetéshez. A Celtec alkalmazásával továbbá nincs szükség légpárásítókra, vízpumpákra, tartályokra, szelepekre és tisztítórendszerekre sem. A Celtec egyedülálló hatékonysága első látásra egyáltalán nem szembetünő. A tenyérméretü, szuper vékony téglalap első pillantásra olyan, mint egy átlagos müanyag film. A BASF kutatómérnökeinek azonban sikerült egy olyan poli-benzimidazol alapú membránt fejleszteniük, amely rendkívüli hőálló képességgel is bír. (Ezt a speciális anyagot használják egyébként a tüzoltók védőfelszerelésén is.) A magas üzemi hőmérséklet megakadályozza azt is, hogy a hidrogén szennyeződése lerakódjon a platinával bevont elektródára (anód). A MEA-ban a platina katalizátorként müködik, mely az elektrokémiai reakció létrejöttért felel. A hidrogén szennyeződése megakadályozná a platina-katalizátor müködését. Mivel a magas hőmérsékletü üzemanyagcellák magasabb hidrogén szennyezettséget tolerálnak, mint az alacsonyabb hőmérsékletü üzemanyagcella rendszerek, a hidrogén tisztítása is könnyebbé válik – ezáltal stabilabb, egyszerübb és olcsóbb is a rendszer.

"A Celtec-nek köszönhetően az üzemanyagcella rendszerek ma már harmadával kevesebb alkotóelemből állnak. Ez pedig 40 százalékos költségcsökkenést jelent. A magas hőmérsékletü membrán kifejlesztése végre kereskedelmi értelemben is érdekessé tette az üzemanyagcellákat. " – teszi hozzá a Henschel, a BASF szakértője.

Annak érdekében, hogy az üzemanyagcella képes legyen elég áramot termelni, például az Antares motorjának meghajtásához, több cellát kötöttek össze. Erre azért volt szükség, mert egyetlen cella mindössze 600-700 mV feszültséget állít elő. Az Antareshez egy dán cég, a Serenergy készített egy speciális, ultrakönnyü, léghütéses cellablokkot, amely több száz Celtec MEA-val ellátott üzemanyagcellát tartalmaz. Minden egyes MEA cella elektromosságot vezető grafitlapok mátrixában kapott helyet. Ezek a grafit lapok kötik össze az egyes cellákat, vezetik az elektromosságot, és speciális vezetékeken keresztül hidrogénnel és oxigénnel is ellátják a MEA-kat. Egyesített erővel így annyi áram termelhető, amely már a magasba tudja röpíteni az Antarest.

Jövőkép

"Az Antares-szel történő tesztrepülések után az üzemanyagcellákat be akarjuk építeni az Airbus A320-as gépünkbe is, ugyanis azt kívánjuk elérni, hogy a széles testü gépek fedélzeti áramellátása is hatékonyabb legyen." – magyarázza Dr. Josef Kallo, a stuttgarti székhelyü Német Ürügynökség munkatársa. Ha széles testü gépekbe építenénk az üzemanyagcellákat, valódi mindenessé válnának. Nem csupán az energiaellátásért lennének felelősek, de a keletkező melléktermékek is hasznosíthatók volnának. A hőt fagymentesítésre, a vizet a mosdók vízellátására hasznosíthatnánk. Úgy tervezzük, hogy a DLR 2010-re befejezi az Antares tesztelését, s azt követően alkalmazni fogjuk az üzemanyagcellákat a DLR A320 ATRA gépén, egy igazi, széles testü repülőgépen.

Már most komoly érdeklődés mutatkozik a BASF Celtec iránt. Éppen ezért a német vegyipari óriás a cég frankfurti üzemanyagcella gyártó létesítménye mellett egy másik gyártókapacitást is létesít a várható igények kiszolgálására. Az új gyártósort az USA-ban, Somersetben (New Jersey) létesítik, még ezév nyarán.

A BASF Európában is stabil ügyfélkörre számíthat és kutatásfejlesztési támogatást kapott az Európai Bizottságtól és a Német Szövetségi Kormánytól is az üzemanyagcellákban rejlő lehetőségek maximális kiaknázására. 150 vállalat és intézmény bízik a Celtec sikerében. Az „üzemanyagcellák” ugyanis most lépték át azt a küszöböt, amely a laboratóriumi kísérleteket a gyakorlati alkalmazástól és a piaci forgalmazástól elválasztja.

A magas hőmérsékletü üzemanyagcellák hamarosan “mobil” alkalmazások számára is elérhetőek lesznek, hogy például áramot és hőt lehessen termelni velük kempingezés közben, de a távolabbi jövőben az autóipar számára is komoly lehetőségeket rejt magában a technológia. A fejlesztések ígéretesek a mobiltelefon és laptopgyártók számára is, melyek úgy tekintenek az üzemanyagcellákra, mint olyan megoldásra, mely akár megötszörözheti az eszközök akkumulátorainak életciklusát.

Ha tetszett a cikk, kövesse
a JETflyt a Facebookon!
2017-02-09 11:42:55
A Tunéziai Légierő a napokban átvehette az első 6 darab OH-58D Kiowa Warrior típusú forgószárnyasait. A ceremóniára 2017. február 4-én került sor a Gabes légibázison, melyen részt vett az ország miniszterelnöke, Youssef Chahed is.
2017-02-08 11:51:19
Az Egyesült Államok tengerészgyalogsága (USMC) várakozásai szerint 2019 végén a Bell Boeing V-22 Légi Utántöltő Rendszer (VARS) névvel illetett Osprey változat elérheti az ún. bevezető műveleti képességet (IOC), amely a hadrafoghatóság első lépcsőfoka.
   MÁSOK ÍRTÁK
2017. 02. 20., 14:09

Riasztották a Német Légierő Typhoon-jait

Videó az éles riasztásról.
2017. 02. 20., 10:55
Visszatekintő a 2016-os NATO Days rendezvényre.
2017. 02. 17., 14:04
Hazatértek az Eltökélt Támogatás Művelet (Resolute Support Mission – RSM) hatodik váltásának egyéni tanácsadói beosztásokba vezényelt helikoptervezetői és repülő-műszaki szakemberei.
2017. 02. 16., 09:52
A hidegháború befejezését követően fokozatosan csökkent az USA fegyveres erőinek létszáma Európában, ezzel párhuzamosan számos bázist, repülőteret ürítettek ki.

  Legfrissebbek most

  HÍRLEVÉL FELIRATKOZÁS

Amennyiben feliratkozik alkalmi hírlevelünkre, postafiókjába küldjük a legfrissebb híreket!

E-mail cím:

Megszólítás:


A hírlevél feliratkozáshoz el kell fogadni a feltételeket.

Feliratkozás most

  Háború Művészete magazin

Az indiai HAL (Hindustan Aeronautics Limited) vállalat elsőként az Aero India 2017 szakkiállításon mutatta be, egyelőre még csak makett formájában az új, többcélú közepes kategóriájú IMRH forgószárnyast.