Generación eléctrica para UAV mediante pilas de hidrógeno

El sector servicios mediante UAV evolucionará a un mayor espectro de campos de actuación siempre que demuestre su eficacia operacional y eficiencia en costes frente a otras tecnologías. Esto se verá posibilitado por diversos factores: cargas de pago minituarizadas, capacidad de vuelos Bvlos, una regulación clara, etc…, pero en cualquier caso, siempre será imprescindible mejorar las capacidades de la misión y para ello debemos maximizar: el alcance, la duración de los vuelos y poder abastecer a las cada vez más demandantes de energía cargas de pago como los radares o sistemas de comunicaciones. En este contexto, la cantidad de energía disponible es el elemento clave habilitador para que esto se produzca con éxito.

En los UAV de MTOW de hasta 25 kgrs o por generalizar, los de categoría específica, típicamente los motores de combustión fueron sustituidos por las baterías de Li, dado sus problemas de fiabilidad, costes de mantenimiento, complejidad de la operación y la necesidad de añadir alternadores para alimentar las cargas de pago. A lo que habría que añadir su huella en ruido y contaminación.

El uso de energía eléctrica resuelve parte de los problemas anteriores, pero las baterías de Li, también presentan hándicaps a la hora de una operación eficiente: su reducido tiempo de vuelo y alcance, lo engorroso de su recarga, y su reducida vida útil, sin mencionar lo contaminante de sus residuos.

En este panorama, aparece la generación de energía eléctrica mediante pila de combustible de hidrógeno. Ahora la energía se genera (no está almacenada como en el caso de las baterías) mediante la reacción del hidrógeno que procede de un depósito altamente presurizado y el oxigeno del aire para obtener electricidad y agua como residuo, reacción que se produce en la pila de combustible.

De esta forma, la cantidad de energía disponible depende el hidrógeno embarcado en el depósito y la potencia nos la determina el tamaño de la pila de combustible. El sistema se completa con una electrónica de control que nos auto regula el funcionamiento del stack (pila de combustible), y nos indica la cantidad de energía disponible; para responder a maniobras que requieren unos elevados picos de potencia, como por ejemplo en el despegue, se optimiza el sistema en lugar de sobredimensionar el stack se le complementa con una pequeña batería que nos aporta los picos y sirve de elemento de respaldo, y que se recarga en vuelo estacionario, lo que se regula mediante una electrónica de gestión de potencia.

Para realizar una comparativa, podemos considerar que para una potencia continúa de 650 W, si queremos disponer de una energía de 1.600 Wh, un sistema de hidrógeno pesaría 4 kgrs, frente a los 8,4 kgrs si fueran baterías TB48S, si precisáramos 4.400 Wh pesaría 7 kgrs y las baterías Li: 23 kgrs, eso se debe a que sólo es necesario aumentar el tamaño del depósito de hidrógeno sin cambiar el resto del sistema, en lugar de seguir embarcando más y más baterías.

Si la comparación la realizamos a igualdad de peso en ambos sistemas, el alcance y tiempo de vuelo será el doble o incluso el triple para el caso del hidrógeno; otra ventaja sería la facilidad de la recarga, que es tan fácil como llenar un globo a partir de los depósitos comerciales presurizados que distribuyen los fabricantes, en lugar de las horas y el engorro que supone tener que enchufar simultáneamente cientos de baterías. La vida útil, su mejor funcionamiento a bajas temperatura y en altura, como la ausencia de residuos contaminantes son otros factores a considerar.

Está evolución en los UAV, sigue la estela del sector de movilidad, en donde coches, camiones, trenes, barcos, etc…han ido sustituyendo los motores de combustión, por motores eléctricos, y raro es el fabricante que no tiene en estos momentos un proyecto de propulsión mediante pila de combustible. Los fabricantes aeronáuticos, también se han apuntado al carro del hidrógeno, y todos tienen planes de aviones comerciales propulsados mediante ésta tecnología en su horizonte.

Siempre que se habla de hidrógeno se suscita el aspecto de su seguridad, lo cierto es que su capacidad de dispersión y ascenso hacen casi imposible que se den concentraciones que produzcan su inflamación y menos su explosión, este no es el caso de los hidrocarburos o de las pilas de Li en donde los reactantes están muy próximos. En caso de combustión el hidrógeno produce calor y agua, el calor se absorbe convirtiéndose en vapor disipando la posibilidad de concentración de calor y propagación. En definitiva, el hidrógeno es más seguro que los carburantes o que las baterías de Li.

Por todo, la adopción de este sistema de generación de energía eléctrica va a ser demandado por los operadores que deseen ofrecer nuevos servicios y hacerlo de la forma más rentable y competitiva. A esta demanda creciente deberán ser receptivos los fabricantes que deberán incorporar esta tecnología a sus modelos de serie si quieren satisfacer las demandas de sus clientes.

La hoja de ruta para el hidrógeno a nivel mundial, en la Unión Europea y en España está despejada con fuertes inversiones programadas, esto no hará más que favorecer su implantación, permitiendo la mejora de la tecnología con nuevos productos más eficientes, facilitando el abastecimiento de hidrógeno de forma más sencilla y barata, y en definitiva hará del uso del hidrógeno algo cotidiano.

En H2 Dron Energy, hemos diseñado y probado un sistema completo de sistema de propulsión mediante pilas de hidrógeno para UAV y nos encontramos en fase de industrialización del producto y de complementar la financiación necesaria para montar una planta de producción; lo hemos realizado en el marco de la CUI de la Xunta de Galicia, dentro de la iniciativa BFAero, nuestro plan de negocio ha sido en noveno mejor valorado por el programa nacional Neotec 2020 del CDTI; para ello hemos contado con la participación del Ciemat, de la Universidad Carlos III, y de nuestros socios industriales: D.I.P. Solutions y Arteixo Telecom.