Các nhà nghiên cứu đã triển khai thành công một máy bay không người lái (UAV/drone) chạy bằng hydro được thiết kế để hoạt động ở những nơi mà các "đồng nghiệp" chạy bằng pin lithium của chúng không thể đáp ứng nhu cầu.
Drone chạy bằng pin lithium-ion hiện nay đang gặp phải 2 nhược điểm lớn nhất: trọng lượng pin quá nặng và thời gian bay quá ngắn.
Để tăng thời gian hoạt động, người ta thường phải lắp nhiều pin hơn, dẫn đến tổng trọng lượng của drone tăng vọt. Kết quả là tải trọng hữu ích giảm mạnh, drone bay khó khăn hơn, đặc biệt khi mang theo camera chất lượng cao, cảm biến chuyên dụng hoặc hàng hóa.
Thời gian bay trung bình của các drone như vậy chỉ khoảng 20-40 phút, thậm chí ít hơn trong điều kiện gió mạnh hoặc độ cao lớn. Do đó, các nhiệm vụ đòi hỏi bay xa hàng chục km hoặc làm việc liên tục nhiều giờ buộc phải sử dụng trực thăng – phương tiện đắt đỏ, nguy hiểm và tiêu tốn nhiều nhiên liệu.
Những nhược điểm này tạo ra "ranh giới khoảng cách" rõ ràng cho các loại drone. Trong các tình huống khẩn cấp như kiểm tra đường dây điện sau bão, theo dõi tuyết lở ở vùng núi hoặc tìm kiếm cứu nạn, việc drone phải hạ cánh sạc pin nhiều lần làm gián đoạn nhiệm vụ, giảm hiệu quả và có thể dẫn đến chậm trễ nghiêm trọng.
Drone hydro của SINTEF đã được thử nghiệm ngoài trời tại khu vực gần Trondheim. Ảnh: SINTEF
Để khắc phục, các nhà khoa học tại SINTEF – tổ chức nghiên cứu hàng đầu của Na Uy – đã phát triển một mẫu drone chạy bằng pin nhiên liệu hydro.
Thay vì cải tiến pin lithium thông thường, nhóm nghiên cứu đã chế tạo một mẫu drone "mới toanh" từ đầu trong phòng thí nghiệm. Họ thay thế hoàn toàn hệ thống pin lithium bằng pin nhiên liệu hydro kết hợp bình chứa khí hydro.
Ưu điểm nổi bật của pin hydro nằm ở mật độ năng lượng cao vượt trội so với pin lithium. Nhờ đó, drone hydro nhẹ hơn đáng kể nhưng có khả năng bay lâu hơn nhiều.
Thay vì chỉ vài chục phút, mẫu drone mới có thể bay liên tục trong nhiều giờ, thậm chí vượt quá một ca làm việc thông thường của con người.
Điều này cho phép drone bao quát diện tích rộng lớn mà không cần hạ cánh thường xuyên. Hơn nữa, việc thay bình hydro chỉ mất vài phút, thay vì chờ sạc pin hàng giờ, giúp giảm thời gian ngừng hoạt động xuống mức tối thiểu.
"Chúng tôi không tìm cách thay thế drone chạy bằng pin lithium. Chúng rất hữu ích cho nhiều việc. Mục tiêu của chúng tôi là giải quyết những nhiệm vụ mà các drone hiện nay không thể xử lý", ông Federico Zenith, một nhà khoa học nghiên cứu cấp cao tại SINTEF, cho biết.
Vị chuyên gia lấy ví dụ: "Nếu cần kiểm tra xem cây có đổ lên đường dây điện không, bạn muốn đến đó càng nhanh càng tốt. Hiện nay, thường phải dùng trực thăng".
Drone hydro của SINTEF đã được thử nghiệm ngoài trời tại khu vực gần Trondheim. Các ứng dụng tiềm năng rất đa dạng: Kiểm tra đường dây điện cao thế giữa các trạm biến áp xa xôi, đặc biệt ở vùng núi hiểm trở; giám sát tuyết lở và tình trạng mất điện mùa đông; hỗ trợ tìm kiếm cứu nạn; lập bản đồ môi trường quy mô lớn; theo dõi lượng tuyết để dự báo lũ lụt hoặc sản lượng thủy điện; phát hiện nguy cơ sạt lở đất.
Dù vậy, công nghệ vẫn còn thách thức. Pin nhiên liệu hydro nhạy cảm với thời tiết: hoạt động kém khi mưa lớn hoặc nhiệt độ dưới 0 độ C – điều phổ biến ở Na Uy.
Nhóm nghiên cứu đang tìm kiếm đối tác và kinh phí để cải tiến mẫu drone của mình, giúp nó chống chịu tốt hơn với thời tiết mùa đông khắc nghiệt.
Theo Interesting Engineering, đây hiện là drone hydro duy nhất đang bay ở Na Uy và có lẽ là duy nhất tại khu vực Scandinavia.
Với thành công ban đầu này, drone hydro hứa hẹn sẽ cách mạng hóa ngành công nghiệp không người lái.
Nó giảm chi phí vận hành, tăng tính an toàn bằng cách hạn chế sử dụng trực thăng, và mở rộng phạm vi ứng dụng lên mức chưa từng có.
Từ giám sát hạ tầng quốc gia đến bảo vệ môi trường và cứu hộ khẩn cấp, công nghệ hydro đang giúp drone vượt qua giới hạn của pin lithium, mở ra kỷ nguyên giám sát không giới hạn khoảng cách và thời gian.
Minh Đức (Theo Interesting Engineering, Hydrogen Fuel News)
