Umelé žiabre odomykajú podmorských robotov na veľké vzdialenosti
- Autor:
- Roman Mališka
- Zverejnené:
- 6. 2. 2025
- Hodnotenie:
- Už ste hlasovali.
To, čo je dobré pre ryby, môže byť dobré aj pre roboty, keďže výskumníci z Helmholtz-Zentrum Hereon vyvinuli umelé žiabre, ktoré dokážu extrahovať kyslík z morskej vody na pohon palivových článkov na poháňanie podvodných robotov na dlhých misiách.
Podvodné roboty sa stávajú čoraz cennejším nástrojom oceánografického výskumu. Pri používaní tradičných vrtúľ a propelerov sa pohybujú pomocou pohonu s premenlivým vztlakom, čo je ťažkopádny spôsob. Robotické klzáky sa poháňajú tak, že stúpajú vo vode a potom pomocou krídel riadia svoj smer pri zostupe.
Nie je to veľmi rýchle, ale je to ekonomické a umožňuje to podvodným robotickým klzákom vykonávať dlhé misie na tisícky kilometrov, aby monitorovali podmienky oceánov, hľadali znečistenie a vykonávali vojenský prieskum, keď sa ponárajú do hĺbok až 1 000 metrov. Ich prevádzka je tiež oveľa lacnejšia ako v prípade výskumných robotických plavidiel, takže v čom je problém?
Batérie sú potrebné na prevádzku senzorov, záznamníkov a telemetrických systémov, ale lítiové batérie sú klasifikované ako batérie obsahujúce nebezpečné materiály, ktoré podliehajú prísnym bezpečnostným a environmentálnym predpisom. Lítiové batérie majú navyše svoje technické obmedzenia. Sú citlivé na tlak, hrozí im netesnosť v prípade narušenia tesnenia, môže ich vážne poškodiť morská voda, neznášajú dobre nízke teploty a môžu uvoľňovať nebezpečné chemikálie.
Ako bezpečnejšiu, menej obmedzenú alternatívu, inžinieri z nemeckého Helmholtz-Zentrum Hereon, Dr. Lucas Merckelbach a Dr. Prokopios Georgopanos, skúmali palivové články, ktoré premieňajú vodík a kyslík na elektrinu. Vodík sa dá ľahko skladovať, kým nebude pripravený. Stačí ho uložiť do nádoby s hydridmi kovov, ktoré absorbujú vodík, kým nie je potrebný. Kyslík je iná vec. Váži osemkrát na jednotku viac ako vodík vo vode a je veľmi ťažké ho skladovať aj v kryogénnych podmienkach.
Namiesto toho nezisková výskumná inštitúcia prišla s pokročilou silikónovou polymérovou membránou, ktorá má vysokú priepustnosť pre kyslík, no je hydrofóbna, aby zabránila presakovaniu vody. V mori vyššia koncentrácia kyslíka na mokrej strane umožňuje atómom kyslíka migrovať cez membránu, aby boli zhromaždené vnútorným recirkulačným prúdom vzduchu a privádzané do protónového membránového palivového článku, kde sa kombinuje s vodíkom na výrobu elektriny, pričom voda je jediným odpadovým produktom.
Podľa tímu môže dizajn modulárneho systému zvládnuť rôzne podmienky pod vodou, vrátane zmien teploty vody, slanosti a tlaku, aby sa zabezpečil konzistentný prísun kyslíka. Simulácie výpočtovej dynamiky tekutín navyše optimalizujú tok vody okolo membrány. Spolu s membránou je tu systém tepelného manažmentu, ktorý odvádza teplo generované palivovým článkom, a ironicky lítiová batéria na ukladanie energie na obdobie špičky.
Laboratórne testy ukazujú konverzný faktor 50 % alebo ekvivalentný k skladovaným kyslíkovým systémom v podmienkach pod vodou.
„Tento systém eliminuje potrebu skladovania kyslíka na palube,“ povedal Georgopanos. „Ušetrenú hmotnosť a objem možno použiť na dodatočné skladovanie vodíka, čo umožňuje vyššiu hustotu energie a nižšie prevádzkové náklady v porovnaní so súčasnými riešeniami batérií.“
Výskum bol nedávno publikovaný v magazíne Advanced Science.
