बैटरी धीरज ड्रोन तकनीक के लिए एक अड़चन है। क्या हाइड्रोजन एक समाधान प्रदान कर सकता है? Dronelife को DR, Nee Sirosh, CTO से H2MOF: सेफ एंड कुशल हाइड्रोजन स्टोरेज सॉल्यूशंस के प्रदाता से इस गेस्ट पोस्ट को प्रकाशित करने के लिए सम्मानित किया गया है। Dronelife न तो गेस्ट पोस्ट के लिए भुगतान करता है और न ही भुगतान करता है।
यूएवी उद्योग की ऊर्जा भंडारण अड़चन पर काबू पाना
डॉ। नील सिरोश द्वारा लिखित, H2MOF पर CTO
एक विशाल, दूरदराज के परिदृश्य के ऊपर एक ड्रोन उच्च बढ़ता है – इसके सेंसर पर्यावरण/बुनियादी ढांचे की निगरानी या आपदा क्षेत्र का सर्वेक्षण करने के लिए महत्वपूर्ण डेटा को कैप्चर करते हैं। मिशन महत्वपूर्ण है, और डेटा ट्रांसमिशन का हर सेकंड मायने रखता है। फिर भी, जैसा कि ड्रोन मिशन के एक महत्वपूर्ण चरण के पास होता है, लैंडिंग के लिए उलटी गिनती शुरू होती है, केवल कुछ ही मिनटों के साथ इसे एक लंबे रिचार्ज के लिए आधार पर लौटना चाहिए। यह परिदृश्य यूएवी पर निर्भर उद्योगों में हर दिन खेलता है, जहां ऊर्जा भंडारण अनसंग नायक है – और फिर भी, “लंबी दूरी, भारी लिफ्ट” की उद्योग की खोज में सबसे कमजोर कड़ी।
यूएवी उद्योग तेजी से विकास का अनुभव कर रहा है, फिर भी इसकी प्रगति वर्तमान ऊर्जा भंडारण प्रौद्योगिकियों की सीमाओं से तेजी से विवश है। ड्रोन के विशाल बहुमत आज लिथियम-आयन या लिथियम-पॉलीमर बैटरी पर भरोसा करते हैं, जो उड़ान धीरज, पेलोड क्षमता और परिचालन दक्षता पर सीमाएं थोपते हैं। अधिकांश बैटरी-संचालित यूएवी 60 मिनट से कम समय के उड़ान के समय तक सीमित हैं, जिनमें से कई को भारी पेलोड ले जाने पर 10 मिनट तक प्राप्त होता है। जबकि फिक्स्ड-विंग वीटीओएल यूएवी अपने धीरज का विस्तार कर सकते हैं, सुधार तब तक मामूली बने हुए हैं जब तक कि आंतरिक दहन इंजन तैनात नहीं किए जाते हैं-एक दृष्टिकोण जो आमतौर पर सैन्य क्षेत्र में देखा जाता है, लेकिन वाणिज्यिक और औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए कम व्यावहारिक है।
बैटरी रिचार्ज टाइम, जो आमतौर पर 60 से 90 मिनट तक होती है, आगे यूएवी संचालन को बाधित करती है। जबकि बैटरी स्वैपिंग इस डाउनटाइम में से कुछ को कम करती है, यह अतिरिक्त बैटरी की एक इन्वेंट्री को ले जाने और रिमोट रिचार्जिंग के लिए एक पावर स्रोत को बनाए रखने की आवश्यकता होती है – अक्सर क्षेत्र में डीजल जनरेटर की आवश्यकता होती है, तार्किक जटिलता को जोड़ते हैं और परिचालन लागत बढ़ाते हैं। इसके अतिरिक्त, लिथियम-आधारित बैटरी समय के साथ कम हो जाती है, प्रतिस्थापन की आवश्यकता से पहले अपने उपयोगी जीवन को चार्ज चक्रों की एक परिमित संख्या में सीमित करती है। यह यूएवी बेड़े में आवर्ती लागत और रखरखाव बोझ जोड़ता है, आगे स्केलेबिलिटी को प्रतिबंधित करता है। इसके अलावा, बैटरी का वजन सीधे पेलोड क्षमता के साथ प्रतिस्पर्धा करता है, ऑपरेटरों को धीरज और मिशन-क्रिटिकल उपकरण या कार्गो को ले जाने की क्षमता के बीच व्यापार-बंद बनाने के लिए मजबूर करता है।
हाइड्रोजन ईंधन कोशिकाएं एक आशाजनक विकल्प के रूप में उभरी हैं, जो पारंपरिक बैटरी सिस्टम की तुलना में काफी बेहतर ऊर्जा घनत्व, तेजी से ईंधन भरने और कम पर्यावरणीय प्रभाव की पेशकश करती हैं। हालांकि, मौजूदा हाइड्रोजन भंडारण विधियां-चाहे उच्च दबाव या क्रायोजेनिक जहाज-सिस्टम आर्किटेक्चर, फ्लाइट संचालन और ईंधन आपूर्ति लॉजिस्टिक्स में जटिलताओं का परिचय देते हैं जो यूएवी के लिए उनकी व्यवहार्यता को प्रभावित करते हैं। उद्योग ने लंबे समय से एक हाइड्रोजन भंडारण समाधान की मांग की है जो यूएवी अनुप्रयोगों के लिए सुरक्षित, हल्के, कुशल और स्केलेबल है।
परिवर्तनकारी हाइड्रोजन भंडारण प्रौद्योगिकी की आवश्यकता
हाइड्रोजन ईंधन कोशिकाओं के बेहतर लाभ के बावजूद, यूएवी में उनके व्यापक रूप से अपनाने को हाइड्रोजन भंडारण की मौलिक चुनौतियों से बाधित किया गया है। मौजूदा हाइड्रोजन भंडारण विधियाँ-संपीड़ित हाइड्रोजन, तरल हाइड्रोजन, और रासायनिक या धातु हाइड्राइड्स-सभी यूएवी अनुप्रयोगों के लिए दक्षता, लागत और व्यावहारिकता में महत्वपूर्ण व्यापार-बंद पेश करते हैं।
- संपीड़ित हाइड्रोजन: जबकि एक परिपक्व तकनीक, संपीड़ित हाइड्रोजन उच्च दबाव (700 बार) पर भी अपेक्षाकृत खराब वॉल्यूमेट्रिक दक्षता से ग्रस्त है। बहु-चरण संपीड़न और जटिल बुनियादी ढांचे की आवश्यकता दोनों पूंजीगत व्यय (CAPEX) और परिचालन व्यय (OPEX) दोनों को बढ़ाती है, जिसमें संपीड़न प्रक्रिया संग्रहीत ऊर्जा का लगभग 15% है। उच्च दबाव हाइड्रोजन सिस्टम नियामक और न्यायिक चुनौतियों का भी सामना करना जारी रखते हैं।
- तरल हाइड्रोजन: हालांकि यह उच्च वॉल्यूमेट्रिक दक्षता प्रदान करता है, तरल हाइड्रोजन भंडारण के लिए ऊर्जा-गहन द्रवीकरण प्रक्रियाओं की आवश्यकता होती है, जो लगभग 40% संग्रहीत ऊर्जा का उपभोग करती है। द्रवीकरण पौधों के लिए आवश्यक बुनियादी ढांचा महंगा है और केवल बड़े पैमाने पर उचित है। फोड़ा-बंद और ईंधन हस्तांतरण के दौरान महत्वपूर्ण नुकसान बड़ी कमियां बनी रहती हैं।
- रासायनिक और धातु हाइड्राइड्स: ये भंडारण समाधान उच्च वॉल्यूमेट्रिक दक्षता प्रदान करते हैं, लेकिन धीमी गति से हाइड्रोजन रिलीज दरें परिचालन सीमाओं का परिचय देती हैं। इसके अतिरिक्त, पर्याप्त मात्रा में गर्मी (300 डिग्री सेल्सियस तक) को संग्रहीत हाइड्रोजन को छोड़ने के लिए आवश्यक है, जिससे ऊर्जा की खपत बढ़ती है और समग्र दक्षता को कम करता है। इसके अलावा, उनका अत्यधिक वजन उन्हें यूएवी अनुप्रयोगों के लिए अव्यवहारिक बनाता है, जहां पेलोड क्षमता सबसे महत्वपूर्ण है।
यूएवी उद्योग में हाइड्रोजन की क्षमता को पूरी तरह से अनलॉक करने के लिए, एक परिवर्तनकारी हाइड्रोजन भंडारण तकनीक की आवश्यकता होती है – एक जो वर्तमान समाधानों की कमियों के बिना उच्च ऊर्जा घनत्व, कम वजन, तेजी से ईंधन भरने और परिचालन सुरक्षा प्रदान करता है।
ठोस-राज्य हाइड्रोजन भंडारण रेटिकुलर सामग्री के आधार पर
नैनो-इंजीनियर रेटिकुलर सामग्री का उपयोग करके हाइड्रोजन भंडारण में एक सफलता में क्रांति आ रही है कि यूएवी कैसे स्टोर और हाइड्रोजन का उपयोग करते हैं। यह अभिनव दृष्टिकोण कम दबाव और निकट-अस्पष्ट तापमान पर सुरक्षित, कॉम्पैक्ट और कुशल ठोस-राज्य हाइड्रोजन भंडारण को सक्षम बनाता है, जो महंगे बहु-चरण संपीड़न और क्रायोजेनिक द्रवीकरण की आवश्यकता को समाप्त करता है।
पारंपरिक हाइड्रोजन भंडारण समाधानों के विपरीत, जो भारी नियंत्रण संरचनाओं या ऊर्जा-गहन प्रक्रियाओं पर निर्भर करते हैं, रेटिकुलर-मटेरियल-आधारित भंडारण प्रणाली बेहतर ग्रेविमेट्रिक और वॉल्यूमेट्रिक दक्षता प्रदान करती हैं। इन अभिनव सामग्रियों में अमेरिकी ऊर्जा विभाग (DOE) प्रणाली के लक्ष्य को पार करने की क्षमता है, जो कि 5.5 wt% से ऊपर ग्रेविमेट्रिक क्षमताओं को प्राप्त करता है। यह ग्रेविमेट्रिक दक्षता में लगभग 30% सुधार और पारंपरिक 700-बार हाइड्रोजन टैंक की वॉल्यूमेट्रिक दक्षता को दोगुना करने के लिए अनुवाद करता है। यूएवी अनुप्रयोगों के लिए परिणाम काफी विस्तारित उड़ान समय है और वर्तमान यूएवी ऊर्जा भंडारण विधियों की प्रमुख सीमाओं को संबोधित करते हुए, पेलोड क्षमता में वृद्धि हुई है।
तेजी से हाइड्रोजन सोखना और रिलीज के लिए इन भंडारण प्रणालियों को कॉन्फ़िगर करने की क्षमता यह सुनिश्चित करती है कि यूएवी विविध परिचालन आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए ऑन-डिमांड हाइड्रोजन ईंधन प्राप्त करते हैं। कम दबाव वाले ठोस-राज्य भंडारण भी गैर-पारंपरिक, अनुरूप आकार, पैकेजिंग दक्षता और वायुगतिकी में सुधार करने में सक्षम बनाता है। यह लचीलापन यूएवी निर्माताओं को “लंबी दूरी, भारी लिफ्ट” की ग्राहक मांगों को पूरा करने के लिए धीरज और पेलोड दोनों के लिए विमान डिजाइन का अनुकूलन करने की अनुमति देता है। उच्च ग्रेविमेट्रिक दक्षता सीधे अधिक पेलोड क्षमता में अनुवाद करती है, जिससे ड्रोन को भारी टोही और डेटा ट्रांसमिशन उपकरण या कार्गो को उड़ान की अवधि से समझौता किए बिना ले जाने में सक्षम बनाया जाता है।
प्रदर्शन में सुधार से परे, रेटिकुलर सामग्री पर आधारित ठोस-राज्य हाइड्रोजन भंडारण भी महत्वपूर्ण लागत और स्केलेबिलिटी लाभ प्रदान करता है। पारंपरिक 200-500 बार स्टोरेज सिस्टम और लगभग 80% बनाम क्रायोजेनिक द्रवीकरण और परिवहन की तुलना में हाइड्रोजन डिलीवरी की लागत को 50% कम करके, यह तकनीक हाइड्रोजन-संचालित यूएवी संचालन को अधिक आर्थिक रूप से व्यवहार्य बनाती है। इसके अतिरिक्त, उच्च दबाव संपीड़न या क्रायोजेनिक भंडारण का उन्मूलन बुनियादी ढांचे की आवश्यकताओं को सरल बनाता है, जिससे हाइड्रोजन परिनियोजन की लागत और जटिलता कम हो जाती है। कम दबावों और निकट-क्षुद्र तापमानों पर संचालन भी नियामक और अनुपालन बाधाओं को सरल बनाता है, जिससे यूएवी सिस्टम में एकीकरण आसान और अधिक व्यावहारिक होता है।
100 ग्राम से 40 किलोग्राम हाइड्रोजन क्षमता के स्केलेबल कॉन्फ़िगरेशन के साथ, रेटिकुलर सामग्री के आधार पर ठोस-राज्य हाइड्रोजन भंडारण को विभिन्न यूएवी मिशन आवश्यकताओं के अनुरूप बनाया जा सकता है। चाहे पोर्टेबल गैस कारतूस या एकीकृत स्टोरेज सबसिस्टम के माध्यम से, यह उन्नत भंडारण विधि यूएवी ऊर्जा भंडारण अड़चन को तोड़ने में मदद करेगी, उड़ान अवधि का विस्तार करेगी, और वाणिज्यिक, औद्योगिक और रक्षा अनुप्रयोगों में परिचालन क्षमता को बढ़ाएगी।
यूएवी ऊर्जा प्रणालियों के भविष्य को फिर से परिभाषित करना
हाइड्रोजन-संचालित यूएवी की शुरूआत उद्योग में एक मौलिक परिवर्तन का प्रतिनिधित्व करती है, जो अगली पीढ़ी की हवाई प्रणालियों को अभूतपूर्व धीरज, चपलता और पेलोड क्षमता के साथ प्रदान करती है। चूंकि रेटिकुलर सामग्री के आधार पर ठोस-राज्य हाइड्रोजन भंडारण प्रौद्योगिकी परिपक्व होती रहती है, यूएवी निर्माता और ऑपरेटर ड्रोन अनुप्रयोगों में जो संभव है, उसकी सीमाओं को आगे बढ़ाने के लिए अपने फायदे को भुनाने में सक्षम होंगे।
यूएवी की पूरी क्षमता को अनलॉक करने के लिए पारंपरिक बैटरी तकनीक की बाधाओं से मुक्त होने की आवश्यकता होती है। नैनो-इंजीनियर रेटिक्यूलर सामग्री की शक्ति का उपयोग करके, हाइड्रोजन भंडारण की सीमाओं को संबोधित किया जा रहा है, भविष्य के लिए मार्ग प्रशस्त करते हुए जहां यूएवी लंबे समय तक काम कर सकते हैं, अधिक ले जा सकते हैं, और पहले से कहीं अधिक सुरक्षा और विश्वसनीयता के साथ कार्य कर सकते हैं।
यूएवी सिस्टम आर्किटेक्ट्स, निर्माताओं और ऑपरेटरों के लिए अगली पीढ़ी के ऊर्जा समाधानों को एकीकृत करने के लिए, ठोस-राज्य हाइड्रोजन भंडारण का पता लगाने का समय अब है। चाहे वाणिज्यिक रसद, रक्षा संचालन, या पर्यावरण/बुनियादी ढांचा निगरानी में, यह सफलता तकनीक यूएवी प्रदर्शन के भविष्य को आकार देने में महत्वपूर्ण होगी।
H2MOF के CTO डॉ। नील सिरोश, स्वच्छ ऊर्जा आर एंड डी, उत्पाद विकास और व्यावसायीकरण में 25 वर्षों के अनुभव के साथ एक हाइड्रोजन सिस्टम विशेषज्ञ हैं। उन्होंने डेमलर, टोयोटा, नासा और यूनिवर्सल हाइड्रोजन सहित संगठनों के लिए हाइड्रोजन स्टोरेज टेक्नोलॉजीज में ग्राउंडब्रेकिंग काम का नेतृत्व किया है, और पहले क्वांटम टेक्नोलॉजीज और हाइड्रिया/कैटेक गैसों में सीटीओ के रूप में सेवा की है। वह कई पेटेंट रखता है, हाइड्रोजन भंडारण पर बड़े पैमाने पर प्रकाशित किया है, और अंतरराष्ट्रीय हाइड्रोजन मानकों को आकार देने में मदद की है। डॉ। सिरोश ने कैलगरी विश्वविद्यालय से इंजीनियरिंग में पीएचडी और यूसी इरविन से एक कार्यकारी एमबीए अर्जित किया।
मिरियम मैकनाब ड्रोनलाइफ के एडिटर-इन-चीफ और जॉबफोर्ड्रोन्स के सीईओ, एक पेशेवर ड्रोन सर्विसेज मार्केटप्लेस और उभरते ड्रोन उद्योग के एक मोहित पर्यवेक्षक और ड्रोन के लिए नियामक वातावरण हैं। मिरियम ने 3,000 से अधिक लेखों को वाणिज्यिक ड्रोन स्पेस पर केंद्रित किया है और यह उद्योग में एक अंतरराष्ट्रीय वक्ता और मान्यता प्राप्त आंकड़ा है। मिरियम के पास शिकागो विश्वविद्यालय से डिग्री है और नई प्रौद्योगिकियों के लिए उच्च तकनीक बिक्री और विपणन में 20 से अधिक वर्षों का अनुभव है।
ड्रोन उद्योग परामर्श या लेखन के लिए, ईमेल मिरियम।
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