Hibrit otomobillerden sonra yakıt hücresi kullanan hibrit uçaklar da geliyor
Hibrit İnsansız Hava Taşıtlarında elektrik üretmekte kullanılan yakıt hücreleri, bu robot uçakların 4 kat uzun süre uçmasını sağlayacak. Uzaktan kumandalı robot uçaklar, bir gün pilotlu gerçek uçakların ve helikopterlerin yerini alacak.
Yakıt Hücreli Hibrit Güç Kaynağı kullanan robot uçaklar, benzerlerinden çok daha hafif ve hızlı. Aynı zamanda, daha çok silah taşıyor ve gün boyu havada kalabiliyor. Peki, yakıt hücreli hibrit güç kaynağı ne demek? İşte bunun için kasedi başa sarmamız lazım.
Silahlı kuvvetlerde insansız hava taşıtları
Türkiye’nin sınırlarını korumak için İnsansız Hava Araçlarına (UAV) ihtiyacı var: Uzaktan kumandalı UAV’lar havadan keşif yapıyor, termal kameralarla değerli istihbarat bilgileri toplayarak, dağlık arazide sınırları koruyor. UAV’lardan yararlanan askerlerin, düşmanı saklandığı yerde bulması kolaylaşıyor.
Savaş yükü taşıyan UAV’lar ağır olduğu için çok yakıt tüketiyor ve bu da havada kalma süresini kısaltıyor. Silahlı UAV’ların, havada uzun süre uçabilmesi önemli. Çünkü:
UAV’lar pilotların savaş uçakları veya helikopterlerle giremediği mağara ve çukurları bombalayabiliyor. Bir helikopterden çok daha sessiz uçan UAV’lar, helikopter gibi havada asılı kalarak, 2-3 kişilik düşman timlerini arazide tespit ettiği anda vurabiliyor.
Yakıt hücreleri kullanan UAV’lar, güç kaynağı olarak sadece pil/batarya/akü kullanan insansız robot uçaklardan daha uzun süre uçabiliyor (Tıpkı otomobillerde bujileri çalıştıran akülerde olduğu gibi, UAV’ların da elektrik üreten bir sisteme ihtiyacı bulunuyor).
Ancak, sırayla ilerleyelim ve önce, yakıt hücrelerinin insansız uçaklarda ne işe yaradığını, ne gibi avantajlar sağladığını anlatalım.
Yakıt hücrelerinin benzin deposundan farkı
Öncelikle, UAV’lar motoru ve pervaneleri çalıştırmak için zaten yakıt tankı taşıyor. Ancak, uçak yakıtından aynı zamanda elektrik üretmeye kalkarsak, insansız hava taşıtlarının daha büyük yakıt tankı taşıması gerekecek (elektrik üretmek için fazladan yakıt yakılacak). Bu tür motordan elektrik üreten tasarımlar var, ancak bunlar genellikle ağır ve hantal sistemler.
Oysa UAV’ların bütün esprisi, küçük ve manevra yeteneği yüksek robot uçaklar / helikopterler olmaları… Büyük yakıt tankları, dolu yakıt tankının kendi ağırlığını da hesaba kattığımızda, UAV’ları yavaşlatacaktır. Silah taşıyan UAV’ların ise bomba ve roketlerin ağırlığını telafi etmek için özellikle hafif olması gerek. İşte bu nedenle, küçük UAV motorlarının, F-16 avcı uçaklarında olduğu gibi hem uçağı uçurmasını hem de elektrik üretmesini tercih etmiyoruz.
Sadece akülü UAV’lar kullanamaz mıyız?
Uzaktan kumandalı oyuncak arabaların çoğu pille çalışır. Ancak, UAV’lar uçmak için büyük miktarda enerji harcıyor. Günümüzde elektrikli motorların küçük bir robot uçağı bile uçurması zor. Uçakların “pili çabuk bitiyor”.
NASA, kanatlarındaki güneş panelleri sayesinde güneş enerjisinden elektrik üreterek çalışan deneysel bir UAV tasarladı ama şimdilik bu sistemler askeri uygulamalar için gereken gücü sağlayamıyor. Sadece pil kullanan elektrikli UAV tasarımları da mevcut, ancak motor gücünden elektrik üretmeyen silahlı robot uçaklar için, akülere yardımcı olan ek bir güç kaynağı lazım.
Türk Silahlı Kuvvetleri tarafından geliştirilen ve İsrail tarafından ileri teknoloji ürünü bir model olarak tanımlanan 1600 kg’lık TAİ Anka serisi gibi büyük ve nispeten yavaş UAV’larda büyük akü kullanmak sorun değil. Ancak, silahlı minyatür UAV’ların ve orta boy insansız hava taşıtlarının hafif olması için, hem küçük aküler kullanmamız hem de daha fazla enerji üretmemiz gerek.
Buradaki sorun, savaş uçaklarında olduğu gibi motoru ilk kez çalıştırmak için akülü güç kaynağı kullanmak değil. Asıl sorun, uçak motorunun gücünden yararlanmadan, uçağa sürekli güç sağlamak. Bu yüzden UAV’lardaki aküleri ek güç kaynaklarıyla desteklemek lazım. Geriye tek bir çözüm kalıyor: Akülerin yanında yakıt hücresi de taşıyan hibrit UAV’lar…
Yakıt hücreleri nedir?
Ticari amaçlı yakıt hücreleri ilk kez NASA için (uzay mekikleri vb.) geliştirildi. Uzay mekikleri emekliye ayrıldı ama yakıt hücresi mirası gelecek kuşaklara kaldı. Bugün hibrit araba tasarımlarında yakıt hücreleri kullanılıyor.
80’lerde uzay mekiklerine yerleştirilen yakıt hücreleri ve 90’larda hibrit otomobillere takılan modeller bir hidrojen-oksijen sistemi kullanıyordu. Örneğin, uzay mekiklerinin yakıt hücrelerinde hidrojen ve oksijeni elektriğe dönüştüren bir güç üretim odası vardı. Uzay mekiklerinin uzayda kendine yeterli olması gerektiği için, bu sistem aynı zamanda ısı ve su üretecek şekilde tasarlanmıştı. Normalde yakıt hücreleri zaten atık olarak ısı ve su üretir (Aslında bu, benzinli motorlar ve diğer içten yanmalı motorlardaki egzoz gazı ile aynı şey).
Yakıt hücreleri filmlerdeki arabaların benzin depoları gibi patlayıp alev almaz
Standart yakıt hücrelerinde hidrojen gibi bir yakıt ve yakıtı yakarak enerji üreten oksijen gibi bir oksitleyici bulunur. Ancak, bu oksitleyici, hidrojeni içten yanmalı motorlarda olduğu gibi alevlendirerek yakmaz. Pistonlardaki gibi motor şaftını döndüren kontrollü patlamalara yol açmaz. Bunun yerine, deyim yerindeyse, sıcak kömür veya odun gibi içten içe tütmesini sağlar. Geleneksel yakıt hücrelerinde potasyum hidroksitten oluşan bir elektrolit sıvı bulunur. Elektrik üretiminde oksijen elektrotu katot, hidrojen elektrotu ise anot yerine geçer. Sonuçta, katot ve anot arasında bir elektrik akımı oluşur (ki Volta pilinin temel çalışma prensibi budur).
Hidrojeni, sünger işlevini gören “hidrojen sever bir sıvıya” yedirmek, yakıt hücrelerinin en güvenli ve kullanışlı yanıdır. Hidrojen, 1937’de gerçekleşen Hinderburg zeplin kazasından bildiğimiz gibi, son derece yanıcı bir gazdır. Hidrojenle çalışan bir araba çevreyi kirletmeyen temiz enerjiyle çalışır ama hidrojeni bir tanka koyamazsınız (Yakıt hüclerinde hidrojen kullanılmasının nedeni ise, hidrojenin çok yanıcı, enerjik bir gaz olmasıdır).
Bir tanka yeteri kadar hidrojen doldurmanın tek yolu hidrojeni sıvılaştırmaktır. Yoksa hidrojen gaz halinde çok yer kapladığı için, Kadıköy sahilindeki sarı balon gibi büyük yakıt tankları gerektirecektir. Hidrojeni ancak -253 santigratta sıvılaştırabiliriz. Hidrojeni soğutmak ek enerji gerektirir ve sıvı hidrojen yüksek basınçlı tanklarda saklanır. Böyle bir tankın delindiği / patladığı zaman çevreye büyük zarar vereceğini hayal edebilirsiniz.
İşte bu yüzden, arabalarda ve insansız hava araçlarında, can ve mal güvenliği açısından yakıt tankları değil de yakıt hücreleri kullanmanın yolları araştırılıyor (yakıt hücreleri ile beslenen elektrik motorları, gelecekte içten yanmalı motorların yerini alabilir).
Yakıt hücreleri, hidrojeni emen sıvılar sayesinde, büyük miktarda hidrojenin otomobil bagajı kadar küçük bir alanda depolamaya izin veriyor. Yakıt hücreleri sayesinde, sıvı hidrojenin buharlaşıp gaz haline geri dönmesini önlemek için sürekli çalışan ve taşıtta ağırlık yapan, arıza durumunda ise kaza riskine yol açan güçlü soğutma sistemlerine gerek kalmıyor.
LPG yakıt hücresi kullanan insansız hava taşıtları
Bilim adamları son 40 yılda farklı yakıt hücreleri geliştirdi. Bunlardan biri de yakıt olarak propan kullanıyor (taksilerden bildiğimiz LPG veya İstanbul’da elektriklerin kesildiği 80’li yıllardaki eski adıyla, hava gazı).
ABD İleri Savunma Araştırma Projeleri Dairesi (DARPA), insansız hava taşıtları için kullanımı kolay ve güvenli bir Oksitli Kompakt Katı Yakıt Hücresi geliştirdi (SOFC). Bu enerji hücresinde de yakıt olarak propan kullanılıyor. Propan çok enerjik bir hidrokarbon olduğu için UAV’larda özellikle tercih edildi. Propanlı yakıt hücreleri UAV’lara savaş yüküyle saatlerce uçmak için gereken enerjiyi sağlayacak.
DARPA, SOFC yakıt hücresinin geliştirildiği Yüksek Teknoloji İle Taktik Amaçlı Güç Üretimi (TAP) programına ek olarak, Lockheed Martin firmasının geliştirdiği Stalker XE adlı bir insansız hava aracıyla da çalışıyor. DARPA’nın SOFC yakıt hücresini kullanan Stalker XE, 8 saatten fazla uzatılmış uçuş süresi ile, diğer UAV’lardan 4 kat uzun süre havada kalabiliyor.
Bu yakıt hücresi, Stalker XE insansız hava taşıtının hibrit güç kaynağının ana bileşenini oluşturuyor. Sistemde, yüksek yoğunluklu yakıt hücresi, geleneksel bir lityum polimer pille birlikte kullanılıyor. Yakıt hücresi, UAV’ın kamera ve diğer arazi keşif ve havadan erken uyarı sistemleri için gereken gücü sağlıyor. UAV’ın kısa süreler için daha fazla elektriğe ihtiyacı olduğu durumlarda ise, lityum polimer pil de devreye girerek ek güç sağlıyor. Bu pil, normal zamanlarda şarjını koruyarak, UAV için yedek güç kaynağı (bir tür UPS) görevini de üstleniyor.
İki dünya savaşından sonra hiç akıllanmadık; teknolojiye hâlâ askeri araçlar ve silahlar öncülük ediyor.
Soldan ilk fotoğraf, Türk yapımı TAİ Anka
