26/11/2013 - Nueva pila de combustible polimérica para aviones no tripulados

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Investigadores de Ingeniería de la Energía de la CEU-UCH, en colaboración con el Laboratorio de Investigación en Fluidodinámica y Tecnologías de la Combustión (LIFTEC) -instituto mixto del CSIC y la Universidad de Zaragoza- y la empresa aeronáutica alicantina Medavia (Mediterránea de Aviación S.L.), trabajan en el diseño de un nuevo concepto de pila de combustible, alimentada por hidrógeno y ultraligera, para su uso en los aviones no tripulados (UAV) de menos de 30 kilos de peso.

Esta nueva pila de combustible polimérica incorpora nuevos materiales como las aleaciones de magnesio para las placas bipolares en sustitución de las de aluminio, lo que las convierte en un 40% más ligeras, así como sistemas membrana electrodos de alta temperatura. Esta reducción en el peso permitirá a los UAV de menor tamaño mejorar la altitud y autonomía de vuelo, ampliando así sus posibilidades de uso, especialmente en el ámbito científico y medioambiental.

Los UAVs (Unmanned Aerial Vehicles) o aviones no tripulados tienen, además de un uso militar, diversas aplicaciones civiles y científicas, como la lucha contra los incendios, la vigilancia de redes de comunicaciones o la conservación del medio ambiente. Los UAVs más conocidos, como el Global Hawk o el MQ-1 Predator, han sido desarrollados para aplicaciones militares de comunicación y combate, por lo que incorporan sistemas de propulsión de gran tamaño y tienen gran capacidad de carga de combustible. Los investigadores de la CEU-UCH, el LIFTEC y Medavia trabajan en el diseño de UAVs mucho más pequeños y ligeros, que no superan los 30 kilos de peso y que utilizan el hidrógeno como combustible.

El desarrollo del proyecto se enmarca en la optimización de los UAVs que la empresa Medavia ha desarrollado, con tecnología propia para su propulsión: un desarrollo de motor híbrido (de combustión interna y eléctrico), capaz de utilizar diferentes combustibles, con alta eficiencia de consumo, pero con el problema de la pérdida de potencia en altitudes elevadas. Debido al bajo peso de estos UAV, no se les puede incorporar un turbocompresor como en el caso de los de mayor tamaño. Por tanto, para aumentar las cotas de vuelo y prolongar su autonomía, se hace necesario desarrollar un sistema de propulsión ligero e independiente de la presión y la concentración de oxígeno atmosférico.
 

Pila ultraligera

Este equipo investigador desarrolla para estos UAVs ligeros una planta propulsora por pila de combustible, donde se embarca tanto el combustible (hidrógeno) como el “comburente” (oxígeno). Al lograr una mayor eficiencia en la cantidad de combustible necesaria, se pueden alcanzar mayores cotas de altura y autonomías de vuelo superiores.

Por otro lado, el uso de sistemas de membrana de electrodos (MEAs según la literatura inglesa) permitirá a la pila ultraligera diseñada funcionar a más de 150°C. Esto facilitará el manejo del agua generada por reacción química en los cátodos porque se eliminará en forma de vapor, así como simplificará el sistema de refrigeración de la pila. Además, el uso de aleaciones de magnesio para las placas bipolares lleva asociada la investigación de nuevos recubrimientos para su protección contra la corrosión y nuevas formas de mecanizado, con el objetivo de poder industrializar a gran escala su producción.
 

Equipo investigador

Este proyecto es liderado por el Laboratorio de Investigación en Fluidodinámica y Tecnologías de la Combustión (LIFTEC), ubicado en Zaragoza, un instituto mixto del CSIC y la Universidad de Zaragoza. Los investigadores de la CEU-UCH que colaboran en este proyecto son Fernando Sánchez, Jordi Renau, José Miralles y Alberto Giménez, miembros del Grupo de Investigación y Desarrollo de Tecnologías en Aplicaciones Energéticas TEC-ENER, una de cuyas líneas de investigación, la “TecH2”, se dedica a la optimización energética y control de pilas de combustible que emplean hidrógeno como combustible.

Esta tecnología ya ha sido aplicada por el equipo de la CEU-UCH al coche eléctrico con motor de hidrógeno IDEA CEU Car, tercero este mes de mayo en la competición europea más importante en eficiencia energética, la Shell Ecomarathon, en la que se midió con 224 prototipos de 24 países. En esta última prueba logró batir el récord de España, recorriendo 8.386 kilómetros con la energía equivalente a un litro de gasolina, siendo el único prototipo español capaz de combinar tres energías limpias: el hidrógeno, las baterías de polímero de litio y la energía solar, mediante una placa fotovoltaica integrada en el chasis.

El proyecto de investigación, titulado “Diseño y fabricación de una pila PEM ultraligera de mediana potencia para unidad de energía de un UAV”, cuenta con financiación del Plan Nacional de I+D+i del Ministerio de Economía y Competitividad, hasta 2015 (Ref. ENE2012-38642-C02-01). Los primeros resultados de este proyecto han sido presentados este año en Hyceltec 2013 - IV Iberian Symposium on Hydrogen, Fuel Cells and Advanced Batteries, celebrado en Estoril (Portugal), del 26 al 28 de junio de 2013, donde se obtuvo el Premio al Mejor Poster, así como en el Primer Congreso Nacional de I+D en Defensa y Seguridad, celebrado en Madrid los días 6 y 7 de noviembre de 2013.

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CEU-UCH / DICYT

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