ヘルムホルツ協会、自律型水中ドローン用の人工エラを開発。燃料電池電源システムに必要な酸素を水中から採取

エネルギー源として水素を使用するこのシステムは、リチウム電池よりもはるかに持続可能で、水中ドローンの航続距離を延ばすことができる。ユニークな特徴は、膜技術を使用して、魚のえらのように海水から酸素を抽出することだ。

水中ドローンは数週間にわたって海洋を自律航行できる。センサーは温度、圧力、塩分、酸素濃度、海流などのパラメータを測定する。最大1,000メートルの深さまで潜ることができるため、調査船では困難な測定が可能になりる。

さらに、水中ドローンは調査船よりもはるかに低コストで運用できる。ただし、リチウムバッテリーは研究チームにとって課題となる。危険物として分類されているため、厳格な安全規制の下でのみ輸送できるため、ロジスティクスが複雑になり、プロジェクトコストが増加する。

インスピレーションとしての自然

ヘルムホルツ協会ヘレオンのルーカス・メルケルバッハ博士とプロコピオス・ゲオルゴパノス博士は代替案を開発した。バッテリーを使用する代わりに、水素と酸素から電気を生成する燃料電池で水中ドローンを動かすことを提案している。

水中ドローンは配備場所で水素で満たされる。金属水素化物を入れた容器は安全で効率的な貯蔵媒体として役立つ。これらの水素化物は、原子レベルで水素を金属水素化物に結合させることにより水素を貯蔵する。一方、酸素は貯蔵されるのではなく、海水から直接抽出される。

メルケルバッハ博士は、次のようにコメントする。

メルケルバッハ博士は沿岸海洋ダイナミクス研究所に勤務し、自身の研究で水中ドローンを使用している。

このコンセプトは、ルーカス・メルケルバッハ博士が膜研究所のプロコピオス・ゲオルゴパノス博士と共同で開発した。ゲオルゴパノス博士は、水中ドローンの船体に組み込むと人工エラとして機能する酸素透過性シリコン膜を発見した。

膜の外側を酸素を豊富に含む海水にさらすと、膜は内部の再循環気流に酸素を拡散させる。燃料電池は、この気流から酸素を抽出し、水素と反応して電気エネルギーを生成する。

より広い範囲と持続可能性

これにより、水中ドローンをより長い期間運用できるようになる。さらに、水素はバッテリーよりも持続可能なエネルギー源だという。

ゲオルゴパノス博士とメルケルバッハ博士は、すでに新エネルギーシステムの特許を取得している。論文「水中用途向け人工鰓膜を備えた燃料電池電源システム」では、初のプロトタイプを紹介している。

この論文は最近、Advanced Science誌に掲載された。今後数年間で、彼らはMUSEプロジェクトの一環としてシステムをさらに最適化する予定だ。ヘレオンは、この取り組みのために膜研究研究所と水素技術研究所のチームを強化する。

MUSEは、アルフレッド・ヴェーゲナー研究所、ブレーマーハーフェンのヘルムホルツ極地海洋研究センター (AWI)、キールのGEOMARヘルムホルツ海洋研究センターとの共同プロジェクトで、海洋技術とインフラの発展を目指している。

▶︎ヘルムホルツ協会