?תאי דלק למל"טים

This post is also available in: English (אנגלית)

15019133_s

בעולם כולו מחכים לפריצת הדרך בתחום תאי דלק כמקור אנרגיה למערכות שונות. בישראל אומרים כי אם תושג פריצת דרך כזו היא תאפשר להרבה מערכות בתחום הגנת המולדת לפעול על תאי דלק ביעילות גדולה יותר. זה גם הדבר החם הבא בתחום הצבאי וכרגע בעיקר בנושא הנעה למטוסים ללא טייס על סוגיהם השונים.

כיום מניעים מל"טים בעיקר במנועי בעירה פנימית המופעלים בעזרת דלק רגיל או דלק כבד (סולר). יש גם מל"טים המונעים כיום בעזרת סוללה נטענת, אבל משך השהייה שלהם באוויר מוגבל מאוד.

כאן נכנסים לתמונה תאי הדלק שהם אמצעי טוב להפקת אנרגיה, אבל הנושא רק בחיתוליו למרות שיש כבר הישגים לא מבוטלים ואלה באים לידי ביטוי דווקא בישראל שהיא כידוע מעצמת מל"טים.

אנחנו מכירים את הסוללות  לסוגיהן.  סוללה היא יחידה כימית המכילה בתוכה אנרגיה כימית שכאשר אנו מחברים אותה לעומס היא מומרת לזרם חשמלי. הסוללה הינה התקן סגור – כלומר מכילה את כל הכימיקלים שלה בתוכה – ויכולה לספק כמות אנרגיה ידועה מראש עד שהיא מתרוקנת ולמעשה מסיימת את פעילותה הכימית. ברגע שהתגובה הכימית בתוך הסוללה מסתיימת, הסוללה בעצם "גמורה" וניתן להטעין אותה ע"י החזרת המצב הכימי שלה אחורנית.

לעומת הסוללה, תא דלק הינו התקן פתוח, כזה שכל הזמן נכנסים אליו כימיקלים (זהו בעצם הדלק שלנו) וכל עוד הדלק ימשיך להיכנס נקבל אנרגיה. כלומר, וזהו ההבדל העיקרי – הסוללה הינה מתקן לאחסון אנרגיה בעוד שתא דלק הוא מתקן להמרת אנרגיה. היעילות של תא דלק גבוהה יותר מהיעילות של הסוללה

יש כיום בשוק כמה סוגים של תאי דלק, הנבדלים בכל מיני פרמטרים החל מהכימיקלים המוכנסים לתוכם עד טמפ' עבודה. עקרון הפעולה של כולם הוא די דומה.

בתא דלק מסוג מימן – חמצן מוזרם הדלק (גז המימן)  דרך האנודה בה הוא מופרד ליונים
ואלקטרונים.  הפרדה זו מבוצעת באמצעות תגובה כימית בין האנודה לבין המימן המתרחשת בעזרת הזרז.

דרך האנודה והזרז עוברים רק יוני מימן בעלי מטען חיובי.  האלקטרונים שמטענם שלילי,  אשר אינם יכולים לעבור דרך האנודה לאלקטרוליט,  נעים דרך צרכן חיצוני המחובר לתא הדלק, וכך מספקים לצרכן את האנרגיה החשמלית הדרושה לפעולתו.

יוני המימן בעלי המטען החיובי, אשר עברו דרך האנודה, נעים דרך שכבת האלקטרוליט אל הקתודה. לקתודה עם הזרז שבה מוזרם חמצן מהאוויר בחוץ. החמצן מגיב, בעזרת הזרז שבקתודה, עם יוני המימן שנעו דרך האלקטרוליט,  ועם האלקטרונים שנעו דרך הצרכן החיצוני. כתוצאה מהתגובה נוצרים אדי מים. היתרון העיקרי של תאי דלק הוא שבתא דלק מתקבלת אנרגיה חשמלית בצורה ישירה.  בהשוואה למנוע בעירה פנימית כמות אנרגיית החום המתקבלת בתא דלק היא מועטה ואינה מהווה שלב לצורך הפקת האנרגיה החשמלית.

בנוסף לתא דלק מסוג מימן-חמצן, קיימים סוגים שונים של תאי דלק. עקרון הפעולה שלהם זהה, אלא שהם בנויים מחומרים שונים המשמשים כאלקטרודות, כזרזים וכאלקטרוליטים, וכן גם היונים המועברים דרך האלקטרוליט שונים.

נראה כי העניין הגדול בשלב זה בתאי דלק הוא בתעשיית המלטים. רונן נדיר מנכ"ל חברת BLUE BIRD לפיתוח וייצור מלטים אומר כי המל"ט מדגם "בומרנג" שפיתחה החברה מופעל כבר באמצעות תאי דלק. נדיר מסביר כי "חוק האצבע" בכל הקשור לתאי דלק הוא כזה – על כל 3 ק"ג של סוללה רגילה יכול מל"ט לטוס שעתיים. לעומת זאת על כל ק"ג משקל של תאי דלק יכול המל"ט לטוס 3 שעות. זה כמובן חישוב גס אבל הוא מראה את היתרון הגדול ומסביר מדוע החברה של נדיר וגם חברות אחרות עושות מאמץ להשיג יכולת גדולה ככל האפשר לעשות שימוש בתאי דלק להפעלת מלטים.

בשנים האחרונות היו הרבה פרסומים על כך שצבאות מפעילי מלטים מסתייגים ממערכות של תאי דלק המבוססות על מימן דחוס וזאת בגלל הסכנה לכאורה שנשקפת ממיכל כזה.

רונן אומרי כי מדובר ב"אגדה אורבאנית", ולדבריו השיטה של מימן דחוס היא הטובה ביותר ואין בה סכנה. "אנחנו לוקחים מיכל ששוקל 2 ק"ג ומכניסים לתוכו 120 גרם של מימן". לדבריו, גם אם מיכל כזה יתפוצץ, לא מדובר במשהו כמו פצצה אלא במשהו שדומה יותר לנקניקיה שמתבקעת במים רותחים. "המיכל בו מכניסים את המימן הדחוס העשוי ממתכת בצרוף חומרים מרוכבים הוא מוגן מאוד".

חברת BLUE BIRD מייצרת בעצמה את מערכת תאי הדלק שהיא מתקינה במלט ה"בומרנג". כמובן שחלקים שונים נרכשים מהמדף אולם החברה מרכיבה את המערכת על פי ניסיונה.

הבעיה אומר נדיר היא גודל  מיכל המימן. זה מונע כיום התקנת מערכת של תאי דלק במל"טים קטנים.

כאמור המל"ט מדגם "בומרנג" של החברה כבר מופעל באמצעות תאי דלק ונראה כי בעתיד כאשר תאי הדלק יהיו קלים יותר הם ישמשו מקור אנרגיה גם למל"טים אחרים, קטנים יותר.

כאשר מתקינים מערכת של תאי דלק במל"ט יש תמיד בצמוד אליה סוללת גיבוי. זו מאפשרת למל"ט להמריא בשלב בו מערכת תאי הדלק מתחילה לפעול ולספק מתח חשמלי.

רונן נדיר צופה כי גם אחרי שמערכת תאי הדלק תהיה קטנה ויעילה יותר היא תשמש רק במיני-מל"טים. המיקרו-מל"טים ימשיכו לדעתו של רונן נדיר לטוס באמצעות סוללה שכן שם היעילות ביחס למשקל גדולה.

גם היצרניות הישראליות האחרות של מל"טים בוחנות את תאי הדלק ואין בכלל ספק שזה הדבר הבא בתחום ההנעה של כלים בלתי מאוישים.

בכמה מקומות בעולם יש מרכזי פיתוח של תאי דלק מסחריים. חברת "הורייזון" מסינגפור למשל סיפקה מערכות של תאי דלק לכמה יצרניות מל"טים בישראל והיא ממשיכה לשתף פעולה עם כמה מהן.

במקביל היצרניות הישראליות רוכשות מיומנות בתחום ונראה כי הן מעדיפות בסופו של דבר לייצר את תאי הדלק בעצמן על פי צרכיהן המדויקים.

בעולם נעשים כל הזמן ניסיונות לנצל אנרגיה סולרית להנעת כלי טיס. יש הישגים אבל הם טרם הבשילו לכדי מערכת מבצעית. זו כמובן השיטה האופטימאלית- מערכת סולרית שקולטת קרינה שמש ואוגרת אותה לצורך הפעלת מדחף במשך שעות ארוכות. אבל כל עוד השיטה הזו המבוססת על קרני השמש לא תבשיל לגמרי, תאי הדלק נראים כפיתרון הטוב מכולם.

אריה אגוזי עורך ראשי, i-HLS
אריה אגוזי
עורך ראשי, i-HLS