Drones propulsados por hidrógeno: una oportunidad de innovación en defensa

Los droneso aeronaves no tripuladas (UAV: Unmanned Aircraft Vehicle), están cada día más presentes en nuestro entorno con aplicaciones muy diversas. En el plano militar se han convertido en elementos imprescindibles como se ha demostrado en la guerra de Ucrania, pero también actúan en el plano civil, desde la observación, topografía, agricultura de precisión hasta la entrega de paquetería.

Las aplicaciones militares de los drones siguen estando a la vanguardia de la innovación ya que se continúan desarrollando tecnologías como sensores avanzados, posicionamiento GPS e inercial, Inteligencia Artificial (AI), etc. Estos desarrollos se aplican posteriormente en el campo civil.

Uno de los puntos en los que se está poniendo foco son los sistemas de propulsión. En este terreno, básicamente debemos destacar dos tipos de técnicas: motor de explosión con gasolina y motor eléctrico con baterías de litio. Cada uno de estos dos sistemas tiene su campo de aplicación concreto. El sistema de motor de explosión con gasolina es más adecuado en drones de gran tamaño y para vuelos de más de 30 minutos. Sin embargo, el motor eléctrico con batería es más utilizado en drones pequeños y para vuelos de corta duración, hasta 30 minutos y con bajo nivel de ruido.

Para aplicaciones militares, donde el bajo nivel de ruido es importante para evitar la detección temprana, sería ideal disponer de drones con motor eléctrico que permitieran una autonomía por encima de las 2 horas. De momento no es posible con la tecnología actual de baterías, debido a que la densidad de energía almacenada por las baterías de litio es muy pequeña (0,2 Kwh/kg) comparada con la gasolina (1,4 Kwh/kg).

Sin embargo, los avances tecnológicos han hecho posible que esta situación pueda cambiar ya que recientemente han llegado al mercado células de combustible para UAV (fuel cells) alimentadas por una botella de hidrógeno (H2) gaseoso a presión con las que se obtiene una densidad de energía de 1 Kwh/kg, considerando el peso de la célula más el hidrogeno y la botella. Con esta tecnología es posible aumentar hasta en 4 veces la autonomía de un dron con motor eléctrico y batería, pudiendo llegar sin problema a 2 horas o más.

La potencia de las células va desde los 250 w a los 2500 w, lo que permite drones de hasta 25 kilos, suplementándolas con baterías para los picos de potencia. Adicionalmente, el uso del H2 como combustible tiene la ventaja frente a la gasolina de que la emisión de gases contaminantes es nula, ya que el único residuo de la célula es agua.

Desarrollos actuales de drones con hidrógeno

Fuera de España existen ya varios modelos de drones con pila de H2 que se comercializan para aplicaciones civiles y militares. Entre ellos, destacan los de la firma coreana DOOSAN Mobility, que cuenta con un hexacóptero y un UAV de ala fija.

También conviene mencionar un dron hexacóptero de 25 kg de peso ofertado por la empresa Intelligent Energy, de Reino Unido.

En cuanto a proveedores de células de hidrógeno para UAV, junto a las dos empresas mencionadas, también destaca la estadounidense H3 Dynamics, que comercializa células hasta 2000 w.

El peso de las células, incluida la botella de almacenamiento, oscila entre los 3 y los 10 kg, lo que es una clara ventaja en términos de autonomía.

Costes

El precio de las células de H2 oscila entre los 10.000 dólares para las de baja potencia y los 40.000 dólares para las de mayor potencia, incluido el coste de la botella de H2 y el regulador de presión. Son precios elevados, pero se espera que se reduzcan a medio plazo por la competencia entre empresas y el aumento de la producción.

En cuanto al suministro de H2, este se comercializa en hidrogeneras (de las que actualmente hay 6 en España) o en botellas de acero a presión de 200 bar. El precio medio en hidrogenera es de 10€/kg (con un coste mínimo por suministro de unos 50 €) y de 100 €/kg en botella de 50 litros. Como referencia, se puede considerar que un dron de 25 kg consume 200 g/hora si es del tipo multicóptero y 100 g/hora si es ala fija.

Potencial de innovación en defensa

Tal y como se ha indicado, la utilización de una célula de hidrógeno en lugar de una batería de litio, proporciona la ventaja de conseguir una autonomía similar a los motores de gasolina, pero utilizando un silencioso motor eléctrico como propulsor. Esta ventaja es muy relevante para aplicaciones militares de drones con alcance más allá de la línea de visión (BVLOS).

Sin embargo, actualmente hay muy pocos drones susceptibles de uso militar equipados con célula de hidrógeno, con la excepción de los mencionados con anterioridad y que se encuentran en un estado temprano de desarrollo.

Por ello, se considera que hay amplias posibilidades de innovación en este campo, desarrollando drones para uso militar que exploten al máximo esta ventaja competitiva de autonomía y bajo nivel de ruido sin causar daños en el medio ambiente. Sin duda a corto plazo van a surgir desarrollos en esta línea.

A nivel nacional las iniciativas en este sentido son muy escasas, pero podemos destacar el desarrollo con fines experimentales de un UAV de ala fija de 20 kg y 4 metros de envergadura, con motor eléctrico alimentado por célula de hidrógeno. Ha sido diseñado por Ómicron Ingeniería (Grupo ITE) en el marco de un proyecto de Innovación en la Formación Profesional financiado por el MEFP.

Este prototipo utiliza una célula de hidrógeno de 1000 w de H3 Dynamics y ha conseguido en ser el primer UAV de ala fija que vuela en España con este combustible. Hasta la fecha se han conseguido vuelos de 1 hora de autonomía, pero el programa de ensayos continúa con el objetivo de conseguir más de 2 horas.

Con lo cual, podemos concluir que el uso de pilas de hidrógeno en el sistema de propulsión de drones para uso militar tiene un gran potencial innovador, dado que hasta ahora hay escasos desarrollos realizados tanto a nivel nacional como internacional.

Está claro que la investigación y el desarrollo de nuevas tecnologías deben seguir siendo una prioridad para adelantarse a las necesidades del mercado y continuar avanzando en la evolución de los drones, unos dispositivos que son claves no solo en el mundo de la defensa. De momento, las células de hidrógeno, ya disponibles y en rápida evolución técnica, permitirán optimizar los drones para uso militar haciéndolos más difíciles de detectar y permitiendo mayor autonomía sin necesidad de cambio de baterías. A la su vez, y no menos importante, estos avances evitan la emisión de gases de combustión y contribuyen en la preservación del medio ambiente.