Des chercheurs du Conseil de la recherche scientifique et industrielle (CSIR) ont démontré la propulsion par pile à combustible à hydrogène pour les véhicules aériens sans pilote (UAV) dans une simulation matérielle dans la boucle (HWIL).
Les chercheurs du CSIR ont utilisé une simulation d’un drone hybride à décollage et atterrissage vertical (VTOL) (H2UAV) pour la démonstration en mai de l’année dernière. La simulation HWIL comprenait le module de pile à combustible et le réservoir de stockage d’hydrogène et, entre autres, simulait en laboratoire les charges électriques qui seraient subies en vol. Les futurs tests simuleront les performances des piles à combustible dans différentes conditions environnementales.
L’industrie aéronautique dépend encore largement des combustibles fossiles pour sa propulsion, a noté le Conseil. Les avantages de la propulsion à hydrogène pour les drones incluent des temps de vol plus longs que la propulsion électrique en raison d’une densité énergétique de carburant plus élevée, d’un potentiel zéro émission, d’un ravitaillement plus rapide et d’une capacité de charge utile accrue.
« Bien que la recherche sur les piles à combustible à hydrogène soit encore au stade de développement, une fois terminée, un système de propulsion à pile à combustible commercialement viable et le drone alimenté à l’hydrogène seront concédés sous licence à un partenaire local pour l’industrialisation et la commercialisation », a déclaré le CSIR.
Le drone H2 est conçu dès l’origine pour la propulsion à hydrogène et est actuellement en cours de développement au CSIR. Pesant moins de 35 kg et ayant une envergure de quatre mètres, le drone à décollage et atterrissage vertical pourra supporter une charge utile de 5 kg et aura une durée de vol d’environ 10 heures ou plus. Il pourra fonctionner dans des conditions défavorables, notamment de légères pluies et des températures allant de -19 à +45 degrés Celsius.
Image : CSIR
Une conception modulaire permettra une reconfiguration rapide de la charge utile, la rendant adaptable à différents types de missions, telles que les patrouilles, le contrôle ou la surveillance. Comme le drone propulsé à l’hydrogène fonctionnera silencieusement, il sera idéal pour les missions de surveillance et de reconnaissance.
Le projet pluriannuel a été lancé et financé par le ministère de la Science, de la Technologie et de l’Innovation (DSTI). Le développement du H2UAV est une première étape d’une feuille de route vers une utilisation élargie de l’hydrogène dans l’aviation sud-africaine, y compris les avions de l’aviation générale et les avions de ligne régionaux. Ceci est conforme à la feuille de route de la société de l’hydrogène de la DSTI qui vise à développer une économie de l’hydrogène durable et compétitive en Afrique du Sud d’ici 2050.
Kevin Jamison, ingénieur en chef : Systèmes aérospatiaux au CSIR, a déclaré à DefenceWeb que lorsqu’il s’agit de décarboner l’aviation, il est plus facile de commencer dans un endroit abordable. Du point de vue de la gestion des risques, il est plus facile de commencer petit, puis de passer à l’échelle supérieure, avec comme objectif final des avions de ligne régionaux alimentés à l’hydrogène et des avions pilotés.
Katleho Ramotsabi, chef de projet principal : Systèmes aérospatiaux au CSIR, a déclaré que le rôle du Conseil dans la feuille de route de la société de l’hydrogène est d’établir et de localiser la fabrication vers l’objectif ultime de décarboner le secteur des transports. La feuille de route couvre les secteurs de l’exploitation minière, de la mobilité aérienne et du transport lourd. Le CSIR a également entamé des travaux avec les régulateurs autour de la production, du remplissage, du stockage et du transport de l’hydrogène.
Ramotsabi a noté qu’il existe une forte demande pour les drones hybrides VTOL, avec des prévisions de marché prévoyant une croissance annuelle composée d’environ 20 % au cours des cinq prochaines années, et une demande provenant de plusieurs secteurs clés tels que le commerce, l’armée, les forces de l’ordre et le gouvernement.
Le responsable de la zone d’impact du CSIR pour les systèmes aérospatiaux, Biko Managa, a réitéré l’intention de son équipe de repousser les limites de la propulsion aéronautique pour l’industrie locale. « Nous travaillons à positionner l’Afrique du Sud comme leader des technologies aéronautiques basées sur l’hydrogène, en réduisant la dépendance aux combustibles fossiles et en contribuant à un avenir plus propre pour l’aérospatiale », a-t-il déclaré.
« La recherche d’alternatives à l’hydrogène ne consiste pas seulement à réduire les émissions de gaz nuisibles à l’environnement, mais au CSIR, nous y voyons également une opportunité pour explorer de nouveaux domaines scientifiques, développer de nouvelles compétences, créer des emplois, favoriser les partenariats et stimuler les exportations de produits sud-africains », a-t-il ajouté.
Le projet bénéficie des travaux menés par Hydrogen SA (HySA), une initiative de DSTI, à travers ses centres de compétence (CoC), qui a entre autres développé un générateur d’hydrogène portable sur site capable de produire 2,5 kg d’hydrogène par jour. Le système pèse 850 kg. HySA Infrastructure a également développé un réservoir de stockage pesant 1,7 kg et capable de stocker 4,7 litres d’hydrogène.
Jamison a déclaré que le gouvernement était très intéressé par les piles à combustible car elles ont besoin de platine dans leur catalyseur – et l’Afrique du Sud est un important producteur de platine. Bien que l’hydrogène présente des avantages et des inconvénients, il s’agit d’une alternative prometteuse en matière d’énergie verte. Bien que le financement du projet de pile à combustible et du projet H2UAV ait été incohérent, le CSIR est en train de mettre en place un cadre de financement et l’attention est renouvelée sur la relance du projet, a déclaré Jamison.
L’armée sud-africaine s’intéresse déjà au H2UAV, et le ministère du Commerce, de l’Industrie et de la Concurrence a contacté le CSIR, notant l’intérêt de l’Autorité de gestion des frontières pour un drone silencieux à longue autonomie. Jamison pense qu’il existe de nombreux clients potentiels pour un drone propulsé par une pile à combustible, comme le ministère des Forêts, de la Pêche et de l’Environnement, qui souhaiterait disposer d’un tel avion pour les patrouilles anti-pollution.
