Czy niewielka, bezzałogowa jednostka pływająca może pomóc w wykrywaniu zanieczyszczeń, badaniu dna rzek i kontrolowaniu infrastruktury hydrotechnicznej? Naukowcy z kilku polskich ośrodków badawczych pracują nad rozwiązaniem, które może w przyszłości zmienić sposób monitorowania środowiska wodnego. Projekt ASVH2 zakłada stworzenie lekkiego, autonomicznego drona napędzanego wodorem i energią elektryczną. W przedsięwzięciu ważną rolę odgrywają również badacze z Wrocławia, którzy chcą wykorzystać swoją wiedzę do opracowania wytrzymałych materiałów konstrukcyjnych, w tym takich powstających z surowców odpadowych. Stawką jest nie tylko rozwój nowoczesnej technologii, lecz także skuteczniejsza ochrona rzek i jezior.

Przeczytaj również: Wrocław wygrywa z Warszawą i Krakowem. Zagraniczni studenci coraz chętniej wybierają stolicę Dolnego Śląska

To nie zwykła łódź, lecz pływające laboratorium

Projekt ASVH2 zakłada budowę niewielkiej, dwukadłubowej jednostki nawodnej, która będzie mogła wykonywać zadania bez załogi na pokładzie. Dron ma korzystać z hybrydowego napędu wodorowo-elektrycznego, a jego konstrukcja zostanie dostosowana do prowadzenia badań i obserwacji środowiskowych.

Za przedsięwzięcie odpowiada Politechnika Opolska, która pełni funkcję lidera projektu. W pracach uczestniczy łącznie siedmiu partnerów, w tym trzy uczelnie techniczne, instytut badawczy, dwie firmy oraz organizacja wspierająca rozwój technologii wodorowych. Wśród zaangażowanych ośrodków znalazły się także Politechnika Wrocławska i wrocławski instytut Łukasiewicz – PORT.

Choć prototyp urządzenia powstał już na Politechnice Opolskiej, przed zespołem pozostaje jeszcze rozwijanie i sprawdzanie poszczególnych rozwiązań technicznych. Celem jest stworzenie jednostki, która będzie mogła samodzielnie realizować zaplanowane misje albo pracować pod nadzorem operatora.

Najważniejsza nie będzie jednak sama konstrukcja drona, lecz wyposażenie, które pozwoli mu zbierać informacje o stanie środowiska. Na pokładzie ma znaleźć się aparatura badawcza umożliwiająca wykorzystanie różnych czujników, pobieranie próbek wody oraz analizowanie ukształtowania dna zbiorników.

Takie rozwiązanie może okazać się szczególnie przydatne w miejscach, w których regularne prowadzenie pomiarów jest trudne, czasochłonne lub wymaga zaangażowania większych zasobów. Bezzałogowa jednostka mogłaby docierać do wyznaczonych punktów, zbierać dane i przekazywać je specjalistom, którzy na ich podstawie ocenialiby stan badanego obszaru.

Profesjonalne leczenie kanałowe Wrocław pozwala przywrócić pełną funkcję oraz estetykę uśmiechu, zapewniając długotrwały efekt i bezpieczeństwo.

Wykrywanie zanieczyszczeń i kontrola Odry. Jak może pomóc nowy dron?

Jednym z najważniejszych potencjalnych zastosowań ASVH2 będzie monitorowanie rzek i jezior. Woda jest zasobem niezbędnym dla ludzi, rolnictwa i przyrody, a jej jakość ma bezpośrednie znaczenie dla funkcjonowania całych ekosystemów. Regularne zbieranie danych może pomóc w rozpoznawaniu niepokojących zmian i sprawniejszym kierowaniu działań kontrolnych tam, gdzie są najbardziej potrzebne.

Dron ma umożliwiać pobieranie próbek, prowadzenie pomiarów przy użyciu czujników oraz rozpoznawanie dna zbiorników. W zależności od zastosowanej aparatury i rozwiniętych funkcji jednostka mogłaby wspierać specjalistów w poszukiwaniu oznak zanieczyszczenia oraz obserwowaniu zmian zachodzących w środowisku wodnym.

Nie oznacza to jednak, że samo urządzenie będzie automatycznie rozpoznawać wszystkie niebezpieczne substancje. Skuteczność wykrywania konkretnych zanieczyszczeń będzie zależała od rodzaju zastosowanych czujników, metod pomiarowych i późniejszej analizy zebranych danych. W wielu przypadkach niezbędne pozostaną również badania laboratoryjne próbek.

Potencjalnymi odbiorcami technologii mogą być instytucje odpowiedzialne za zarządzanie infrastrukturą hydrotechniczną, w tym obiektami zlokalizowanymi nad Odrą.

– Taki dron może monitorować stan środowiska, pobierać próbki i wykorzystywać różne czujniki. Potencjalnymi odbiorcami mogłyby być na przykład instytucje, które zarządzają infrastrukturą hydrotechniczną na Odrze – wskazuje prof. Andrzej Białowiec z Łukasiewicz – PORT we Wrocławiu.

Znaczenie tego rodzaju rozwiązań może wykraczać poza monitoring środowiskowy. W przyszłości podobne jednostki mogłyby wspierać kontrolę instalacji portowych, a nawet morskich farm wiatrowych. Bezzałogowa technologia dawałaby wówczas możliwość prowadzenia wybranych inspekcji bez konieczności każdorazowego wysyłania załogi na miejsce.

To warto wiedzieć: Bastion Ceglarski we Wrocławiu odzyskuje dawny blask. Pierwszy etap pochłonął 1,8 mln zł, a to dopiero początek

Wodór zamiast ciężkich akumulatorów. Na czym polega napęd ASVH2?

Jednym z kluczowych wyzwań podczas projektowania niewielkich jednostek pływających jest ograniczenie ich masy przy jednoczesnym zapewnieniu odpowiedniego zasięgu i możliwości wykonywania zadań. Dodatkowe wyposażenie badawcze, czujniki i aparatura wymagają energii, a klasyczne akumulatory mogą znacząco obciążać konstrukcję.

Dlatego twórcy ASVH2 chcą wykorzystać hybrydowy układ wodorowo-elektryczny. Podstawowym elementem systemu będzie ogniwo paliwowe, w którym wodór zostanie wykorzystany do wytwarzania energii elektrycznej. Jednostka ma mieć również dodatkowy magazyn energii, który będzie wspierał zasilanie w momentach zwiększonego zapotrzebowania na moc.

Takie połączenie ma pozwolić na ograniczenie rozmiarów akumulatora, a tym samym zmniejszenie masy całego drona. Jest to istotne, ponieważ lżejsza konstrukcja może ułatwić projektowanie niewielkiej jednostki zdolnej do przenoszenia wyposażenia pomiarowego.

– Bateria litowo-jonowa jest ciężka. W układzie wodorowym również jej potrzebujemy, ale może być mniejsza. Dzięki temu zmniejszamy masę drona. A kiedy wykorzystujemy wodór w ogniwie paliwowym, produktem reakcji jest woda, nie spaliny – wyjaśnia prof. Białowiec.

Zastosowanie ogniwa paliwowego może ograniczyć lokalne emisje związane z napędem podczas pracy jednostki. W przeciwieństwie do tradycyjnego silnika spalinowego nie zachodzi w nim spalanie paliwa, a produktem reakcji elektrochemicznej jest woda. Całkowity wpływ rozwiązania na środowisko będzie jednak zależał również od sposobu produkcji wodoru, źródeł energii i całego cyklu życia wykorzystywanych komponentów.

W przypadku urządzenia przeznaczonego do monitorowania rzek ma to szczególne znaczenie. Technologia, która ma wspierać ochronę środowiska, powinna sama w sobie ograniczać negatywne oddziaływanie na otoczenie. Wodorowy napęd może być jednym z elementów takiego podejścia, choć ostateczna ocena jego efektywności będzie wymagała sprawdzenia parametrów gotowej jednostki.

Wrocławscy badacze chcą wykorzystać odpady. Nowe materiały dla wodnego drona

Wrocławski wkład w projekt nie ogranicza się do rozwoju technologii związanych z samą jednostką. Ważną rolę odgrywają również prace nad materiałami, z których może zostać wykonana jej konstrukcja.

Za ten obszar odpowiada między innymi prof. Andrzej Białowiec, kierujący w Łukasiewicz – PORT Grupą Badawczą Inżynierii Biomateriałów i Technologii Środowiskowych w Centrum Inżynierii Materiałowej. Zespół zajmuje się m.in. przetwarzaniem biomasy i odpadów, technologiami środowiskowymi oraz rozwiązaniami wspierającymi gospodarkę o obiegu zamkniętym.

W projekcie ASVH2 badacze chcą sprawdzić, czy tradycyjne materiały stosowane do budowy jednostek pływających można częściowo zastąpić rozwiązaniami wykorzystującymi surowce odpadowe. Kluczowe będzie przy tym zachowanie odpowiedniej wytrzymałości, trwałości i odporności konstrukcji na warunki eksploatacji.

– Typowe łodzie budowane są obecnie z kompozytów poliestrowo-szklanych, w których włókno szklane stanowi zbrojenie. Możemy jednak szukać innych włókien, równie wytrzymałych, które pozwalałyby wykorzystać odpady, być może również biomasę – mówi prof. Białowiec.

To kierunek, który wpisuje się w szersze poszukiwania sposobów ograniczania zużycia surowców pierwotnych i lepszego zagospodarowania materiałów odpadowych. Jeżeli uda się opracować odpowiednie kompozyty, część surowców, które w innych procesach mogłyby stać się odpadem, będzie można wykorzystać jako element zaawansowanej technologicznie konstrukcji.

Nie wystarczy jednak samo zastąpienie jednego składnika innym. Materiały przeznaczone do budowy drona muszą spełniać konkretne wymagania techniczne. Powinny być dostatecznie wytrzymałe, a jednocześnie nie mogą nadmiernie zwiększać masy jednostki. Ważna będzie również ich odporność na kontakt z wodą oraz zmienne warunki pracy.

Wytrzymałość, receptury i recykling. Przed naukowcami sporo pracy

Opracowanie nowych materiałów konstrukcyjnych wymaga przeprowadzenia szeregu badań. Zespół z Wrocławia będzie zajmował się doborem składników, przygotowaniem receptur kompozytów oraz sprawdzaniem ich właściwości mechanicznych. Dopiero wyniki takich testów pozwolą ocenić, czy proponowane rozwiązania mogą być wykorzystane w praktyce.

Istotne będzie również to, jak materiały zachowają się po dłuższym okresie użytkowania. Jednostka pływająca musi zachować stabilność i wytrzymałość podczas wykonywania kolejnych misji. Ewentualne oszczędności wynikające z wykorzystania surowców odpadowych nie mogą odbywać się kosztem bezpieczeństwa ani trwałości konstrukcji.

Badacze chcą także uwzględnić to, co stanie się z materiałami po zakończeniu eksploatacji drona. To ważny element podejścia opartego na gospodarce o obiegu zamkniętym. Odpowiedzialne projektowanie nie powinno kończyć się na uruchomieniu urządzenia, ale obejmować również możliwość ponownego wykorzystania materiałów lub ich bezpiecznego zagospodarowania.

Właśnie w tym miejscu spotykają się dwa cele projektu: rozwój nowoczesnego sprzętu badawczego i poszukiwanie bardziej zrównoważonych sposobów jego produkcji. Jeśli założenia uda się zrealizować, ASVH2 może stać się przykładem technologii, w której innowacyjny napęd idzie w parze z próbą ograniczenia wykorzystania tradycyjnych surowców.

Czy wodorowy dron zmieni sposób badania polskich rzek?

Projekt ASVH2 łączy kilka obszarów, które coraz częściej spotykają się we współczesnych badaniach naukowych: autonomiczne systemy, technologie wodorowe, monitoring środowiska i materiały pochodzące z recyklingu. Każdy z tych elementów ma własne wyzwania techniczne, ale ich połączenie może otworzyć drogę do opracowania nowych narzędzi służących ochronie wód.

Na razie należy mówić o rozwijanej technologii, a nie o gotowym rozwiązaniu, które już prowadzi regularny monitoring polskich rzek. Prototyp powstał na Politechnice Opolskiej, a dalsze prace mają pomóc w dopracowaniu konstrukcji i sprawdzeniu przyjętych założeń. O praktycznej przydatności urządzenia zdecydują między innymi skuteczność pomiarów, czas pracy, niezawodność napędu i koszty eksploatacji.

Potencjał jest jednak znaczący. Niewielka jednostka, która może samodzielnie wykonywać zaplanowane zadania, pobierać próbki i zbierać dane o środowisku wodnym, mogłaby w przyszłości wspierać pracę specjalistów odpowiedzialnych za kontrolę stanu rzek i infrastruktury hydrotechnicznej.

Wrocławscy naukowcy dokładają do tego projektu ważny element: poszukiwanie materiałów, które pozwolą połączyć wymagania techniczne z bardziej odpowiedzialnym wykorzystaniem zasobów. Jeśli ich prace zakończą się powodzeniem, odpady i biomasa mogą znaleźć zastosowanie w konstrukcji nowoczesnego sprzętu badawczego.

W obliczu wyzwań związanych z jakością wód i ochroną ekosystemów takie rozwiązania mogą okazać się szczególnie cenne. Być może w przyszłości właśnie niewielkie, bezzałogowe laboratoria pływające pomogą szybciej zauważać niepokojące zmiany w rzekach i dostarczać danych potrzebnych do ich ochrony. Na razie przed naukowcami pozostaje etap badań i testów, ale kierunek prac pokazuje, że przyszłość monitoringu środowiska może być jednocześnie bardziej autonomiczna, niskoemisyjna i oparta na lepszym wykorzystaniu surowców.