Icon up Overzicht

Eerste drone op waterstof (Exaktueel)

Onderwerp: Gas en vloeistof

Een opgave van de redactie van Stichting Exaktueel. Op basis van artikelen in de media worden opgaven gemaakt die aansluiten bij het natuurkunde-onderwijs in het voortgezet onderwijs.

Het Koninklijk Nederlands Lucht- en Ruimtevaartcentrum (NLR) heeft in 2019 bij het testcentrum in Marknesse voor het eerst een drone laten vliegen die aangedreven wordt door omzetting van waterstof in een brandstofcel. Deze drone heeft zes propellers zoals te zien is op de foto, een vermogen van 2 kW, weegt 8 kg en maakt gebruik van een hogedruktank (2 L, 300 bar) gevuld met waterstofgas.


Figuur 1: Bron: NLR

Waterstof wordt in de brandstofcel samen met zuurstof uit de lucht omgezet in water waarbij ook energie vrijkomt. Het enige restproduct is waterdamp. Hierdoor kan  de drone op een  CO2-neutrale manier vliegen. Bij dit elektrochemische proces komt elektrische energie vrij voor de motoren van de drone.

a) Wat is het essentiële verschil tussen een brandstofcel en een accu of batterij?

b) Zoek op internet een plaatje van de constructie van zo’n brandstofcel. Leg uit hoe zo’n brandstofcel werkt.

In de brandstofcel vindt op meerdere plekken een deelreactie plaats. Deze vormen samen de uiteindelijke reactie in de cel.

c) Geef de drie reactievergelijkingen.

De tank van 2 liter is gevuld met waterstof tot een druk van 300 bar. Dit roept de vraag op welk deel van de genoemde 8 kg voor rekening komt van de hoeveelheid waterstof.

d) Bereken de massa van de hoeveelheid waterstof in de tank.

e) Hoeveel procent van het totale gewicht wordt bij de start gevormd door de waterstof?

Het waterstofgas in de fles moet nog wel eerst gemaakt worden. Dat kan door middel van elektrolyse van water. Daarbij wordt water gesplitst in waterstof en zuurstof.

f) Schrijf de reactievergelijking op voor dit proces.

Voor het splitsen van water in waterstof en zuurstof is elektrische energie nodig.

g) Hoe kan men het gehele proces van de toepassing van waterstof als energiedrager totaal duurzaam maken?