韓国政府系研究機関の韓国材料研究院（ＫＩＭＳ）で、材料デジタルプラットフォーム研究本部航空材料研究センターのヤン・チョルナム博士の研究チームが１キロワットの高分子電解質燃料電池を独自に設計製作し、翼長７．２メートルの無人機に搭載し、１１時間連続飛行とともに飛行距離７７０キロメートルの空中実証を完了した。

既存の無人機に使われる内燃機関エンジンの場合、長時間の滞空には有利だが騒音と振動、熱感知、排気ガスによる大気汚染、そして低いエネルギー効率などさまざまな問題点を持つ。最近電動推進方式が主流となり無人機用電動モーターのエネルギー源として二次電池であるリチウムバッテリーが使われる傾向だ。だが電池の低いエネルギー密度などによりこれもまた短い任務遂行時間を克服するのが難しい限界に直面している。

研究チームはこうしたエンジンとリチウムバッテリーの短所を克服するため、新たな動力である１キロワット級燃料電池動力源を開発し、バッテリーとハイブリッド電源を構成して無人機に適用した。これを通じ１２時間以上の長時間の滞空と任務遂行が可能な無人機用燃料電池動力源を開発し、これとともに空中実証まで完了した。

今回使った燃料電池、バッテリーハイブリッド技術は１キロワットの燃料電池電気出力とリチウムポリマー二次電池で構成された。無人機の離陸と空中での急激な電力出力に対応するため最高出力４２００ワット以上を出せるよう構成した。この技術は既存の無人機に使われる二次電池の低エネルギー密度を克服でき、長時間の滞空を要求する電動推進無人機に適合する。これを通じ海岸線、内水面、環境モニター、産業インフラ監視などに活用できると期待される。

現在、民需用燃料電池推進無人機技術はカナダのＢＰＳとアフリカ政府の支援を受けたＦＬＹＨ２エアロスペースが共同で９時間・６００キロメートルを飛行する水準で開発中だ。今回の成果はこの目標を上回る水準で開発された。

燃料電池推進無人機技術と関連した韓国市場の規模はまだ初期段階で、学校やベンチャー企業で海外から燃料電池を輸入して無人機に搭載する水準だ。ほとんどが海外の燃料電池システム業者に引きずられる水準で開発され、開発の自由度が低い。本技術開発は韓国の燃料電池推進無人機開発企業との共同開発を通じ、国産化による輸入代替効果だけでなく、技術自立にもつながると予想される。

研究責任者のヤン博士は「開発された燃料電池動力源を使い１１時間以上飛行することで、民需用としては世界的水準に達したとみる。今後は軍民兼用で活用できる水準を目標に、２４時間連続飛行が可能な燃料電池開発と無人機適用実証研究を続けたい」と話した。

本研究成果は科学技術情報通信部の支援を受け韓国材料研究院の基本事業である「航空機用燃料電池動力源開発と実証技術開発」の課題を通じて進められた。