Vesinikdrooni sünd: Tartu külje all valmistutakse drooniparvede ajastuks

Juba pikemat aega räägitakse droonidest kui tuleviku transpordivahenditest, kuid siiani on nende massidesse jõudmist takistanud kaks probleemi – lühike lennuaeg ja lennujuhtimise keerukus. Tartus on firma, kes neid probleeme lahendab ja tulemus on juba silmaga näha ning käega katsuda. SKYCORP´i arendatavat vesinikdrooni, mille eest anti Eesti idufirmale esimene kosmosetehnoloogia patent, tutvustas firma tegevjuht Marek Alliksoo. Küsimusi esitas ja vastused pani kirja tehnoloogiaajakirjanik Kaido Einama. 

Vesinikdroon püsib õhus kolm korda kauem kui akudega lennuvahend. Selleks, et terve päev lennata, pole vaja kastitäit akusid kaasa vedada, sest vesinikuga saab oma lennuvahendit kohe kiirelt „tankida“. Masina hind on ainult veel liiga kõrge, et minna lihtsalt pühapäeval droonipilte tegema. Põhilised huvilised on tööstused ja militaarvaldkonna esindajad.

Kuidas ettevõte alguse sai ja miks jõuti lõpuks just vesinikelemendi toitel droonide juurde?

SKYCORP loodi 2017. aastal ja algselt polnud ei droonid ega vesinik üldse pildis. Alustasime sildade ehitamisest Euroopa ja Aasia vahel ehk siis pigem otsisime erinevatele probleemidele lahendusi. Võimalusel tegelesime eestimaiste probleemidega. Suhteliselt kiiresti said meist, nii nagu ikka eestlasest välismaal, e-riigi saadikud Aasias digi- ja Targa Linna teemadel. Mõni aeg hiljem otsis üks kohalik Vietnami partner sealse politsei tarbeks drooni, mis lendaks vähemalt tund aega, kuid samas oleks väike ja kompaktne. Asusimegi sellele Hanois lahendust otsima.

Paraku ei õnnestunud midagi niisugust turult leida. Samas jäi vaevama mõte, kas see üldse võimalik on. Tehnoloogiahuvilistena võtsimegi endale eesmärgi teema põhjalikult läbi uurida, sattudes vesinikutehnoloogiate peale. 2017. aastal olid need teinud juba suure arenguhüppe, mille käigus vähenes oluliselt seadmete suurus. See lubas neid ka droonidel rakendada. Sama aasta lõpuks olime juba käinud vesinikelementide tootjal külas ja ka koostööpartneritega käed löönud. Aasta hiljem, novembris 2018, saimegi Londoni messil juba demonstreerida Euroopa esimest kommertslikku vesinikdrooni.

Kui palju on teie enda ettevõttes arendatud vesinikelementi ja kuidas see täpsemalt töötab?

Õnneks või kahjuks pole meil kunagi nii palju vahendeid olnud, et ise ühtki vesinikelementi arendada. Selleks peaks tegema investeeringuid kümnetes miljonites eurodes, enne kui kommertsliku vesinikelemendiga ise välja tulla. Samas oleme väga palju aidanud panustada süsteemi arendusse ning teinud erinevaid modifikatsioone. 

Kütuseelement ise on oma tööpõhimõtetelt tegelikult lihtne. Kasutame polümeer-elektrolüüt-kütuseelementi ehk inglise keeles PEM FC-d. Selle polümeer-elektrolüütmembraan laseb prootonid läbi, kuid elektronid peavad minema ringiga ning nii tekibki elektrivool. Reaktsiooniks läheb vaja vaid hapnikku ja vesinikku, lõpuks saavad need kõik uuesti kokku ja ainukene jääkprodukt on veeaur. Kõik see toimub ilma mehaaniliste osadeta ja üsna madalal temperatuuril, seega pakub tehnoloogia mitmeid eeliseid, näiteks puudub vibratsioon, saaste ja müra.

Kui paljud ettevõttes vesinikdrooni arendusega praegu tegelevad ja milliseid ekspertteadmisi te saate maja seest, milliseid väljast?

Praegu tegeleme drooniarendusega minimaalselt, kuigi peatselt peame vähemalt kolm inseneri uuesti suunama just drooni arendama, kuna on tekkinud nõudlus suurema ja teistsuguse funktsionaalsusega vesinikdrooni järele.

Hetkel on meie igapäevane arendus suunatud vesinikdrooni eeliseid laiemalt ärakasutava ökosüsteemi loomisele ehk et kuidas lennuvahendid saaksid ise ennast tankida, kuidas „vesinikupesad“ ise vesinikku toodaks ja mismoodi droone hallata eemalt, ükskõik millisest maailma punktist.

Paraku peame enamiku oma teadmistest veel maja sees edasi kandma, otse koolist (või mujalt) sellist inimest ei leia, kes valdaks nii mehitamata õhusõidukeid kui vesinikutehnoloogiat. 

Konsulteerime muidugi tihti ka akadeemik Enn Lusti* juhitud Tartu Ülikooli Chemicumiga, kus on Eesti ainuke vesiniku- ja taastuvenergeetika teaduskeskus. Tegemist on maailmatasemel üksusega, mis teatavasti ka Auve Tech’i iseauto peatselt vesinikul sõitma paneb.

Praegu on juba väljas teine põlvkond vesinikelemendiga droonist. Mis uuel põlvkonnal on teisiti ja mida on paremaks tehtud?

Tund aega lendamist oli tore, aga miks mitte rohkem? Kuna erinevalt akudest on vesinikul jõud ja energia eraldi, siis õnnestus suurendada kaasaskantava energia hulka ning kahekordistada seeläbi lennuaega. Lisaks on uuele mudelile juba sisse ehitatud võimekus ennast autonoomselt tankima hakata ja vesinikdrooni „laadimispesadega“ ühilduda.

Millistes läbiproovitud kasutusvaldkondades on vesinikdroon end juba praegu hästi õigustanud?

Peamiselt oleme uurinud valdkondi, kus oleks võimalik tootlikkust mitmekordistada. See on võimalik, kuna vesinikuga tekib vähem õhkutõusmisi ja maandumisi ning ei pea akude laadimise järele ootama – vesinikuga saab drooni umbes minutiga uuesti lendama. 

Pandeemia pani meie pikemad liikumised enne lukku, kui jõudsime sadamatesse õlilekkeid avastama minna, mis on üks võimalikke rakendusi. Samuti on droonil suur eelis olukordades, kus ei ole võimalust maanduda, näiteks vee kohal. Sel aastal soovime läbi proovida kaupade vedamise ning katastroofidele reageerimise võimekuse. Mõlemal juhul on vaja jõuda alguspunktist sihtpunkti vahemaandumiseta ja tegutseda rasketes tingimustes.

Millised on teie droonilahenduse eelised võrreldes teiste droonitootjatega?

Teiste vesinikdroonide tootjatega võrreldes on meie kasutuses olevad kütuseelemendid tänini maailma parima energia/kaalu jaotusega. See lubab luua kergemaid ja kompaktsemaid süsteeme kui paljudel teistel.

Kasutame ära ka oma asukoha eelist. Eestis on hea see, et meie seadusandlus on noor ning piiramise asemel hoopis võimendab innovatsiooni. Paljudes teistes riikides on probleeme, näiteks tuleb pikalt taotleda luba, enne kui üldse midagi teha lastakse ja see kestab kuid. Oleme siiani ka üks vähestest Euroopa vesinikdroonide tootjatest, seega on meil suurem eelis kohalikul turul osalemiseks ning usaldus Euroopa tootjate vastu on juba eos suurem. 

Üks vähem tajutavatest, kuid samas tohutut väärtust loovatest eelistest on tekitatud läbi avatud partnerluste, assotsiatsioonide ja konsortsiumite. Oleme tihti nõustamas ja aitamas käinud ning oma teadmisi vesiniktehnoloogiate valdkonnas jaganud laialt ka väljaspool otsest tegevusvaldkonda. Näiteks Euroopa Puhta Vesiniku Alliansi „mobiilsuse“ ümarlaual oleme ainuke esindatud droonifirma, jagame „lauda“ selliste suurtegijatega nagu näiteks Airbus ning tänu millele on meil ka palju selgem pilt arengusuundadest ja Euroopa strateegiast. Ühtlasi saame ka ise sellesse panustada.

Mis on vesinikelemendi eelised ja puudused võrreldes akutehnoloogiaga, mida droonide juures kasutatakse?

Võrreldes akudroonidega on lennuaeg 3–4 korda pikem, see omakorda suurendab katteulatust 9–10 korda. Kui paak vesinikust tühjaks lastud, siis on vesinikdrooniga reisimine samuti lihtne. Akudega on teatavasti IATA reeglite järgi 99 Wh piirang akumahutavusele ehk siis suuremaid peaks vedama kas kallite erilendudega või mööda maad. Lisaks on meil võimalik tankida ligipääsuta elektrivõrgule. 

Vesiniku kõige tavalisem tankimine käib lihtsalt rõhkude ühtlustumise meetodil. Laadimis/tankimiskiirus on üks minut võrreldes akude enam kui 30 minutilise ooteajaga. Lisaks on kütuseelemendi eluiga tuhandetes tundides, kusjuures akusid jõuab selle aja jooksul viia ohtlike jäätmete kogumispaika 15–30 komplekti. Vesinikkütuse element on hübridiseeritud, mis tähendab, et selle juures leidub alati väike aku. Seega on ka tagavarasüsteem olemas juhuks, kui näiteks vesinik peaks ootamatult otsa saama. Nii on võimalik ohutult maanduda.

Miinuspooleks on aga võrdlemisi kõrge hind, eriti väikeste elementide puhul ning vähe tootjaid üle maailma, kelle elemendid sobivad droonide jaoks. Nii tulebki teinekord 1–2 kuud oodata, enne kui element käes, samal ajal kui akusid saab otse letilt osta. Drooni disainides tuleb rakendada natuke teisi printsiipe, kui kandiliste akudega, sest vesiniku rõhuanum on paraku ümmargune.

Kust võiks vesinikku tulevikus saada kõige mõistlikumalt, kui vesinikelement jõuab massiliselt kasutusse?

Vesinikdroonid on tegelikult juba ammu suures eelisseisus võrreldes vesinikautode ja teiste suuremate sõidukitega. Meil pole tanklaid vaja, sest vesinikupartner Linde hoiab meie jaoks vesiniku alati käepärast.

Tulevikus toodame droonipesades endale vajaliku rohelise vesiniku kohapeal ja seda jagub kindlasti ka teistele vähemtarbivatele sõidukitele nagu vesinikjalgrattad ja -mopeedid või -tsiklid.

Kui räägime suurematest lahendustest, siis Kesk- ja Lõuna-Euroopa on meist ees, rajades aktiivselt vesinikutanklaid. Eestis alles käivad ettevalmistused, aga loodetavasti jõuame veel järele – väiksemat riiki on lihtsam ära katta. 

Euroopa sihiks on minimaalselt 500 tanklat aastaks 2025, kuigi on juba näha, et see number võib kahekordistuda palju kiiremini, kui sihid ette näevad. Järjest kasvab rohelise vesiniku tootmine ehk siis päikese- ja tuuleenergiaga toodetud vesinik. Areng ei seisa vesinikelementide taga, kuid hetkel on nõudlus suurem kui jõutakse toota.

Loodame koos Tartu linna ja Tartu Teaduspargiga ning teiste partneritega üle-Euroopalises Flying Forward 2020 konsortsiumis osaledes luua digitaalse ja füüsilise taristu mudeli, kaardistada vajalikud tugiteenused ning anda hoogu vajalike tehnoloogiate arengule, et meie peade kohal saaksid mehitamata lennuvahendid turvaliselt liiklema hakata.

Kui praegu on linnade õhuliiklus suhteliselt vaba, siis kuidas peaks tulevikus mehitamata väikeste õhusõidukite lennuliiklust reguleerima? Millised on selle suurimad probleemid ja väljakutsed?

Tuleviku vertikaalses linnaruumis on kindlasti vaja tekitada dünaamiline õhuruum. Esialgu täidavad seda vaid mehitamata droonid, kuid loodetavasti pole kaugel aeg, kui sinna lisanduvad mehitatud õhutaksod. Eeldatavasti saavad need kõrgema lennukoridori, kuid õhkutõusmistel ja maandumistel võivad erinevates suurustes õhusõidukid läheneda.

Kui lennukite ja helikopteritega on saadud hakkama inimeste juhitud õhuruumis, siis droonide liiklustihedus võib väga kiiresti ületada igasugused inimvõimete piirid. Seega tuleb õhuruum juba eos disainida digitaalselt, kus eraldatus, lennualad, keelualad ja lennukoridorid seatakse autonoomselt ja dünaamiliselt paika. Suurimad probleemid tekivad erinevate tootjate ning erinevates hinnaklassides toodetavate droonide integreerimisel. Kuna võimekused ja standardid erinevad, tuleb leida lahendused, kuidas neid ühtlustada nii ohutuse kui ka kommunikatsiooni puhul.

Samuti erinevad droonid ilmastikuoludega hakkamasaamisel. Kas mingil hetkel ja kuidas käsime kõigil lennumasinatel maanduda või keelame õhku tõusta? Lisaks tehnoloogia arengule peavad ka lokaalsed ilmaennustused muutuma palju täpsemaks, enam ei sobi ligikaudsed ennustused, et kuskil Eesti nurgas sajab lund või on tugev torm.

Suurim oht, nii nagu ka hetkel liikluses, on piloodid, kes ei tea reegleid või ei soovi neid jälgida. Seda arvesse võttes peavad õhuruumis liikuvad droonid ühel või teisel meetodil olema valmis ootamatute takistustega toime tulema. Loomulikult peavad kõigil olema langevarjud ning teised turvalisust suurendavad abivahendid.

Tegite hiljuti Eesti esimese patenditaotluse kosmosetehnoloogiale – drooni juhtseadmele, mille abil saab luua droonidest koosneva internetivõrgu. Milles seisneb selle lahenduse unikaalsus ja mida see pakub?

Kindlasti on tegu esimese patenditaotlusega, mis on arendatud Euroopa Kosmoseagentuuri Eesti äriinkubaatoris (ESA BIC Estonia). Tegu on põhimõtteliselt lisamooduliga, mis lubab viia kõik seotud droonid samale „lainepikkusele“ ehk anda neile sarnase kommunikatsioonivõimekuse ning liita need ühtsesse õhuruumi võrdsetel tingimustel. See lubab droone olenemata operaatori asukohast paremini nii tuvastada kui ka juhtida ning annab ilma, et droon töös oleks, täpselt teada, millised on ilmastikuolud, kas ümbruses on õhuliiklust ning duubeldab ka kommunikatsioonid ja asukoha määramise. 

Varukoopiat saab vajadusel kasutada kui musta kasti, mis annab vajaliku info drooni asukohast ja oludest ka siis, kui droon ise on välja lülitunud.

Meie jaoks annab see lahendus lisaks sisendi vesinikdroonide ja droonipesade omavaheliseks ühendamiseks. Ehk siis kõik mooduliga varustatud droonid saavad võrdselt kaardile ning neid on võimalik automaatselt majandada. Maandudes saab droonipesa neid tuvastada ning teada, millised on konkreetse drooni parameetrid, et seda näiteks automaatselt tankida.

Droonide juhtimine ühekaupa pole üldse probleem, oleme juba eelnevalt lasknud oma drooni näiteks Lõuna-Koreast 7000 km kauguselt üle mobiilivõrgu juhtida. Seega pole tegelikult ka kaugus operaatori ja drooni vahel enam eriliseks takistuseks.

Millised on drooniarenduse tulevikuplaanid?

Tulevikus on plaanis vesinikdroonidele erinevas konfiguratsioonis mudeleid juurde tekitada, näiteks selliseid, mis oleks rohkem spetsialiseerunud põllumajandusele (näiteks droonilt kahjuritõrje). Kevadel on plaanis teha esimene suurem pilootprojekt, pannes kõik lahendused üheks väljakutseks kokku. Näiteks tahame jälgida, kuidas integreeritud eSIM ehk virtuaalse SIM kaardi tehnoloogia mobiilivõrke ise vahetab ja kas seade peab vahepeal satelliit-kommunikatsioonile üle minema, et vältida nii-öelda „pildilt ära kadumist”.

Järgmised suuremad arendused on plaanis ESA BIC Estonia vilistlaseks saades. Soovime arendada edasi nii vesinikdroonidele mõeldud „pesa” kui ka juhtplatvormi. Tulevikus ei sõltu drooniteenused enam sellest, kas kellelgi on aega midagi teha, vaid tuleb siseneda lihtsalt e-keskkonda, valida õiged parameetrid ja sisestada sobivad andmeid, kust ja millal soovitakse kaup peale korjata või mida soovitakse tarnida. Ülejäänud tegevused tehakse juba automaatselt.

Suurendame ka kosmoseandmete kasutuse osakaalu, et näiteks ennustada potentsiaalsetest kliimamuutustest tekkivaid ohte. See loob valmisoleku täppiskaardistada läbitavaid alasid ning aitab ka kosmoseandmeid parandada-täpsustada. 

Lõpuks on võimalik tõsta ebavajalik liiklus teelt õhuruumi ja vähendada liikluskoormust, tõstes samal ajal teenuste kiirust ja kättesaadavust. Prioriteedina võiks õhku kolida kõik teenused, mis potentsiaalselt elusid päästavad, järgmiseks sammuks oleks eemaldada tegevused, mis on aeganõudvad, tüütud, mustad või ohtlikud ning mille tegemine õhust võiks olla lihtsam.

*Akadeemik Enn Lusti kui vesinikuusku mehega oli intervjuu 12/2020 Inseneerias