Z artykułu dowiesz się
Paliwa alternatywne nie są nowością. Najbardziej znanym przykładem jest gaz, wytwarzany ze spalania drewna, stosowany do napędu ciągników rolniczych w latach 30. i 40. ubiegłego wieku. Od tej pory nie pojawiła się żadna sensowna alternatywa dla oleju napędowego. Jednak ze względu na nowe okoliczności, przepisy i drożejące cały czas paliwa, alternatywne źródła energii znowu stają się interesujące.
W przemyśle samochodowym powszechnie wykorzystuje się napędy elektryczne zasilane z baterii. Technologia ta nie jest stosowana w ciągnikach o dużej mocy. Zgodnie z dzisiejszym stanem techniki akumulator do ciągnika dużej mocy miałby masę 15 ton, gdyby miał zgromadzić taką samą ilość energii, jak zbiornik ON o pojemności 800 l. Również czas ładowania takiej baterii były zbyt długi – znacznie dłuższy niż tankowanie ON. Dwukrotne ładowanie baterii w ciągu doby nie byłoby możliwe.
Z tego powodu ciągniki rolnicze zasilane energią elektryczną z akumulatorów dostępne będą jedynie w niskich przedziałach mocy. Przykładem jest tutaj produkowany na razie w niewielkich ilościach Rigitrac SKE 40 o mocy 50 kW. Fendt ogłosił, że seryjna produkcja elektrycznego modelu e100 Vario ma ruszyć w 2024 r. John Deere zaprezentował różne koncepcje ciągników elektrycznych, nawet o mocy 500 kW. W strategii do roku 2026 zamierza wprowadzić autonomiczny ciągnik rolniczy zasilany przez akumulatory.
Inaczej jest w przypadku maszyn załadunkowych. Najpopularniejsze są wózki widłowe napędzane elektrycznie. Również małe i średnie ładowarki kołowe oraz kompaktowe ładowarki teleskopowe wykorzystują tę koncepcję napędu. Maszyny te pracują kilka godzin dziennie przy częściowym obciążeniu. W międzyczasie mogą być doładowywane. Ponadto ciężkie akumulatory mogą zastąpić balast ładowarki. Niemal każdy producent ładowarek ma już w ofercie jeden lub więcej modeli elektrycznych. Szczególnie w przypadku silników o niewielkiej mocy elementy składowe układów oczyszczania spalin znacząco wpływają na cenę końcową. Dlatego trend elektryfikacji zauważalny jest najbardziej w tych maszynach. Nowa technologia daje także dodatkową korzyść. W ciągu dnia baterie ładowarki mogą być zasilane energią z paneli PV, a ładowarka staje się wtedy magazynem energii.
W ciągnikach rolniczych wkrótce alternatywą mogłyby być tzw. silniki wielopaliwowe. Mogą być one zasilane tradycyjnym olejem napędowym, biodieslem lub olejem roślinnym. Aby spełniały one normę emisji spalin, w ich układzie paliwowym wbudowany jest czujnik, który rozpoznaje aktualnie dostarczane paliwo i dostosowuje pracę silnika. Jednak do tej pory politycy i ustawodawcy nie zapewnili żadnego bezpieczeństwa do rozwoju takich konstrukcji silników. Wytworzenie biodiesla jest droższe niż konwencjonalny olej napędowy, więc dla wielu nie stanowi to alternatywy. Do tego dochodzą trudności z tankowaniem różnych paliw.
Podobne problemy dotyczą także tzw. e-paliw. Te systemicznie wytwarzane paliwa mają podobną energetyczność jak olej napędowy i można je stosować w istniejących silnikach. Jednak nadal produkcja e-paliw jest skomplikowana. W tym procesie najpierw trzeba wyprodukować wodór, a później wzbogaca się go węglem. Dalsze badania i rozwój tej technologii wielu firmom może się przestać opłacać, bo politycy UE już podejmują starania o zakaz stosowania silników spalinowych w samochodach osobowych i dostawczych do 2035 roku. E-paliwa powinny zostać wykluczone z tych planów. Z tego powodu masowe wykorzystanie tych paliw jest praktycznie niemożliwe. W wysoko rozwiniętych krajach zużycie oleju napędowego w rolnictwie to zaledwie 5%. Technologia produkcji e-paliw teoretycznie może zostać dopracowana dopiero ok. 2030 roku.
Czysty wodór może być wykorzystywany jako nośnik energii, ale trzeba go wytworzyć z innych surowców np. z gazu ziemnego. W zrównoważonych procesach produkcji wodoru konieczne jest oddzielenie atomów wodoru od wody. Można to zrobić, np. używając energii elektrycznej. Ilość energii skumulowanej w wysoko sprężonym wodorze jest porównywalna z obecnymi nośnikami energii. Różni producenci m.in. AGCO i Deutz testują już silniki napędzane wodorem. Deutz zamierza już w 2024 roku wprowadzić na rynek silniki zasilane tym paliwem. Precyzując – silniki wodorowe są także silnikami spalinowymi. Podczas spalania wodoru powstaje woda. Dlatego politycy muszą zdecydować, czy ewentualny zakaz będzie dotyczył stosowania silników spalinowych, czy jedynie paliw kopalnych. Innym sposobem odzysku energii z wodoru są ogniwa paliwowe. Tutaj wytwarza się energię elektryczną, którą można wykorzystać do napędu.
Do napędzania silników wykorzystuje się także metan, który można wytwarzać, np. w biogazowni. Jednak zanim gaz trafi do spalania, musi zostać uzdatniony, tj. musi zostać odsiarczony oraz pozbawiony dwutlenku węgla, tlenu, a także śladowych ilości innych gazów. W zależności od wielkości, taka stacja uzdatniania wraz z infrastrukturą do tankowania kosztuje nawet 400 tys. euro. Pierwszą maszyną fabrycznie przystosowaną do spalania metanu jest ciągnik New Holland T6.180 Methane Power.
Jednym ze sposobów zapewnienia dużej mocy w ciągnikach elektrycznych jest dostarczenie energii przewodem. John Deere zaprezentował takie rozwiązanie o nazwie GridCon. Ciągnik wyposażony jest w wysięgnik, który układa przewód poza uprawianym obszarem. W drodze powrotnej jest on zwijany. Rozwiązanie to pozwala na dostarczanie dużych mocy przy dużych napięciach. Pytanie, w jaki sposób zostanie dostarczona energia do krawędzi pola? John Deere planuje, że koncepcja ta może być rozwijana po 2035 roku.
Wykorzystując przewód, można pracować z dużą mocą. Od prezentacji takich prototypów do ich produkcji mija wiele lat.
Na krótką metę nie ma alternatywy dla oleju napędowego. Widać trend, że elektryfikacja zyskuje na znaczeniu, przykładem jest przekładnia bezstopniowa eAutoPowr firmy John Deere. Moduł elektryczny zastępuje w przekładni moduł hydrauliczny. W tym rozwiązaniu oprócz zwiększenia wydajności można zasilać energią eklektyczną maszyny towarzyszące.
Napędy hybrydowe, w których silnik Diesla napędza generator są stosowane w pojazdach koncepcyjnych i robotach autonomicznych, np. firm AgXeed, Lemken/Krone i Steyr. Wszystkie te rozwiązania otwierają drogę do elektryfikacji, gdzie maszyny współpracujące można zasilać przewodami. Jeśli są alternatywy, tradycyjny silnik można zastąpić bateriami lub ogniwami paliwowymi. Jedno jest pewne: alternatywne źródła napędu będą zyskiwały popularność.
Nowoczesne, koncepcyjne pojazdy jak Nexat, najczęściej napędzane są silnikami Diesla z generatorem energii. Jeśli będzie alternatywa, tradycyjny silnik można zastąpić nowym napędem.
Jednostki zasilane olejem napędowym jeszcze długo będą wieść prym w technice rolniczej, ale producenci silników mają już alternatywne rozwiązania. Zaawansowane prace nad alternatywnymi paliwami prowadzi np. koncern FPT, który chwali się sprzedażą ponad 70 tys. silników zasilanych gazem ziemnym w postaci sprężonej (CNG) i skroplonej (LNG) oraz biometanem.
Taka jednostka F28 napędza prototyp ciągnika gąsienicowego New Holland TK Methane Power, a większy silnik FPT N67 NG o mocy 180 KM i momencie obrotowym 740 Nm znaleźć można pod maską modelu T6.180 Methane Power, seryjnie produkowanego ciągnika na biometan. Pojazd napędzany biogazem eliminuje emisje szkodliwych gazów, zapewniając jednocześnie skuteczną redukcję hałasu. Koncern podkreśla, że te jednostki zasilane gazem ziemnym obniżają wydatki na paliwo o ok. 40% i o 28% ograniczają emisję CO2.
W ub.r. firma MAN Energy Solutions ogłosiła, że silniki do generatorów elektrowni zasilane gazem można teraz zamawiać z funkcją H2-ready, zdolną do pracy przy zawartości wodoru do 25% objętościowo w gazie ziemnym. A 100-procentowe spalanie wodoru jest obecnie w fazie rozwoju. Nie jest to łatwe, bo wodór i gaz ziemny mają różne właściwości. Wodór spala się znacznie szybciej i ma szerszy zakres palności, co utrudnia kontrolowanie jego spalania. Tak więc, w utrzymaniu stabilnej pracy silnika, zwłaszcza przy dużym udziale wodoru, kluczową rolę odgrywa jednostka sterująca.
Weidemann ma w ofercie elektryczne ładowarki kołowe od 2015 r. Niedawno do tego grona dołączyła kompaktowa ładowarka teleskopowa T4512e. Do jej zasilania producent wykorzystuje dwie litowo-jonowe baterie. Do wyboru są dwie wersje: o pojemności 18 lub 28 kWh. Maszyna wyposażona jest w system monitorowania baterii. Kontroluje on m.in. temperaturę baterii, podgrzewa ją do optymalnej temperatury roboczej i zapobiega głębokiemu rozładowaniu. Baterie można ładować prądem 230 i 400 V. W T4512e pracują dwa silniki: pierwszy o mocy 23 kW odpowiada na napęd układu jezdnego, drugi 25 kW napędza hydraulikę roboczą. Dzięki rozdziałowi każdy silnik pracuje niezależnie tylko wtedy, gdy jest taka potrzeba. Elektryczny Weidemann może w zależności od wersji rozwijać maksymalnie 15, 20 lub 25 km/h. Wymiary zewnętrze są identyczne, jak maszyny z konwencjonalnym napędem.
Inżynierowie JCB z fabryki silników w Derbyshire w Wielkiej Brytanii opracowali silnik wodorowy do maszyn JCB. Wykorzystując technologię silnika z łatwo dostępnymi komponentami, spalany jest wodór, a moc do układów maszyny dostarczana jest dokładnie w taki sam sposób, jak w przypadku silnika wysokoprężnego.
Zdaniem producenta maszyna wyposażona w silnik wodorowy może pracować równie wydajnie, jak jej odpowiednik z silnikiem Diesla, z tą różnicą, że z rury wydechowej wydobywa się tylko para wodna, bez szkodliwego dwutlenku węgla.
W praktyce silnik wodorowy wykorzystuje technologię podobną do istniejących układów napędowych. Jest równie solidny, oszczędny i co ważne, można go zintegrować ze wszystkimi elementami układu napędowego. Kluczowe jest to, że technologia wodorowa jest rozwiązaniem bezemisyjnym.
Co ciekawe, firma JCB opracowała również mobilną stację tankowania wodoru, która umożliwia szybkie i łatwe zatankowanie maszyny.
Florian Tastowe, dk
Dawid Konieczka
<p>redaktor „top agrar Polska”, specjalista w zakresie techniki rolniczej.</p>
Najważniejsze tematy
