Jednym z powodów zwiększonego zainteresowania alternatywnymi napędami i paliwami jest dążenie do znacznego ograniczenia emisji gazów cieplarnianych. Aby osiągnąć cele paryskiego porozumienia klimatycznego, emisja CO2 musi być szybko zmniejszona.
Olej napędowy jest tradycyjnie wybieranym źródłem energii dla maszyn rolniczych, ale wiąże się to ze szkodliwymi skutkami dla środowiska. Sytuacja jest poważna, bo emisji gazów cieplarnianych z maszyn nie da się wystarczająco ograniczyć wyłącznie przez ulepszenie konwencjonalnej technologii napędowej. Dlatego konieczne jest przejście z paliw kopalnych na paliwa odnawialne.
Na targach Agritechnica 2023, które zaplanowano od 12 do 18 listopada br. w Hanowerze, będzie można zobaczyć nowe, alternatywne systemy napędowe dla maszyn rolniczych. Po raz pierwszy na terenie wystawy wybrani wystawcy zaprezentują alternatywne systemy napędowe w ekskluzywnej strefie zewnętrznej Drive Experience. Oto kilka z nich.
Wodór może zastąpić olej napędowy
Wodór może zastąpić olej napędowy w pojazdach rolniczych, bo nie przyczynia się do emisji CO2. Jednak produkcja wodoru jest energochłonna i warunkiem wstępnym jego sensownego wykorzystania jest to, aby energia ta pochodziła ze źródeł odnawialnych. Wykorzystanie wodoru w ogniwach paliwowych jest szczególną formą napędu elektrycznego. W przeciwieństwie do konwencjonalnego napędu elektrycznego, w którym akumulator jest ładowany ze źródeł zewnętrznych, energia elektryczna do poruszania pojazdem jest generowana przez ogniwo paliwowe. Na przestrzeni lat zaprezentowano kilka koncepcyjnych ciągników z ogniwami paliwowymi jako głównym źródłem zasilania, ale żaden z nich nie wszedł jeszcze do użytku komercyjnego.
Na drodze do zastosowania ogniw paliwowych w rolnictwie stoi kilka istotnych czynników.
- Po pierwsze, wyzwaniem jest dostarczenie wystarczającej ilości energii do standardowego ciągnika. Zbiorniki ciśnieniowe na sprężony wodór wymagają znacznej przestrzeni. Stosując obecne rozwiązania, ciągnik nie może pracować z pełnym obciążeniem przez kilka godzin.
- Ponadto napęd z ogniwami paliwowymi wymaga komponentów, które zajmują sporo miejsca: układ chłodzenia, falownik i akumulator buforowy. Ten ostatni jest niezbędny do obsługi stosunkowo powolnego i mało elastycznego ogniwa paliwowego.
- Ponadto konieczne jest stworzenie sieci stacji tankowania wodoru, dostosowanych do potrzeb rolnictwa. Poza tym koszty produkcji całego systemu są nadal bardzo wysokie.
Metan to kolejne paliwo gazowe
Metan to kolejne paliwo gazowe, które brane jest pod uwagę, ponieważ podczas spalania nie uwalnia się więcej gazów cieplarnianych niż podczas wzrostu roślin. Celem jest to, aby cały proces i jego produkcja były neutralne pod względem emisji CO2.
Metan może być dobrym rozwiązaniem dla rolnictwa. Ale surowy biogaz, produkowany w biogazowniach, nie może być wykorzystywany bezpośrednio jako paliwo, ale najpierw musi zostać odsiarczony, a CO2 oczyszczony z metanu. Produkt końcowy jest zbliżony do czystego metanu, który jest następnie skraplany lub sprężany.
Skroplony gaz ziemny (LNG), nie jest szczególnie odpowiedni do stosowania w maszynach rolniczych. Pomimo stosunkowo wysokiej gęstości energii, ma jednak kilka mankamentów, w tym wymagający technicznie i energochłonny proces skraplania oraz możliwe emisje metanu podczas dłuższych okresów bezczynności i wyższych temperatur. Sprężony metan, znany również jako „sprężony gaz ziemny” (CNG), jest rozwiązaniem bardziej praktycznym, ale ma znacznie niższą gęstość energii niż olej napędowy lub LNG. To sprawia, że potrzebne są większe zbiornikami, a czas pracy jest krótszy ze względu na ograniczoną pojemność magazynową.
Ciągniki napędzane w całości metanem już istnieją. Metan w postaci sprężonego gazu ziemnego jest wtryskiwany do kolektora dolotowego 6-cylindrowego silnika tłokowego o mocy 180 KM. Spaliny wymagają jedynie oczyszczenia za pomocą trójdrożnego katalizatora. Technologie takie jak recyrkulacja spalin, filtry cząstek stałych czy katalizatory SCR z reduktorem, takim jak Adblue, nie są wymagane. Zaprezentowano już przedprodukcyjny model z silnikiem o mocy 270 KM zasilany LNG.
Biopaliwa
Rozwiązania silnikowe wykorzystujące biopaliwa, takie jak olej rzepakowy lub ester metylowy rzepaku, istnieją od dziesięcioleci. Przy gęstości energii wynoszącej 93% w stosunku do oleju napędowego, olej rzepakowy jest interesującą alternatywą w odniesieniu do paliw kopalnych. Rzepak ma tę zaletę, że jest uprawiany powszechnie. Każde gospodarstwo produkujące rzepak może wykorzystać pozyskany olej jako paliwo, a makuch rzepakowy wytwarzany jako produkt uboczny zapewnia bogatą w białko paszę.
Aby można było korzystać z oleju rzepakowego i innych biopaliw, układy napędowe ciągników trzeba dostosować pod względem mocy silnika, smarowania i innych właściwości. Zapowiadany przez jednego z producentów ciągnik wielopaliwowy, który może wykorzystywać nie tylko olej napędowy, ale także biodiesel, oleje roślinne i mieszanki tych biopaliw, nie trafił jeszcze na rynek.
Akumulator
Na pierwszy rzut oka pozornie interesującą technologią są maszyny rolnicze zasilane elektrycznie, ale historycznie rzecz ujmując niczym nowym. Pierwsze rozwiązania zasilane kablami lub akumulatorami były dostępne już w XIX wieku, ale wszystkie przegrały z silnikiem spalinowym, który przebojem wkroczył na rynek.
Obecnie branża samochodowa ponownie skupia uwagę na maszynach rolniczych z napędem elektrycznym, w których silnik spalinowy jest zastąpiony przez jeden lub więcej silników elektrycznych. Napęd elektryczny ma mniejszą masę i zajmuje mniej miejsca niż silnik spalinowy. Ponadto jest bezemisyjny, generuje znacznie mniej ciepła odpadowego i działa niemal bezgłośnie.
Podstawowym mankamentem systemu całkowicie elektrycznego jest jednak niska gęstość energii akumulatorów, co skutkuje ich dużą masą i objętością w miarę wzrostu zapotrzebowania na moc. Nie stanowi to jeszcze problemu w przypadku mniejszych ciągników o umiarkowanym zapotrzebowaniu na moc, np. w mniejszym gospodarstwie, do pielęgnacji użytków zielonych lub w sektorze komunalnym. Mogą być ładowane w czasie przerw w pracy. Sytuacja wygląda jednak zupełnie inaczej w przypadku ciągników o dużej mocy i długim czasie pracy. Gdyby zastosować obecną technologię do większych ciągników, wymagane akumulatory byłyby po prostu zbyt ciężkie. Mówi się nawet o 25 tonach dla dużego ciągnika!
Jeden ze znany producent maszyn rolniczych opracował rewolucyjną koncepcję roju dla dużych maszyn, w której wiele ciągników bezzałogowych ciągnie osprzęt, a zasilanie jest dostarczane kablem z krawędzi pola za pośrednictwem systemu połączeń wieży kablowej. Pojazd dystrybuujący energię ma łączną moc 1000 kilowatów. Taka koncepcja wymaga jednak jeszcze rozwiązania wielu problemów technicznych.
Energia słoneczna
Istnieją już roboty do siewu i pielenia zasilane energią słoneczną. Sterowane GPS roboty rolnicze mogą być wykorzystywane jako autonomiczne maszyny do bardzo lekkich prac o niskim zapotrzebowaniu na energię w uprawie roślin okopowych i warzyw. Są zasilane bateryjnie, a energia elektryczna jest wytwarzana przez ogniwa słoneczne umieszczone na maszynie. Energia słoneczna jest wykorzystywana do ładowania akumulatorów, dzięki czemu maszyny mogą pracować nieprzerwanie przez cały dzień. Napędy solarne nie nadają się jednak do większych, czyli wydajniejszych maszyn polowych ze względu na wymaganą dużą powierzchnię modułów.
opr. Jan Józefowicz,
źródło: DLG
źródło: DLG
