Co nas czeka po ropie – alternatywne paliwa w rolnictwie
Spalinowa motoryzacja, jaką znamy, powoli odchodzi w przeszłość. Auta elektryczne na kilku europejskich rynkach sprzedają się lepiej niż spalinowe, a hybrydy już nie wzbudzają takiej sensacji, jak jeszcze do niedawna. Ale co z maszynami rolniczymi, których źródłem napędu są silniki Diesla?
Każda nowa norma to dodatkowe elementy i układy, które muszą oplatać silnik i maszynę rolniczą. Z jednej strony układy redukcji zanieczyszczeń pozwalają spełnić wymagane normy, sprawiając, że do środowiska trafia mniej zanieczyszczeń, z drugiej jednak – bezpośrednio odpowiadają one za skomplikowanie konstrukcji i obsługi serwisowej, co wpływa na zwiększone koszty zakupu pojazdu i jego użytkowania.
Dalszy rozwój układów redukcji spalin w sprzęcie rolniczym zaczyna przypominać wyścig zbrojeń między dyrektywami unijnymi a producentami sprzętu rolniczego i ociera się już o szaleństwo. Dlatego potrzebne były nowe rozwiązania, które z jednej strony spełniałyby normy UE, a z drugiej odchudziłyby silniki z kosztownych i skomplikowanych instalacji.
Czas na gaz
Pomysły na takie rozwiązania przyniosła sama historia silników spalinowych, w której już prawie 100 lat temu stosowano gaz w zastępstwie benzyny czy oleju napędowego. Także najnowsza historia samochodowej motoryzacji pokazała, że instalacje gazowe są możliwe do zastosowania, a co najważniejsze: tanie w produkcji i opłacalne dla użytkownika.
Trudno jednak byłoby dziś zasilać kilkusetkonny ciągnik czy kombajn za pomocą sporego gazogeneratora do produkcji gazu drzewnego (holzgazu). Jednak budowa dzisiejszych silników wysokoprężnych nie wyklucza ich zasilania innymi rodzajami gazów: ziemnym, biogazem czy samym metanem, a budowa instalacji zasilających w ciągniku wcale nie jest taka skomplikowana, jak mogłoby się wydawać. Prace nad rozwiązaniami, które umożliwiłyby zastosowanie gazów organicznych i wodoru jako paliwa alternatywnego do zasilania maszyn rolniczych, prowadzone były w laboratoriach od wielu lat. Niejako równolegle wdrażane były rozwiązania pozwalające budować w gospodarstwach rolnych niewielkie biogazownie wytwarzające metan, pochodzący najczęściej z gnojownicy. W samych Niemczech takich biogazowni produkujących biometan ze źródeł własnych jest ponad 9500, a produkowany przez nie gaz służy do ogrzewania gospodarstw i produkcji prądu elektrycznego na potrzeby własne, jak i krajowej sieci. Nie ma więc obecnie żadnych technicznych przeciwwskazań, żeby takim samodzielnie wytworzonym biogazem napędzać silniki spalinowe maszyn rolniczych we własnym gospodarstwie. I takie maszyny już są.
Przyszłość, która już była
Od kilku lat słyszymy o ciągnikach czy kombajnach na gaz, które wyszły z fazy testów i jeżdżą po polach. Kombajny Gomselmash fabrycznie zasilane gazem ziemnym (CNG) koszą od kilku lat pola u naszych wschodnich sąsiadów (Białoruś). Także ciągniki wyposażane są w takie instalacje, o czym przekonywał nas futurystyczny, ale w pełni sprawny ciągnik New Holland Methane Power pokazywany dwa lata temu na targach AgroTech w Kielcach. Jesienią tego roku ten ciągnik (w nieco bardziej klasycznej wersji) jako New Holland T6.180 Methane Power zawita do polskich i europejskich salonów sprzedaży koncernu. Choć nie znamy jeszcze różnicy w cenie między klasycznym a metanowym T6.180, na pewno możemy się spodziewać sporej różnicy w kosztach użytkowania. Różnica ta jest jeszcze bardziej wymierna – dochodząca do 40 proc., gdy biogaz pochodzi z naszej własnej biogazowni.
Niezależność energetyczna gospodarstwa stała się faktem, a masowe wprowadzenie do sprzedaży ciągników zasilanych biogazem wpłynie na szybszy i powszechny rozwój tej strategii. Powinna też wpłynąć pozytywnie (dla użytkownika) na jednostkową cenę ciągnika, ponieważ maszyna na metan nie ma (bo nie musi) wielu drogich podzespołów służących redukcji zanieczyszczeń. Do oczyszczania spalin silnika zasilanego biometanem wystarczy bowiem najprostszy trójdrożny katalizator zamiast rozbudowanych układów recyrkulacji i zasilania AdBlue, jakie możemy dziś spotkać w nowoczesnych ciągnikach. Czyste paliwo, jakim jest biometan, wytwarza czyste spaliny.
A co w przypadku, gdy nie mamy dostępu do biogazowni i pochodzącego z niej metanu? Tu alternatywą i przyszłością jest inny gaz – wodór.
Wodorowa (r)ewolucja
Niezależnie od tego, w jaki sposób wykorzystamy wodór jako paliwo do napędu maszyny, jest on paliwem najczystszym, najbardziej ekologicznym i co najważniejsze, najbardziej rozpowszechnionym w przyrodzie, a co za tym idzie – także najtańszym. Z wodoru jako paliwa alternatywnego możemy korzystać już teraz niemal bez ograniczeń. Wspomniany New Holland dla wymagających czystości ekologicznej użytkowników proponuje już dziś swój ciągnik T5.140 Auto Command ze specjalną instalacją wodorową wykonaną w holenderskiej firmie Jos Scholman.
Jednak wodór jako paliwo nadaje się nie tylko do klasycznych silników korbowo-tłokowych, jest wraz z tlenem – drugim najbardziej powszechnym gazem, źródłem zasilania ogniw paliwowych (wodorowych), z których uzyskujemy prąd elektryczny. Technologia ta znana jest od lat 50. XX w. i wykorzystana była już w lotach kosmicznych jako źródło energii elektrycznej. Dziś po latach hibernacji wodorowe ogniwa paliwowe dosłownie wróciły na ziemię i są masowo wykorzystywane jako źródła napędu w motoryzacji. Samochody osobowe czy autobusy są tankowane czystym wodorem, który łącząc się z tlenem w wydajnych ogniwach paliwowych, wytwarza prąd wykorzystywany do napędu silników elektrycznych danego pojazdu.
Wodorowe ogniwa paliwowe produkujące prąd to zdecydowanie przyszłość napędu wszystkich pojazdów, w tym także ciągników rolniczych i kombajnów. Jednak zanim wyjdą z fazy testów i wyjadą na pola, możemy spotkać działające już i intensywnie testowane ciągniki elektryczne zasilane z innego źródła – baterii akumulatorów.
A może elektryczny?
Firma Fendt pokazała we wrześniu ubiegłego roku jeżdżący prototyp w pełni funkcjonalnego ciągnika elektrycznego e100 Vario opracowywanego od trzech lat. Nasza redakcja miała okazję uczestniczyć w jego prezentacji, a pierwsze wrażenia, jakie towarzyszyły zetknięciu się z „elektrykiem”, to cisza w kabinie, duża moc i dobre przyspieszenie. Zielony ciągnik wyposażony został w silnik elektryczny o mocy 50 kW (68 KM), akumulator litowo-jonowy o pojemności 100 kWh oraz skrzynię bezstopniową Vario, znaną z tradycyjnych modeli marki Fendt. Producent twierdzi, że ciągnik e100 Vario może pracować z wyżej podaną mocą przez ok. 5 h podczas lekkich prac (przetrząsanie, zgrabianie, zamiatanie), bo jeśli będą zagregowane z nim maszyny wymagające większej mocy, to czas pracy wyniesie już tylko ok. 3 h – z tym że traktor może wtedy wygenerować moc nawet powyżej 100 kW.
Ciągnik Fendt e100 Vario może być ładowany za pomocą gniazda typu 2 prądem o napięciu 400 V o mocy do 32 A, co odpowiada mocy ładowania rzędu 22 kW. W ten sposób bateria może zostać całkowicie naładowana w 5 h. Dostępna jest również opcja szybkiego ładowania DC (Supercharger), ale z racji małej dostępności gniazd tego typu to raczej wizja dalszej przyszłości.
Taki stan rzeczy widać nie satysfakcjonuje zarządu niemieckiej marki, gdyż premiera sprzedażowa pierwszego elektrycznego Fendta, początkowo przewidziana na 2020 r., została przesunięta na 2022 r., a niedawno podano, że ostateczny termin to 2025 r. Przyczyny opóźnień nie zostały podane, ale prawdopodobnie chodzi o poprawienie wydajności baterii. To ostatnie potwierdził Christoph Gröblinghoff, dyrektor zarządzający i prezes zarządu AGCO/Fendt, w wywiadzie dla magazynu ATZ. Dodał ponadto, co raczej ostatecznie rozwiewa nadzieje na szerokie zastosowanie maszyn „na baterię” w rolnictwie, że Fendt nie będzie rozwijał klasycznych napędów elektrycznych w ciągnikach wyższych mocy, gdyż ciągnik o mocy np. 300 KM musiałby pomieścić dodatkowo na swoim „pokładzie” baterię o wadze 14 t! Gröblinghoff stwierdził natomiast, że przyszłością napędu maszyn rolniczych w najbliższych latach będą układy hybrydowe spalinowo-elektryczne oraz ogniwa paliwowe. Poinformował, że pierwszy prototyp ciągnika Fendt z ogniwami paliwowymi zasilanymi wodorem ma zostać pokazany na tegorocznych targach Agritechnica w Hanowerze, ale miną co najmniej kolejne trzy lata, zanim rozpoczną się testy polowe takiej maszyny.
Amerykański „elektryk” w sprzedaży
Niemcy dopracowują swój ciągnik elektryczny, tymczasem Amerykanie z założonej w 2018 r. i mającej swoją siedzibę w kalifornijskim mieście Livermore firmy Monarch Tractor przymierzają się do wprowadzenia na rynek swojej elektrycznej konstrukcji. Traktor Monarch zdobył już kilka nagród i wyróżnień na kontynencie amerykańskim.