Alternatívne systémy pohonu poľnohospodárskych strojov
Vodík, metán, biopalivá a elektrická energia sa čoraz viac dostávajú do poľa. Dôležitým dôvodom zvýšeného záujmu o alternatívne pohony a palivá je snaha o výrazné zníženie emisií skleníkových plynov. Aby sa dosiahli ciele parížskej klimatickej dohody, musia sa rýchlo a drasticky znížiť najmä emisie CO2.
Na zásobovanie poľnohospodárskych strojov energiou sa doteraz využívala takmer výlučne nafta. S tým sú však spojené škodlivé vplyvy na životné prostredie. Emisie skleníkových plynov zo strojov v súčasnosti už nemožno znížiť len vylepšenou konvenčnou technológiou pohonu. Prechod od fosílnych palív k obnoviteľným palivám je nevyhnutný.
Preto aj v rámci veľtrhu Agritechnica 2023, ktorý sa bude konať od 12. do 18. novembra 2023 na výstavisku v Hannoveri, bude táto problematika jednou z nosných tém a rôzne tlačové informácie už v predstihu reflektujú tento vývoj a predstavujú najmodernejšie alternatívne systémy pohonu poľnohospodárskych strojov. Na poprednom svetovom veľtrhu poľnohospodárskej techniky môžu potom vystavovatelia vystavovať nielen svoje novinky na svojich stánkoch, ale tiež budú mať možnosť prezentovať alternatívne systémy pohonu v rámci rôznych odborných podujatí.
Aký je súčasný stav v oblasti technológií alternatívnych pohonov?
Vodík
Ako náhradu za naftu možno vodík použiť aj ako palivo pre poľnohospodárske vozidlá. Keďže vodík neobsahuje uhlík, jeho používanie neprodukuje žiadne emisie CO2 poškodzujúce klímu. Predpokladom jeho rozumného využívania však je, aby elektrina na jeho energeticky náročnú výrobu pochádzala z obnoviteľných zdrojov.
Využitie vodíka prostredníctvom palivového článku je špeciálna forma elektrického pohonu. Na rozdiel od bežného elektrického pohonu, ktorého batéria je napájaná elektrinou z externých zdrojov, elektrickú energiu generuje palivový článok počas jazdy. V priebehu rokov bolo predstavených niekoľko koncepčných traktorov s palivovými článkami ako hlavným pohonom. Do poľnohospodárskej praxe sa však zatiaľ nedostal žiadny „traktor na palivové články“, aj keď New Holland už pred rokmi predstavil aj koncept, v ktorom palivový článok dodáva potrebnú elektrinu pre elektrický pohon.
Stále existujú dôležité faktory, ktoré stoja v ceste využívaniu palivových článkov v poľnohospodárstve: na jednej strane je tu problém získať dostatok energie na štandardný traktor. Priestor potrebný pre tlakovú nádobu na stlačený vodík je veľký. So súčasnými riešeniami žiadny traktor nedokáže pracovať niekoľko hodín pri plnom zaťažení. Pohon s palivovými článkami vyžaduje aj ďalšie komponenty, ktoré tiež zaberajú miesto, ako je chladenie, menič a vyrovnávacia batéria. Tie sú potrebné na podporu relatívne pomalého a menej dynamického vodíkového pohonu. Sieť vodíkových čerpacích staníc tiež v súčasnosti nie je orientovaná na poľnohospodárstvo. V neposlednom rade sú výrobné náklady celého systému stále veľmi vysoké.
Metán
Ďalšie plynné palivo, metán, je stredobodom pozornosti, pretože pri jeho spaľovaní sa neuvoľňuje viac skleníkových plynov, ako sa spotrebuje rastom rastlín. Bioplyn však môže splniť túto požiadavku len vtedy, ak je celý procesný reťazec a jeho výroba CO2 neutrálne.
Metán môže byť súčasťou riešenia pre poľnohospodárstvo, keďže sa môže vyrábať v bioplynových staniciach. Surový bioplyn nemožno použiť priamo ako palivo. Musí sa odsíriť a relatívne vysoký obsah CO 2 oddeliť od metánu. Takmer čistý metán je potom skvapalnený alebo stlačený.
Z dnešného pohľadu je skvapalnený metán ako „Liquefied Natural Gas“ (LNG) menej vhodný na použitie v poľnohospodárskych strojoch. Napriek pomerne vysokej hustote energie má množstvo nevýhod, medzi ktoré patrí technicky náročné a energeticky náročné skvapalňovanie a možné odplyňovanie metánu pri dlhšej životnosti a vyšších teplotách. Stlačený metán je praktickejší ako „Compressed Natural Gas“ (CNG). Nevýhodou CNG je však výrazne nižšia energetická hustota v porovnaní s naftou a LNG. To si vyžaduje veľké nádrže alebo prídavné nádrže a výsledkom je kratší dojazd v dôsledku obmedzenej skladovacej kapacity.
Biopalivá
Riešenia pohonu s biopalivami, ako je repkový olej alebo metylester repky olejnej, existujú už desaťročia. Môžu potenciálne slúžiť ako premosťovacia technológia. S hustotou energie 93 % v porovnaní s naftou je repkový olej zaujímavou alternatívou k fosílnym palivám.
Repka ponúka tú výhodu, že sa pestuje na mnohých farmách. Tie by mohli využívať extrahovaný repkový olej ako palivo, zatiaľ čo repkový koláč vyrobený ako vedľajší produkt predstavuje krmivo pre zvieratá bohaté na bielkoviny.
Pre použitie repkového oleja a iných biopalív je potrebné prispôsobiť hnacie systémy traktorov z hľadiska výkonu motora a mazania a iných vlastností. Viacpalivový traktor ohlásený jedným výrobcom, ktorý môže byť poháňaný nielen naftou, ale aj bionaftou, rastlinnými olejmi a zmesami týchto biopalív, sa zatiaľ na trh nedostal.
Elektropohon - káblové a batériové riešenia
Na prvý pohľad inovatívna technológia, elektricky poháňané poľnohospodárske stroje sa z historického hľadiska ukázali ako nič nové. Prvé káblové alebo batériové riešenia boli dostupné už v 19. storočí, no všetky prehrali so spaľovacím motorom.
Elektropohon je súčasným hitom medzi osobnými autami a teraz sa čoraz viac sústreďuje pozornosť aj na poľnohospodárske stroje s elektrickým pohonom, v ktorých je spaľovací motor nahradený jedným alebo viacerými elektromotormi. Elektrický pohon je ľahší a zaberá menej miesta ako spaľovací motor. Navyše je bez emisií, vytvára podstatne menej odpadového tepla a pracuje takmer ticho.
V prípade veľkých strojov nie je technológia batérií ešte dostatočne výkonná na to, aby zabezpečila dlhú dobu používania. To si vyžaduje nové nápady, ako priviesť elektrickú energiu do vozidiel. Na tento účel vyvinul John Deere koncept stroja, ktorý je zásobovaný energiou káblom z okraja poľa. Vozidlo na rozvoz energie je dimenzované na prenos výkonu 1 000 kW pri 8 000 V s dĺžkou kábla 3 000 m. Hydraulická ruka zaisťuje položenie napájacieho kábla na zem mimo šírky zariadenia a jeho opätovné zvinutie pri jazde späť.
Napájanie sa potom prenáša z rozvozovej jednotky na zásobovanú jednotku prostredníctvom takzvaného systému pripojenia káblovej veže, pričom dĺžka kábla sa pohybuje medzi 8 a 35 m. Samotné jednotky stroja pozostávajú z pohonu pojazdu a pohonu príslušenstva. Majú výkon 500 kW (250 kW výkon pohonu pojazdu plus 250 kW hydraulický a vývodový výkon) a môžu byť zaťažené 5 až 15 t v závislosti od použitia. Vďaka koncepcii obsluhy a riadiacej architektúre môže jeden operátor na diaľku monitorovať systém.
Hlavnou slabinou plne elektrických systémov je v súčasnosti nízka energetická hustota batérií, čo má za následok vysoké hmotnosti a objemy batérií so zvyšujúcim sa výkonom. To zatiaľ nie je problém pre menšie traktory s nie príliš vysokými nárokmi na výkon na použitie na farme, pri údržbe trávnatých plôch alebo v komunálnych oblastiach. Tie sa dajú ľahko dobiť pri prestávkach v práci priamo na dvore. Úplne iná situácia je u traktorov s vysokým výkonom a dlhými prevádzkovými časmi. Pri súčasnom stupni vývoja by boli požadované batérie jednoducho príliš ťažké vo vyššom výkonovom segmente - 25 ton pre veľký traktor s kĺbovým riadením - a mali by dlhé nabíjacie časy. Z dnešného pohľadu sú oba tieto faktory nepraktické pre použitie v teréne.
Solárna energia
Sejacie a okopávacie roboty so solárnou energiou už existujú. Poľnohospodárske roboty riadené GPS možno použiť ako sebestačné, autonómne stroje na veľmi ľahké práce s nízkymi nárokmi na výkon pri pestovaní okopanín a zeleniny. Ich pohon je na batérie, pričom potrebnú elektrinu vyrábajú solárne články umiestnené na stroji. Solárna energia dobíja batérie, takže stroje môžu pracovať nepretržite počas celého dňa. Solárne pohony však nie sú vhodné pre väčšie poľné stroje kvôli potrebným veľkým modulovým plochám.
Záver
Dnes nikto nevie seriózne odpovedať, ako bude traktor vyzerať o 20 rokov, alebo či ešte bude existovať traktor v klasickej podobe. Faktom je, že v budúcnosti si čoraz viac automatizácie a autonómie nájde cestu do poľnohospodárskych strojov. Rovnako ako firmy, tak aj zákazníci uvažujú o alternatívnych koncepciách pohonu. Existuje na to veľa nápadov, ale ktoré z nich budú mať ekonomický zmysel a prevládnu, to sa uvidí.
