Aktuális cikkek

Mi jöhet a dízelmotorok után?

Nemcsak az autóiparban, de a mezőgazdasági gépek terén is keresik az újabb, az alternatív megoldásokat, a témához kapcsolódó koncepciók, tanulmány traktorok rendre megjelennek szakkiállításokon és szakmai találkozókon.

A fosszilis energián alapuló megoldások teljes körű megváltoztatásának kísérlete nem gyermekjáték, de joggal vetődik fel a kérdés: a jelenlegi éghajlatváltozás idején meddig engedhetjük meg magunknak, hogy maradjunk a fosszilis energiánál? A címben feltett témáról a gepmax.hu-n olvasott érdekes cikket szemlézzük. 

A mezőgazdasági gépek gyártói alternatívákat keresnek a dízel kiváltására, és nemcsak a csatlakoztatott munkagépek, hanem a fő hajtás számára is. A jelenlegi fejlemények két területre összpontosítanak: elektromos meghajtásra (akkumulátorok, hidrogén/üzemanyagcellák segítségével vagy közvetlen úton), valamint belsőégésű motorokra, amelyek metánnal vagy fenntartható forrásból származó szintetikus üzemanyaggal dolgoznak. Kétségtelen, hogy a gyártók minden lehetőséget megvizsgálnak, bár nem mindegyik ugyanolyan mértékben működik mindenhol. Például a CNH-konszern (azaz motorgyártója, az FPT és a New Holland traktorgyártó) jelenleg az üzemanyagcellákra és a gázmotorokra koncentrál, míg a John Deere és a Fendt elsősorban a villamosításra összpontosít.

Előtérben a hidrogén

A New Holland már 2009-ben jelentkezett egy tiszta hidrogénnel hajtott koncepciótraktorral. A tényleges meghajtás egy 120 LE teljesítményű elektromotorból származott, ezt egy második e-motor egészítette ki a kardántengely és a segédeszközök számára. Tehát itt elektromos áramot állítottak elő hidrogénből az üzemanyagcellákon keresztül. Az üzemanyagcelláknak van néhány előnyük az akkumulátorokkal szemben, és a sűrített hidrogén alkalmas a tartályban történő tárolásra. Azonban a vele való munkát nem szabad félvállról venni, elég csak a Hindenburg léghajó katasztrófájára gondolni…

A gazdálkodás szempontjából a széles körben elterjedt üzemanyaghálózat nem jelent problémát. A hidrogént a helyszínen lehet előállítani elektromos áram hatására történő vízbontással, fotovoltaikus rendszer segítségével, vagy a biomassza fermentálásából származó metán felhasználásával. Itt van lehetőség arra, hogy ne csak a helyi nulla emisszió révén legyünk sikeresek, hanem mint „energiafüggetlen gazdaság” is. A hidrogén használatán keresztüli elektromobilitás viszonylag drága, de ahol nagy teljesítményre van szükség, ott még mindig alternatívát jelenthet az akkumulátorokkal szemben, különösen ott, ahol nincs mód kábelek elektromos gépekhez történő csatlakoztatására. A traktorokkal kapcsolatban azonban jelenleg nincsenek új fejlesztések.

Metánnal sem egyszerű

De miért kell metánból előállítani a nehezen kezelhető hidrogént, ha a traktort közvetlenül metángázzal is lehet működtetni? A gond itt az, hogy a metán földgáz formájában történő felhasználása, csakúgy, mint a magánautóknál, egyszerűen az egyik fosszilis üzemanyag cseréjét jelentené a másikra.

Folyékony vagy gáznemű? Az LNG használata eddig elsősorban a komolyabb távolságokon történő szállításoknál volt alternatíva. Ez arányban áll az LNG viszonylag nagy energiasűrűségével, amely hosszú utakat tesz lehetővé tartálytöltésenként. Ehhez az alkalmazáshoz azonban speciális ellátási infrastruktúra szükséges. Műszaki szempontból az LNG-ben rejlő potenciál jelentős, vidéki területeken és különösen az egyes gazdaságokban azonban nehéz lenne megvalósítani. A metánt, miután feltöltötték a traktortartályba, legfeljebb egy héten belül fel kell használni, vagy egyszerűen elpárolog. De: a légkörben található metán az éghajlatra leginkább káros gázok egyike. A gyors felhasználás egy traktor esetében könnyebben megoldható, de minden bizonnyal nehézségek lennének a kombájnoknál történő használat során, ha a tartályban lévő maradék metánt más módon nem lehetne felhasználni.

A CNG hátránya az alacsonyabb térfogatalapú energiasűrűség a dízelhez képest. A traktor normál üzemanyagtartály-mérete nem elegendő, ezért ismerjük fel könnyen a gázmotoros traktort kiegészítő tartályairól!

Próbálkozások

A New Holland 2013-ban mutatta be az első prototípusokat, kilenc gáztartállyal a traktor körül. A 2019-ben bemutatott új modell már sokkal korszerűbbnek tűnt, és még újabbat terveznek erre az évre. A gép hengerenként négyszelepes, hathengeres Otto-motorból húzza ki a 180 lóerőt. Tiszta metánt injektálnak az égéstérbe 24 bar nyomáson, a kipufogógáz-kezelés háromutas katalizátoron keresztül történik. Semmi más nem szükséges – sem részecskeszűrő, sem AdBlue. A gyártó szerint ez 10%-kal kevesebb CO2-kibocsátást jelent a dízelüzemű motorokhoz képest. Ha a traktort biometánnal táplálják, az energia-egyensúly szinte kiegyenlítődik – mindaddig, amíg figyelmen kívül hagyják azt a tényt, hogy a biogáz-nyersanyag előállításához felhasznált területen akár újabb termést takaríthattak volna be.

2015-ben a Deutz-Fahr bemutatott egy 115 LE teljesítményű traktort, amelyet egy szikragyújtású üzemre átalakított dízelmotor hajtott. Bonyolult kipufogógáz-tisztítás nélkül is sikerült 1015%-kal kevesebb CO2-kibocsátást elérnie. De ez a kísérleti modell még hét sűrített gáztartály használata esetén is csak a felét kínálta a dízelmotoros traktorok hatótávolságának.

A Valtra 2010-től egy másik koncepciót követett: a négyhengeres dízel erőforrását metán-dízel keverékkel táplálták, amelynek aránya az üzemi körülményeknek megfelelően változott. Megkezdték a kis sorozatú gyártását, de ennek a koncepciónak az lett a nagy problémája, hogy a technológiának nem adták meg az általánosan érvényes engedélyt, vagyis minden traktort egyedileg kellett regisztrálni.

A jelek szerint a koncepciótól a gyakorlati alkalmazásig még sok a tennivaló a gázmotorok fejlesztése terén. noha ilyen traktorok évek óta dolgoznak a vállalati kísérleti gazdaságokban és a kutatóintézetekben. A legnagyobb gyakorlati probléma, hogy nagyon kevés olyan ország van, ahol a biogázt olyan erősen támogatják, mint Németországban. A csak a traktorhoz használt biogázüzem illuzórikusnak tűnik.

Az elektromosság a megoldás?

Az is elképzelhető, hogy 20 év múlva nem lesz más, csak e-drive, mert az akkumulátor és az elektromos motor kombinációjának hatékonysági foka 80%-os, míg a belső égésű motoré csak 34%-os. Persze azt is látni kell, hogy az elektromobilitás legnagyobb problémáját a jelenleg rendelkezésre álló lítium-ion akkumulátorok jelentik. A jelentősebb teljesítmény eléréséhez az akkumulátoroknak olyan aránytalanul nagyoknak kell lenniük, hogy méreteik lényegesen meghaladják a traktor méretét. Például egy 400 LE-s, tizenkét órás munkavégzésre alkalmas traktor akkumulátorának 12 tonna tömege lenne egy számítás szerint, 70 LE és négy óra munka esetén a megfelelő specifikáció is még 600 kg. Teljesen más lehetőséget kínál az elektromos meghajtás a traktorra szerelt munkagépeknél, 48 voltos fedélzeti rendszerrel, vagy például az erőátviteli rendszerekben a hidraulika villamos energiára történő cseréje esetén. Különösen a John Deere volt nagyon kreatív ezen a területen az elmúlt években. A CO2-kibocsátás elkerülése szempontjából viszont ez nem hatékony, inkább a pontosságban betöltött szerepe a fontos. A hajtóerő biztosítására összpontosító dízel- és elektromotorok kombinációját már 2011-ben bemutatta a Rigitrac és a Drezdai Műszaki Egyetem. Abban az időben ezt drága különlegességnek tekintették. 2019-ben a Steyr a Fiat Powertrain (FPT) testvérpárral együtt – amely szintén nagyon aktív a benzinmotorokkal – hasonló koncepcióval dolgozott. A dízel-elektromos meghajtás elvét addig főként a vasúti mozdonyok és a hajók használták (a tengeralattjárókban való indulás után). Ennek a koncepciónak a szíve egy mindig optimálisan működő belső égésű motor, amely a generátorokon és akkumulátorokon keresztül áramot táplál az e-motorokba, minden teljesítményelőnyükkel együtt. A Steyr/FPT információi a lehetséges üzemanyag- és ezzel együtt a CO2-megtakarításról meglehetősen óvatosak: „Bizonyos traktorműveletek során 10% a megtakarítás a tiszta dízelmotorokhoz képest”.

Új akkumulátor-koncepció lehet a megoldás

A lítium-levegő akkumulátorok alapvetően 10-20-szor nagyobb energiasűrűséget ígérnek, de kutatásuk a várakozásokkal ellentétben még nem jutott el abba a szakaszba, hogy abszolút megbízható eredményeket lehessen kiszámítani. Az előállításához szükséges alapanyagok (réz, kobalt, lítium, ritkaföldfémek) szükséges mennyisége is igencsak megnehezíti a megoldást.

A jelek szerint mindenki csapdahelyzetbe kerül, amikor a fosszilis tüzelőanyaggal táplált dízelmotort reálisan zsákutcának, az elektromotort pedig „megoldásnak” tekintik. Csapdába, mert az elektromotor az akkumulátor-dilemma miatt nem tudja igazán a megoldást biztosítani, legalábbis a középső és a magasabb teljesítménytartományban. Lehetséges tehát, hogy teljesen új ötletekre van szükségünk, ahelyett, hogy a „régi” központi gépet, a traktort egyszerűen beállítanánk a változó körülményekhez. Automatizált nagyüzemi gépekről beszélünk, amelyek központi elektromos áramellátással rendelkeznek, de a könnyebb, pontosabb munkák érdekében akkumulátoros robotrajokról is szó lehet. Az igazi találat az összehangolt tervezés lenne az említett követelmények alapján.

Ha nem lenne emissziós dilemma, nem lenne szükség a dízelmotor alternatívájára. Ha nem lenne az akkumulátor dilemmája, akkor semmiféle alternatíva nem lenne látható a terepmunkák villamosítására. A fosszilis nyersanyagok még mindig olcsók. Az elektromotorok előnyei a teljesítményjellemzők, a pontos irányítás és a digitális koncepciókba való integráció. A fejlesztési idő lerövidülhet, ha központi áramellátást lehetne telepíteni a mezőkön. A nagyobb gépek opciója továbbra is az üzemanyagcellákon keresztüli e-meghajtás marad. Itt a teherautó-szegmens (Iveco, Daimler / Volvo) fejlesztései már igen komolyak. Az agrár-technika ehhez kapcsolódhat a jövőben. Műszakilag nézve a legegyszerűbb út azonban továbbra is a módosított dízelmotor, amelyet metán vagy szintetikus üzemanyagok hajtanak.

Hozzászólás a cikkhez