Każda z alternatywnych energii ma swoje zalety, ale na razie więcej jest znaków zapytania niż korzyści dla ostatecznego użytkownika. Jaki będzie koszt nowych urządzeń? Czy będą w stanie napędzać naprawdę duże maszyny? Czy sprzęty będą niezależne i będą mogły pracować dłużej niż kilka godzin bez doładowywania/tankowania? Czy paliwo będzie powszechnie dostępne? Z tymi, i nie tylko z tymi, problemami mierzy się dziś rolnictwo oparte na paliwach alternatywnych.

Mimo to zmieniać warto. To nie tylko modernizacja technologiczna i przejście z wynalazku znanego od XIX wieku do nowej ery XXI wieku. Najważniejsza w tym wszystkim wydaje się ekologia. Sprzęt rolniczy odpowiada za 10, do 15 proc. emisji CO2 wytwarzanych przez rolnictwo. Nic dziwnego, że producenci eksperymentują z technologiami, które mogłyby zastąpić paliwa kopalne. I robią to od dobrych piętnastu lat. Kto wymyśli coś przełomowego, ten wygra.

Problemy z baterią

Aż trudno uwierzyć, że w XXI wieku wciąż jesteśmy tak ograniczeni bateriami. Z różnymi pojazdami już rozmawiamy, niektóre są wręcz autonomiczne, inne są naszpikowane kamerami, czujnikami, zupełnie jak w filmie sci-fi. A co z baterią? To wciąż pięta achillesowa „elektryków” wszelkiej maści.

W samym napędzie elektrycznym moc nie wydaje się być elementem ograniczającym, gdyż sprawność „elektryka” jest wyższa niż silnika spalinowego. Ale w przypadku większych maszyn problemem jest dłuższa praca. Akumulator litowo-jonowy (ten, który zasila samochody całkowicie elektryczne) ma swoje granice. Trudno byłoby dwa razy dziennie ładować baterie po 10 godzin. To absurd.

- Koncepcyjny ciągnik o mocy ok. 750 KM opracowany przez firmę John Deere w 2020 roku wymagał 20-tonowego stojaka na akumulator by pracować osiem godzin pracy! – zwrócił jakiś czas temu uwagę Nicolas Walter, krajowy koordynator ds. maszyn w Stałym Zgromadzeniu Izb Rolniczych (APCA) we Francji.

Podobno by pracować ciągnikiem o mocy od 150 do 250 KM przez osiem godzin, potrzeba mieć wokół siebie aż 5 ton akumulatorów, których ze względów bezpieczeństwa nie można umieścić w najbardziej eksponowanych miejscach. Nie wspominając o tym, że ich naładowanie zajmuje godziny. Podobne problemy napotykają użytkownicy samochodów. W rolnictwie jest nieco gorzej, bo gdy jest pogoda i dobry moment na zbiór, siew lub inne prace to ciągnik lub inne maszyny muszą być gotowe do pracy natychmiast.

Fendt e100 Vario ma trafić do seryjnej produkcji. Wtedy zobaczymy ile są warte ciągniki elektryczne w konkurencji do tradycyjnych, fot. kh
Fendt e100 Vario ma trafić do seryjnej produkcji. Wtedy zobaczymy ile są warte ciągniki elektryczne w konkurencji do tradycyjnych, fot. kh

Twórcy prototypu John Deere Sesam 2 szacują, że akumulatory o mocy 1000 kWh pozwolą na pracę do 10 godzin. Jednak patrząc na zdjęcia i filmy maszyna wygląda co najmniej masywnie i pod filmem pojawiły się informacje, że waga ciągnika wynosi 18 t. Warto jednak podkreślić, że jest to informacja niepotwierdzona. To i tak na razie prototyp, a do produkcji jeszcze daleko. 

Tesla obiecuje, że dostarczy akumulatory o dużej pojemności przy niewielkich rozmiarach. Gorąco w to wierzymy, bo wypada, aby technologia baterii wreszcie wyszła z zakamarków XX wieku. Niestety nie ma jeszcze nawet żadnych prototypów, więc ta wizja nie przyjdzie do nas zbyt szybko.

Więcej "elektryków" już wkrótce

Są zapowiedzi, że każdy z producentów będzie miał w swojej ofercie ciągnik elektryczny w ciągu najbliższych dziesięciu lat. Oczywiście wszystko zweryfikuje rynek. Jeśli takie pojazdy będą to raczej zostaną zaadoptowane do ciągników mniejszych, sadowniczych, ogrodniczych.

- Albo technologia zrobi ogromny krok, albo silniki elektryczne będą zarezerwowane dla urządzeń o małej mocy, takich jak traktory do 70 KM mocy, minikoparek, robotów i małych ładowarek – mówił w jednym z wywiadów Nicolas Morel z New Holland France.

Sprzęt z napędem elektrycznym już istnieje i pracuje. Najlepszym przykładem jest Fendt e100 Vario, który będzie gotowy do produkcji w 2024 roku. E100 Vario to specjalistyczny 100-konny w 100 proc. elektryczny ciągnik, który według producenta może pracować przez pięć godzin bez przerwy. W Szwajcarii już możemy kupić niewielki ciągnik Rigitrac SKE 40 Electric, a we Włoszech Agri-Eve, choć chyba jeszcze nikt tego nie zrobił.

Rigitrac SKE 40 Electric to propozycja Szwajcarów w segmencie pojazdów elektrycznych, fot. Rigitrac
Rigitrac SKE 40 Electric to propozycja Szwajcarów w segmencie pojazdów elektrycznych, fot. Rigitrac

Elektryfikacja mocno dotknęła branżę ładowarek kołowych i teleskopowych. Tacy producenci jak JCB, Kramer czy Merlo mają już maszyny zasilane energią elektryczną. Niestety są to maszyny mniejsze, które zazwyczaj używa się przy hodowli zwierząt. 

Hybryda nie dla rolnictwa

O ile samochody hybrydowe zostały pewnego rodzaju hitem, to w rolnictwie rozwiązanie się nie sprawdziło. Technologia tego typu znacznie zwiększa wagę maszyny, a nie redukuje ona w wystarczający sposób emisji CO2.

Amerykanie z firmy John Deere już od wielu lat proponują rozwiązania hybrydowe, choć oferta jest raczej okrojona: ładowarka kołowa 944K i kilka kosiarek. Na przełomie poprzednich dekad powstawał ciągnik John Deere 7530 E Premium, który wyposażono w generator prądu podłączony bezpośrednio do wału korbowego.

Sprzęt dostarczał do 20 kW już od 1800 obr./min silnika. Prąd ten służył do napędzania wentylatora chłodnicy, sprężarki powietrza i układu klimatyzacji oraz odbiorników prądu podłączonych w kabinie. Było to pierwsze zastosowanie silnika elektrycznego w traktorze, ale szczerze mówiąc pod względem emisji CO2 niewiele to zmieniało.

W tej chwili firma John Deere większą przyszłość widzi w elektryfikacji (ostatnio pojawiły się filmy z elektrycznym prototypem Sesam 2) oraz w biopaliwach. Według Axela Kurza, kierownika ds. zarządzania energią w John Deere w Mannheim, firma pracuje obecnie nad ciągnikami napędzanymi olejami roślinnymi.

- Wymaga to długoterminowej perspektywy sprawiedliwego opodatkowania oleju roślinnego w rolnictwie i leśnictwie, w porównaniu z paliwami kopalnymi i innymi – wyjaśniał Axel Kurz podczas zeszłorocznego webinaru na temat alternatywnych źródeł napędu. Problemem w tym wypadku są koszty eksploatacji.

Steyr Komzept to tylko pokaz siły austriackiej firmy. Czy innowacyjny napęd i elektryka zamiast hydrauliki wejdą do produkcji? Być może niektóre elementy tak, fot. K.Pawłowski
Steyr Komzept to tylko pokaz siły austriackiej firmy. Czy innowacyjny napęd i elektryka zamiast hydrauliki wejdą do produkcji? Być może niektóre elementy tak, fot. K.Pawłowski

Nad tematem napędów hybrydowych pracowały już w latach 90. FiatAgri i Case. Żaden z tych projektów nie wszedł do seryjnej produkcji. W tej chwili po targach błąka się Steyr Konzept, futurystyczna wizja ciągnika przyszłości z hybrydowym napędem. Na razie austriacki producent podkreśla, że to tylko eksperyment sprawdzający pewne rozwiązania, a do fazy produkcyjnej jeszcze daleko.

Siła gazu

Jedną z ciekawszych opcji, znanych już nawet w latach 50. to ciągniki napędzane gazem. Moda na takie wynalazki nastała głównie w USA, a modele z napędem na LPG proponowano m. in. w salonach Forda czy Case.

Warto też wspomnieć, że w trudnych latach wojennych i tuż powojennych wiele traktorów było zasilane gazem drzewnym. Jednak to rozwiązanie nie było zbyt praktyczne, ze względu na wielki kocioł podczepiony do pojazdu i kłopotliwą obsługę. Była to bardziej odpowiedź na brak tradycyjnego paliwa niż na potrzeby związane z ekologią (zresztą ekologiczne to to nie było).

Traktor marki Hanomag napędzany gazem drzewnym podczas orki w Krakowie w 1943 r., fot. Wydawnictwo Prasowe Kraków-Warszawa / Narodowe Archiwum Cyfrowe
Traktor marki Hanomag napędzany gazem drzewnym podczas orki w Krakowie w 1943 r., fot. Wydawnictwo Prasowe Kraków-Warszawa / Narodowe Archiwum Cyfrowe

Dziś gaz wraca z przytupem i jest duża szansa, że znajdzie dla siebie nisze. Marka New Holland jest jednym z nielicznych producentów, którzy aktywnie się zainteresowali tym rodzajem napędu.

Trzeba przyznać, że pewnego rodzaju osiągnięciem jest, że nowy, opisywany na naszych łamach, New Holland T6.180 Methane Power o mocy 180 KM jest już sprzedawany w salonach marki. W Europie od końca 2021 r., a od czerwca jest także obecny w Polsce. Maszyna znalazła już ok. 100 klientów w całej Europie.

Według przedstawicieli New Hollanda ciągnik jest tak samo wydajny, jak jego odpowiednik z silnikiem diesla. Na wykresach moc i moment obrotowy idą w parze z jego tradycyjną wersją. Podobnie jest w kabinie, gdzie wszystko jest takie same jak w innych maszynach New Holland.

New Holland T6.180 Methane Power jest już dostępny na rynku, fot. K.Pawłowski
New Holland T6.180 Methane Power jest już dostępny na rynku, fot. K.Pawłowski

Niestety również w tym wypadku są ograniczenia. Po pierwsze zasięg maszyny. 1 kg gazu odpowiada mniej więcej 1 l ON. Standardowa pojemność zbiorników na gaz wynosi 32 kg. Jeśli dokupimy przednią "hubę" to otrzymamy dodatkowe 47 kg. Razem daje nam to 79 kg. Nieźle, ale gorzej niż w normalnym T6.180, a przedni zbiornik ogranicza funkcjonalność ciągnika poprzez brak TUZ-a i WOM-u.

Drugim, znacznie poważniejszym problemem T6.180 Methane Power, jest tankowanie. Skąd wziąć biometan, CNG lub LNG? Większość pierwszych użytkowników innowacyjnego traktora włoskiej marki ma do dyspozycji biogazownię. Własna stacja to koszt kilkudziesięciu tysięcy euro. A stacji miejskich i gminnych jak na lekarstwo. Szczególnie w Polsce.

Już nie będziemy nawet się wgłębiać w trudność produkcji dobrego jakościowo biometanu oraz tego, że silnik napędzany gazem może mieć krótszą żywotność. A przecież do wszystkiego dochodzą wyższe koszty zakupu (podobnie jak w elektrykach).

Z tego też powodu niewiele nowego słychać w projekcie fińskiej marki Valtra, która swego czasu proponowała ciągniki Dual Fuel napędzane silnikami AGCO Power zasilanymi jednocześnie biodieslem i biogazem. Silniki pracujące na dwóch paliwach w jednym czasie pozwalały na pewne ograniczenie emisji szkodliwych składników spalin i przyczyniały się do zmniejszenia kosztów eksploatacji związanych z paliwem.

Czy wodór to jedyne rozwiązanie?

Większość producentów maszyn rolniczych koncentruje swoje wysiłki na wodorze. Podobnie jest w motoryzacji, gdzie Toyota i Hyundai już produkują tego rodzaju wozy. Japończycy i należąca do nich spółka Woven Planet Holdings w tym roku stworzyły prototyp przenośnego pojemnika na wodór, który można traktować jak powerbank.

Nie ma się jednak z czego nadmiernie cieszyć – do sprawności potrzebnej rolnikom jeszcze daleko. Inżynierowie obliczają, że zaprezentowany przez Toyotę zbiornik pomieści tyle wodoru, aby typowy moduł ogniw paliwowych mógł wygenerować ilość prądu potrzebną do zasilania domowej kuchenki mikrofalowej przez 3-4 godziny. Widać zatem, że technologia ta nie jest jeszcze zbyt konkurencyjna. Ale jak będzie za dziesięć lat? Najbliższa dekada wydaje się najważniejsza dla rozwoju tej technologii.

Jakie problemy napotyka wodór? Paliwo jest magazynowane pod ciśnieniem w butlach umieszczonych najczęściej pod pojazdem. Sprężony gaz i tlen zasilają ogniwo paliwowe. Powoduje to reakcję elektrochemiczną, która wytwarza energię potrzebną do zasilania silnika elektrycznego. Proste w teorii, ale nie jest łatwe do wykonania.

Duże ilości wodoru należy przechowywać pod bardzo wysokim ciśnieniem. Okazuje się, że jest to trudne w produkcji, a wydajność pozostaje niska.

- Wytwarzanie wodoru umożliwiającego pracę ciągnika przez jeden dzień wymaga tysięcy metrów kwadratowych instalacji fotowoltaicznych – skomentował w jednej z wypowiedzi Nicolas Morel z New Holland France.

Oczywiście możliwe jest zrobienie tego samego z energii elektrycznej produkowanej z gazu lub energii jądrowej, ale czy nadal możemy wówczas mówić o zielonej energii? W Polsce prąd wytwarzamy praktycznie tylko z węgla. Wydaje się, że największym problemem przed producentami to produkcja zielonego wodoru na skalę przemysłową, po rozsądnej cenie.

Kolejne wyzwania mają charakter logistyczny, bowiem konieczne byłoby zorganizowanie magazynowania wodoru na farmach i powiązanie wszystkich terenów rolniczych z terminalami tankowania. Najlepszym rozwiązaniem byłaby budowa takich terminali przez największe przedsiębiorstwa rolnicze w swoich regionach.

JCB wierzy w wodór

Jednym z producentów mocno inwestujących w wodór jest JCB. Zarządzający firmą bardzo wierzą w sektor wodorowy, a masowa produkcja takich maszyn na pewno obniży ich koszty. W tej chwili angielski producent koncentruje się na silnikach spalinowych wodorowych, gdzie wodór zmieszany z powietrzem jest wtryskiwany do komory spalania.

Ładowarka JCB Hydrogen jest napędzana silnikiem spalinowym wodorowym. Podobno jeszcze w tym roku ma być oferowana w sprzedaży, fot. JCB
Ładowarka JCB Hydrogen jest napędzana silnikiem spalinowym wodorowym. Podobno jeszcze w tym roku ma być oferowana w sprzedaży, fot. JCB

Technologia wykorzystuje podstawy systemu diesla i dlatego może być bardzo szybko zastosowana. JCB planuje dostarczyć pierwsze maszyny tego typu do końca bieżącego roku. Silnik ma ten sam rozmiar co model z silnikiem Diesla, a jego zasięg powinien wystarczyć na jeden dzień pracy. Jedyny problem dotyczy dostaw wodoru.

Przyszłość nie należy do jednego napędu

Przyszłość najprawdopodobniej nie będzie jednoenergetyczna, a olej napędowy wciąż ma przed sobą długie lata pracy. Być może paliwo będzie się uzyskiwać z biokomponentów, ale pod maską nadal będzie diesel.

Według ekspertów małe traktory, ładowarki teleskopowe i kołowe oraz niewielkie roboty będą zasilane energią elektryczną. Właściwie już są.

Przy większym i mocniejszym sprzęcie przyszłością będzie wodór. A w maszynach średnich obie technologie mogą się spotkać pośrodku. Być może mieszanka tych dwóch technologii to ścieżka jaką powinniśmy podążać? Rozwój wodoru, metanu i elektryki będzie oczywiście zależał od zmian cen surowców i regulacji unijnych oraz państwowych.

– Zbadaliśmy dziewięć różnych rozwiązań – od etanolu i chlorowodoru do roztworów hybrydowych i biogazów. Testowaliśmy je w wielu ciągnikach na przestrzeni kilku lat, na przykład z etanolem pracujemy już od kilkudziesięciu lat. Trudno przewidzieć, jakie przepisy zostaną wprowadzone w przyszłości, ale nasze własne wnioski wyciągamy na podstawie praw fizyki – mówił swego czasu Kari Aaltonen, dyrektor ds. badań i rozwoju w fińskim AGCO Power.

Podobne zdanie głoszą specjaliści z firmy Claas. W badaniach niemiecka firma realizuje różne koncepcje, od elektryfikacji po napędy gazowe, a także silniki elektryczne i na biopaliwa.

- Nie doszliśmy jeszcze do jednoznacznego wniosku, jaki jest najbardziej sensowny napęd przyszłości – przyznał podczas zeszłorocznego webinaru na temat alternatywnych paliw Eberhard Nacke, szef strategii produktowej w firmie Claas.

Jednak wiele osób twierdzi, że jeżeli w ciągu dziesięciu lat technologia nie umożliwi znaczącej poprawy zasięgu maszyn i rozwiązania problemów logistycznych z tankowaniem, to nie rozwinie się ona masowo, a głównym źródłem energii pozostaną paliwa kopalne. Na razie nie ma innego wyjścia, przynajmniej w rolnictwie. Roboty i urządzenia autonomiczne będą się rozwijać i z pewnością rozwiążą parę problemów, ale nie wszystkie.