Stórar rafknúnar dráttarvélar virðast ekki alveg í augsýn

Miklar væntingar hafa verið bundnar við þróun á rafknúnum dráttarvélum og öðrum landbúnaðartækjum. Hægara hefur þó gengið í þessum efnum en vonir stóðu til vegna skorts á nógu öflugum rafhlöðum sem duga til notkunar í marga klukkutíma án endurhleðslu. 

Á loftslagsráðstefnunni sem haldin var í París á dögunum var mikið rætt um að draga úr notkun jarðefnaeldsneytis. Sigurður Eyþórsson, framkvæmdastjóri Bændasamtaka Íslands, tók í svipaðan streng í Bændablaðinu fyrir skömmu og sagði miklu skipta að landbúnaðurinn legði sitt af mörkum. Þar hafa menn mikið verið að horfa á aukna notkun rafknúinna tækja. Þótt ör þróun sé í hönnun rafhlaðna, þá er enn talsvert í land að þær geti leyst dísilolíuna af hólmi. Vegna vangaveltna á  loftslagsráðstefnunni í París og víðar um  þessi mál, þótti Bændablaðinu vel við hæfi að kíkja á hvað væri að gerast í þróun rafknúinna dráttarvéla, þótt það sé engan veginn tæmandi úttekt. 

Nýjar rafhlöður frá Bosch skref í rétta átt

Þýska fyrirtækið Bosch kynnti þó í september gott skref í þessa átt í gegnum fyrirtæki sem Bosch keypti í Bandaríkjunum og heitir Seeo. Það er ný gerð af lithium rafhlöðum, svokölluðum DryLyte™ (polymer electrolyte), sem innihalda ekki fljótandi electrolyte (rafleiðandi lausn) og því er ekki hætta á íkveikju og heldur engin þörf á sérstakri kælingu rafhlaðnanna. Við hönnun þeirra er beitt nanotækni og eru þessi batterí sögð mun léttari og ódýrari í framleiðslu en rafhlöður sem m.a. eru notaðar í Tesla-bílana. Þá eiga þau að tvöfalda orkunýtnina sem þýðir að í stað 160 kílómetra drægni, þá verður hægt að aka 320 kílómetra á einni hleðslu. Að mati sérfræðinga Tæknistofnunar Massachusetts (Massachusetts Institute of Technology – MIT) er þetta það besta sem enn hefur sést í þessum geira. Þessar rafhlöður eiga að koma á markað árið 2020. Betur má þó ef duga skal til að knýja þungar dráttarvélar og aðrar vinnuvélar.

Ýmislegt fleira er í farvatninu í þróun rafhlaðna sem þó eru yfirleitt hugsuð í smátæki. Má þar nefna sveigjanlegar Aluminium graphite rafhlöður sem vísindamenn Stanford háskóla hafa þróað og ná fullri hleðslu á einni mínútu. Einnig Alfa rafhlöður frá Fuji Pigment sem eiga að hafa 40 sinnum meiri orkurýmd en Lithium-ion rafhlöður. Þær virðast byggjast upp á notkun á salti og vatni og eiga að geta dugað fyrir smátæki eins og síma í 14 daga notkun.

Nano-tæknirafhlöður

Nanotæknin er einnig að ryðja sér til rúms í þessum  efnum eins og víðar. Þar er nefnd örrafhlaða (Microsupercapacitor) sem smíðuð er með lasertækni af vísindamönnum Rice-háskólans. Hún er sveigjanleg en hefur samt ótrúlegan styrk og á að ná fullri orku með þráðlausri hleðslu á 30 sekúndum. 

Saltrafhlöður

Sodium-ion rafhlöður eru svo enn ein gerðin sem hönnuð hefur verið af franska fyrirtækinu RS2E. Þar er salt lykillinn í hönnuninni sem mikil leynd hvílir þó yfir. Rafhlaða af þessari gerð sem er 6,5 sentímetrar að lengd á að skila 90 watt klukkustundum á hvert kílógramm sem gerið hana sambærilega við lithium-ion rafhlöður en er með 2000 sinnum meiri endingartíma. Þessar rafhlöður byggja á stöðlum þannig að þær á að vera hægt að smíða í fartölvur og jafnvel í bíla. 

Síðan má nefna enn eina uppfinninguna frá fyrirtækinu Prieto, sem er rafhlaða úr koparfrauði og er ekki sögð eldfim eins og electrolyte rafhlaða. Hún er líka minni, endingarbetri, með fimmfalt meiri orkurýmd, er mun fljótari í endurhleðslu og er ódýrari í framleiðslu. 

Fær formaður BÍ daggardropadrifna dráttarvél?

Ýmislegt fleira eru vísindamenn að föndra við eins og að virkja húðina á mannslíkamanum og að virkja næturdöggina eins og bændur þekkja á túnum sínum. Það er alls enginn vísindaskáldskapur því vísindamönnum MIT hefur tekist að virkja spennu sem myndast á daggardropum þótt orkan sé ekki ýkja mikil, eða 15 picowött, sem er billjónasti hluti úr einu watti. Kannski þeim takist einhvern tíma að virkja öll stráin á túnunum í Bakkakoti í Borgarfirði hjá Sindra Sigurgeirssyni, formanni Bændasamtakanna. Gaman væri þá að heimsækja formanninn í heyskapinn og sjá hann þeysa um túnin á daggardropadrifinni dráttarvél. 

Rafknúnir liðléttingar orðnir algengari

Framleiðendur véla til notkunar í landbúnaði hafa verið meðvitaðir um þetta um langt skeið. Ýmsir hafa náð þar góðum árangri eins og Weidemann í Þýskalandi, en allt er það þó í þróun minni véla eða svokallaðra liðléttinga. Þeir eru þá fyrst og fremst ætlaðir til notkunar í og við gripahús þar sem stutt er í hleðslutæki, því rafmagn á rafhlöðum endist sjaldnast til margra klukkutíma notkunar. Rafknúna vél Weidemann heitir eHoftrac 1160 og er eingöngu knúin rafmagni.

Þessi liðléttingur hefur að öllu leyti sömu eiginleika og sambærileg vél fyrirtækisins með dísilvél. Það er að segja allt nema úthaldið í fullri vinnu vegna takmarkaðs orkugeymsluþols rafgeymanna. Sem tæki til að nota í og við gripahús ætti þetta þó sjaldnast að koma að sök auk þess sem allt viðhald er einfaldara og engin mengun fylgir notkun vélarinnar. Þessi vél hefur hlotið fjölda verðlauna eins og Innovation Award Equitana 2015, Innovation Award Agra 2015 og Innovation Award Eima 2014. Fyrir utan takmarkaða orkugeymslu í slíkum tækjum er það kannski helst hærra verð á þeim sem heldur aftur af mönnum að kaupa þau.

Nokkrir fleiri framleiðendur skotbómulyftara hafa komið með sínar rafknúnu útgáfur. 

Góð reynsla af litlum rafknúnum lyfturum

Um margra ára skeið hafa rafknúnir hefðbundnir lyftarar verið á markaðnum og má þar t.d. nefna vörumerkin Toyota, Caterpillar, Jungheinrich, Linde og fleiri. Rafknúnu lyftararnir eru þó yfirleitt í minni stærðarflokkunum, en þegar kemur að stóru tækjunum með mikla lyftigetu eru þau yfirleitt dísilknúin. Þótt lyftarar séu víða brúklegir í vöruskemmum, þá henta þeir yfirleitt illa við landbúnaðarstörf, hafa skotbómulyftararnir komið þar sterkir inn á sviðið. 

Lengra í stærri rafknúnar vinnuvélar

Annað er hins vegar upp á teningnum þegar kemur að stærri dráttarvélum og öðrum landbúnaðartækjum sem fara þurfa um víðan völl og eru oft í stöðugri notkun heilu og hálfu dagana. Þar hafa menn ekki enn fundið leið til að skipta úr jarðefnaeldsneyti í rafmagn. Margir framleiðendur hafa þó verið að stíga skref í átt að þessu með því að útbúa jaðartæki með rafmótorum. Það hefur aftur á móti kallað á nýjar gerðir dráttarvéla með rafstöðvar innanborðs, sem eru þá knúnar með dísilolíu. 

Tvinnvél frá Autonomous

Ein slík græja er tvinnvél frá Autonomous Tractor Corp. sem er í raun dísilraforkuver á hjólum og með fjórum rafmótorum (eDrive diesel-electric drivetrain). Þessi vél er reyndar hönnuð fyrir stórbúskap og þá einkum akuryrkju og er í tveim stærðum 200 og 400 hestöfl. Segja framleiðendur að þessi vél sé hagkvæmari fyrir bændur en hefðbundnar dráttarvélar. Í fyrsta lagi vegna þess að slíkar vélar séu léttari þar sem dísilmótorinn þarf ekki að vera eins stór og ella, þar sem hann gengur á jöfnu álagi við raforkuframleiðsluna. Allur búnaðurinn verði því léttari sem þýðir að eldsneytisnotkunin verður um 15–20% minni. Þá sé allt viðhald á drifbúnaði mun einfaldara þar sem notast er við rafmótora og sjaldnar þurfi að kalla til sérhæfða viðgerðarmenn. 

Sama fyrirtæki hefur einnig hannað slíka tvinndráttarvél sem er GPS stýrð og þarf engan ökumann og hefur fengið nafnið „Spirit“. 

John Deere með 400 volta rafstöð

Á Agritechnicasýningunni í Hanover í Þýskalandi í síðasta mánuði sýndi Þýskalandsdeild hins ameríska dráttarvélaframleiðanda John Deere, vél sem talin er geta markað upphafið að nýrri sókn í rafknúnum landbúnaðartækjum. Þar er um að ræða John Deere 7030E sem er með innbyggða 400 volta þriggja fasa rafstöð sem skilar 230 volta riðstraumsorku. Með tilkomu þessarar vélar hafa vaknað spurningar um hvort þetta marki endalok á notkun vökvabúnaðar (hydraulic PTO). Klaus Hahn, verkfræðingur hjá John Deere í Mannheim telur að svo sé og að þessi dráttarvél sé upphafið að einhverju stórfenglegu. 

Stefnan mörkuð varðandi háspennubúnað í Bandaríkjunum

Á ráðstefnunni National Farm Machinery Show í Louisville í Bandaríkjunum í mars á þessu ári komu verkfræðingar í dráttarvélageiranum saman til að átta sig á þörfunum í rafvæðingu landbúnaðartækja. Þar komu menn sér saman um að ekki yrði farið hærra en í 1.400 volta kerfi. Mest var þar þó verið að huga að rafvæddum tengibúnaði við dráttarvélar sem knúnar eru dísilvélum og búnar sérstökum rafstöðvum, líkt og John Deere var að kynna. Verkfræðingurinn Marvin Stone telur líklegt að settur verði innan árs ISO staðall fyrir slíkan búnað hvað varðar tengingar og annað, bæði í Bandaríkjunum og í Evrópu. Þar verði efri mörkin sett við 1.400 volta riðstraumsbúnað. Því gætu verkfræðingar þegar farið að nota það sem viðmið.

Búast megi við að dráttarvélar búnar slíkum háspennurafölum og tengibúnaður verði orðinn nokkuð algengur eftir 3 til 5 ár. Taldi hann að tengibúnaður sem áður hafi verið knúinn með vökvaafli heyrði brátt sögunni til. Rafbúnaður til slíkra nota hafi tekið miklum framförum og notkun hans einfaldaði alla hönnun og viðhald. Sagði hann að auk John Deere væri fjöldi annarra framleiðenda í Bandaríkjunum og í Evrópu að þróa slíkan rafbúnað. Þar á meðal eru AGCO (sem er samsteypan á bak við Challenger, Fendt, Valtra og Massey Ferguson dráttarvélarnar), Case IH (sem framleiðir m.a. Farmall, og fleiri.

Tvíorkutæki í töluverðri þróun

Tvíorkuvélar til notkunar í landbúnaði og námuvinnslu hafa eigi að síður verið í töluverðri þróun, einkum hjá Komatsu, John Deere, Caterpillar og fleiri stórframleiðendum. Þeir eru þar samt ekki að horfa á hreinræktaðar rafknúnar vinnuvélar. Þar koma minni framleiðendurnir aftur á móti sterkir inn, eins og fyrrnefndur Weidemann, Linde, Touyota og fleiri.

Í tvinnorku vinnuvélunum er einkum verið að horfa til námuvinnslutækja þar sem verið er að vinna í námum í mikilli hæð yfir sjó, kannski í 4.000 metra hæð, þangað sem bæði er dýrt og erfitt að flytja að orku í formi dísilolíu. 

Þannig hafa framleiðendur námutækja verið að hanna risatrukka með 350 kílówatta rafgeymum sem endurhlaðnir eru með vindorkutúrbínum. 

Talið er að markaðurinn fyrir rafknúin tæki í verktakaiðnaði, námuvinnslu og landbúnað muni velta um 30 milljörðum dollara árið 2025. Er því ljóst að stórframleiðendur munu leggja aukna áherslu á að ná sínum bita af þeirri köku. 

Hreinræktaðar stórar rafknúnar dráttarvélar ekki alveg í augsýn

Enn virðast þó ekki í augsýn stórar dráttarvélar sem að öllu leyti eru knúnar raforku. Vandinn liggur í takmarkaðri geymslugetu rafgeyma. Á stórum örkum þýðir lítt að leggja af stað á morgni á vél sem verður afllaus á tveim til þrem klukkustundum. Aftur á móti er raftæknin að leiða til þess að æ fleiri dráttarvélafyrirtæki bjóða nú upp á ómannaðar fjarstýrðar dráttarvélar sem keyra eftir GPS gervihnattastýringu. Í því felst líka að gírskiptingar eru mjög að þróast yfir í CVT stiglausar skiptingar sem gera allar tæknilausnir við slíka fjarstýringu auðveldari.

Rafdrifnir flutningabílar kynntir til sögunnar

Þrátt fyrir að stórar rafknúnar dráttarvélar virðist ekki í augsýn, þá eru bifreiðafyrirtækin á fullu að þróa rafknúna bíla, jafnvel sem dráttarbíla fyrir flutningageirann. Þar gilda þó aðeins önnur lögmál þar sem slíkir bílar geta borið meiri þunga í rafgeymum þar sem þeir eru ekki að aka á gljúpum ökrum. Þannig eru þegar framleidd rafknúin dráttartæki til að nota t.d. á höfnum og flugvöllum sem geta t.d. dregið 60 tonn eins og frá kínverska framleiðandanum Jiangsu Anil Electromobil Co.

BMW kynnti í júlí á þessu ári 18 hjóla dráttarbíl með 40 tonna flutningsgetu. Hann er hreinræktaður rafbíll sem skilur ekki eftir sig neinn kolefnisútblástur. Þessi bíll var hannaður sem samvinnuverkefni BMW, hollenska framleiðandans Terberg og þýska flutningafyrirtækisins Scherm Group. Bíllinn var sérstaklega smíðaður til að flytja dempara, stýrismaskínur og gorma á milli flutningamiðstöðvar Scherm og bílaverksmiðju BMW í München, átta sinnum á dag. Samkvæmt upplýsingum BMW er þetta fyrsta ökutæki sinnar tegundar í Evrópu til að vera sett í reglulega þjónustu af þessum toga.

Kemst aðeins 100 km á hleðslunni en án loftmengunar

Hermann Bohrer, yfirmaður bílaverksmiðju BMW  segir að með þessum rafknúna flutningabíl sé verið að senda sterk skilaboð um notkun rafknúinna farartækja utan borganna. Er BMW fyrsti bílaframleiðandinn í Evrópu til að taka svo stóran rafflutningabíl í notkun á þjóðvegum landsins. Bíllinn kemst þó ekki nema 100 kílómetra á hleðslunni en á móti kemur að BMW sparar með honum 11,8 tonn af kolefnisútblæstri CO2 á ári sem annars væri raunin með notkun á dísilknúnum bíl. 

Þessi flutningabíll er skref í áttina að aukinni rafvæðingu bíla og vinnuvéla. Ýmsir veðja þó á önnur hross í þeim efnum og þá helst á gas eða vetni sem orkugjafa. Þar er þó helsti gallinn að innviði skortir víða hvað varðar dreifingu á orkumiðlinum, sem yfirleitt er ekki eins mikið vandamál varðandi raforkuna.