Биогаз, метан или електричество от разпънати над полето захранващи кабели? Производството на биогорива получава сериозна конкуренция
Алтернативните задвижвания са стари колкото комбайните. Някои от идеите са окончателно погребани – например задвижваният от растително масло двигател Elsbett. Други пък продължават борбата за изместване на дизела или биодизела от селскостопанските машини. Инженерите от аграрния сектор говорят все по-често за акумулаторни батерии, водород и горивни клетки. Засега главно по научни конференции и по-рядко в стопанства и ферми, където задвижването основно продължава да разчита на двигателите с вътрешно горене.
Разбираемо, изместването на фосилните енергоносители няма да бъде детска игра. От друга страна, промяната в климата ни притиска да вземем по-бързо алтернативни решения. Мнозина биха казали, че с Ковид-19 и падналите цени на дизела и биодизела може би ще е по-разумно да обърнем внимание на други наболели проблеми. Действително в момента заради пандемията замърсяването в природата е видимо намаляло, но това е временен ефект от ограниченото производство.
Подобно на автомобилната индустрия, производителите на селскостопанска техника се фокусират върху два основни аспекта: електрическо задвижване чрез батерии, водород/горивни клетки или директно захранване и двигатели с вътрешно горене (ДВГ), задвижвани с метан или устойчиво добивани синтетични горива. Концернът CNH, известен с машините New Holland, се концентрира силно върху горивни клетки и газови мотори, докато John Deere и Fendt към момента явно залагат на електрификацията.
Двигателят на дизел или биодизел нямаше да има истинска алтернатива, ако над него не висеше Дамоклиевият меч на въглеродните емисии. Ако обаче не стоеше въпросът с акумулаторните батерии, всички превозни средства щяха да се движат на ток. Но повторната употреба на „ако“ ясно илюстрира, защо новите концепции трудно си пробиват път в практиката. Към момента фосилните горива са все още прекалено изгодни финансово. Предимствата на електромоторите като мощностна характеристика, прецизно управление и вграждане в дигитални концепции, но също така по отношение на емисии, шум или загуба на масло вероятно още дълго време ще бъдат от полза само на по-малки машини или ята от роботи, освен ако на полето не бъде монтирано централно захранване с електричество. Така за по-големите машини опция остава електрическото захранване от горивни клетки. В тази посока работят производителите на камиони Iveco и Daimler/Volvo, като е твърде вероятно някои производители на селскостопански машини да припознаят този тренд. Определено по-малко технически усилия изисква захранването на модифицирани дизелови двигатели с метан или синтетични горива.
Какво се случва с водорода?
Още през 2009 New Holland започва да експериментира с електрическо задвижване на селскостопански машини. Токът идва от горивни клетки с водород. В сравнение с акумулаторните батерии горивните клетки имат някои предимства, а сгъстеният водород може лесно да се съхранява в резервоари, но работата с тази техника не е безопасна. Това се видя още преди десетки години с летящите цепелини. Засега леките автомобили се отказаха от технологията, производителите на камиони очакват след около десет години да могат да преминат към серийно производство. Вероятно нещата ще се случат още по-бързо при градските автобуси. По подобие на електрическата мобилност при по-големи разстояния липсата на адекватна инфраструктура ще повдигне философския въпрос кое е първо: яйцето или кокошката.
За нуждите на селското стопанство едва ли ще е нужна гъста мрежа от зарядни станции. В аграрния сектор водородът може да се добива чрез електролитно разграждане на вода с помощта на електроенергия, добивана от фотоволтаични инсталации на територията на фермата, или чрез метан, добиван от ферментацията на биомаса.
Какви са шансовете на метана?
Защо с метана да добиваме трудния за менажиране водород, след като може да зареждаме трактори и комбайни директно с алтернативния на дизеловото гориво газ метан? Газообразният метан, познат ни от леките автомобили, просто би заменил едно фосилно гориво с друго. По принцип метан може да се добива чрез електролиза от водород и последваща реакция с СО₂ (power to gas – добиване на газ от енергия). Но също така метан може да се добива от биогаз, от който се отделя делът на СО₂ в размер на 25 процента. Метанът може да се втечни: или чрез изключително енергоемка процедура при -162 С° (liquid natural gas – течен естествен газ – LNG), или да се сгъсти (compressed natural gas – компресиран естествен газ – CNG).
Течен или газ?
Течният естествен газ LNG засега се налага предимно при ТИР-овете и корабоплаването. Това е свързано с относително високата енергийна плътност, която дава възможност да се изминат големи разстояния със само един резервоар. От друга страна, това обаче изисква специална и скъпо струваща инфраструктура. От техническа гледна точка потенциалът на LNG е доста голям. В селското стопанство обаче тази технология ще се наложи по-трудно. Ако веднъж заредите комбайна с метан, той трябва да бъде изразходван в рамките на една седмица, за да не се изпари. Защото метанът, това ни е познато от преживните животни, е един от най-вредните за климата газове. За един трактор и влекач това едва ли ще бъде проблем, но не и за комбайна, който след жътвата няма как да си изразходва метана.
Везните клонят към CNG, но компресираният естествен газ има по-малка енергийна плътност от дизела, когато ги съпоставим като обем. Нормалните резервоари на влекачите няма да бъдат достатъчни. Поради тази причина в момента лесно ще познаете селскостопанската машина на газ по допълнителните резервоари за гориво.
Има ли шанс електричеството?
Докато биогоривата и алтернативните горива при селскостопанските машини звучат по-скоро като екзотика, ситуацията е различна при електрическото задвижване. Ако се задълбочите в публикациите, ще останете с впечатление, че след 20 години всички машини ще са минали изцяло на ток. Причината е очевидна: ефективността на батерия в комбинация с електромотор е около 80 процента, докато при двигателите с вътрешно горене едва 34 процента.
Както и при леките автомобили, засега проблем остават наличните днес литиево-йонни батерии. За по-голяма мощност те трябва да бъдат непропорционално големи като размер. Обемът им би бил по-голям от самия влекач. Батерията за машина с 400 к.с., която да работи без прекъсване 12 часа, би трябвало да има обем от 3800 литра и да тежи 12 тона. При 70 к.с. и четири часа работа параметрите са 300 литра и 600 кг. Това вече е интересно за ферми, които произвеждат собствено електричество от фотоволтаици или биогориво.
Научните разработки по отношение на литиево-йонните батерии, които обещават 10 до 20 пъти по-голяма енергийна плътност, към момента напредват по-бавно от очакваното. Сериозен проблем при тази технология остават дискусиите около произхода на материалите – мед, кобалт, литий и други редки метали. Това налага нестандартни решения като захранването на автономно движещи се селскостопански машини с постоянен ток, доставян по кабел. Институтът за селскостопански машини в Брауншвайг например работи над проект, при който комбайните черпят енергия от опънати кабели, познати ни от тролеите в градския транспорт. Концепцията се основава на постоянни „коловози“ в полето (controlled traffic). Друга идея разчита на зарядни станции, разположени по краищата на аграрните блокове, като кабелите са разпънати в мрежа, подобно на напоителните системи. Не на последно място обаче подаваното електричество трябва да има зелен произход. В противен случай ще наблюдаваме единствено преразпределение на въглеродните емисии.