Inginerii germani dezvoltă o soluție tehnică radicală pentru noile tractoare pe hidrogen: mutarea rezervoarelor de combustibil sub presiune direct în interiorul roților masive ale utilajelor.
O nouă abordare a stocării hidrogenului pe utilajele agricole atrage atenția în Germania. În loc să monteze rezervoare masive sub presiune pe acoperișul vehiculului sau sub cabină, inginerii explorează acum posibilitatea ca aceste rezervoare să fie integrate direct în roțile tractorului. Conceptul, care a fost prezentat recent de publicația internațională de specialitate Fuel Cells Works, are ca scop principal prelungirea duratei de funcționare a utilajelor, eliberând totodată spațiul valoros al mașinii pentru alte utilizări esențiale, fie în agricultură, fie în construcții.
Miza acestei inovații depășește simpla ergonomie: vizează direct prelungirea timpului de lucru pe câmp fără întreruperi pentru realimentare, un pas esențial pentru decarbonizarea eficientă a agriculturii grele.
Această idee abordează frontal una dintre cele mai mari provocări tehnice ale echipamentelor agricole alimentate cu hidrogen. Tractoarele au, prin natura lor, un spațiu util fix și limitat. Astfel, fiecare kilogram de hidrogen stocat în rezervoarele montate pe acoperiș sau lângă cabină intră în concurență directă cu structura, echilibrul și funcționalitatea generală a mașinii. Mutarea acestui spațiu de stocare în imensul ansamblu al roților ar redistribui greutatea mult mai aproape de axe, îmbunătățind stabilitatea și eliberând spațiu în restul vehiculului.
Ce ne demonstrează deja prototipul Fendt Helios
Provocarea de a îndesa suficient hidrogen într-un tractor de lucru este deja bine documentată. Să luăm ca exemplu prototipul Helios al celor de la Fendt. Dezvoltat ca parte a ambițiosului proiect H2Agrar (finanțat din fonduri publice în Saxonia Inferioară, Germania), acest tractor dispune în prezent de cinci rezervoare de hidrogen comprimat, toate montate pe acoperiș.
Care este autonomia reală a unui tractor pe hidrogen?
Fiecare dintre aceste rezervoare conține 4,2 kilograme de hidrogen comprimat la o presiune uriașă de până la 700 de bari. Împreună, ele oferă o capacitate totală de 21 de kilograme de hidrogen, furnizând suficient combustibil pentru aproximativ 5 până la 8 ore de funcționare pe câmp per alimentare, în funcție de sarcina de lucru.
Sub capotă, Helios utilizează o pilă de combustie de 100 kW pentru a converti hidrogenul în energie electrică, fiind susținută de o baterie tampon de 25 kWh. Acest sistem combinat alimentează un motor electric de tracțiune de 100 kW, dar și sistemele auxiliare ale tractorului.
Rezultatul? Potrivit dr. Benno Pichlmaier, director de cercetare globală și inginerie avansată la AGCO, performanțele sunt pe măsură. „Fendt Helios efectuează toate lucrările agricole pe care le-ar face un tractor cu putere similară și motor diesel”, a spus el.
Totuși, cele cinci rezervoare de pe acoperiș reprezintă o limită fizică a autonomiei, nu o soluție definitivă. Aici intervine conceptul de stocare în roți, ca un răspuns direct la această constrângere majoră.
Fizica stocării: Hidrogen vs. Motorină
Problema fundamentală este că densitatea energetică a hidrogenului pe volum este semnificativ mai mică decât cea a motorinei, chiar și atunci când este comprimat la 700 de bari. Practic, pentru a obține aceeași cantitate de energie pe care o oferă un litru de motorină, hidrogenul gazos necesită un volum de stocare de câteva ori mai mare, ceea ce complică arhitectura vehiculelor de mare tonaj. Acest detaliu tehnic transformă spațiul fizic disponibil pe mașină într-un factor extrem de limitativ, o problemă inexistentă în cazul combustibililor convenționali.
Profesorul Ludger Frerichs, de la Institutul pentru Mașini Mobile și Vehicule Comerciale al Universității Tehnice din Braunschweig și partener în proiectul H2Agrar, a descris problema în mod direct:
„O provocare este adaptarea tractorului și a utilizării sale la capacitatea de stocare a energiei mai redusă a hidrogenului, comparativ cu motorina.”
Echipa sa a petrecut mult timp evaluând diferite opțiuni de rezervoare, concepte de tractoare și dimensiuni în cadrul acestui proiect.
În paralel, Röchling Engineering Plastics (un alt partener H2Agrar, cu sediul în Haren) a identificat rezervoarele de hidrogen de înaltă presiune ranforsate cu fibră de carbon drept un domeniu strategic de creștere. Compania a lucrat intens atât la sistemele de stocare la bordul vehiculelor, cât și la containerele de transport necesare logisticii hidrogenului în regiunea model Emsland.
Ideea de a integra rezervoarele direct în ansamblul roții ar valorifica un spațiu care, în prezent, servește exclusiv unor scopuri mecanice și structurale. Roțile masive ale tractoarelor agricole au un volum interior substanțial care, dacă este proiectat corespunzător, ar putea găzdui recipiente sub presiune fără a perturba în vreun fel funcția roții de a susține greutatea utilajului. Desigur, acest compromis vine la pachet cu o complexitate tehnică semnificativă: orice sistem de stocare aflat într-o roată care se rotește constant trebuie să poată gestiona transferul de hidrogen, să mențină integritatea presiunii (care poate atinge 700 de bari) sub un stres mecanic continuu și, evident, să permită un acces sigur și facil pentru realimentare.
Un ecosistem construit de la zero
Tot acest progres nu are loc într-un vid. Proiectul H2Agrar, lansat în februarie 2021 și susținut cu o finanțare de aproximativ 7,6 milioane de euro din partea landului Saxonia Inferioară, a fost conceput de la început ca prima demonstrație la scară completă din Germania privind utilizarea hidrogenului în agricultură. Proiectul este fascinant pentru că leagă producția, infrastructura și utilajele agricole funcționale într-un singur sistem regional integrat.
De unde vine combustibilul? Hidrogenul este furnizat de un parc eolian comunitar format din 16 turbine, situat chiar lângă Haren. Energia captată alimentează două electrolizoare, fiecare cu o putere nominală de 1 MW, care reușesc să producă până la 900 de kilograme de hidrogen pe zi direct la fața locului.
Acest hidrogen este apoi direcționat în rețeaua locală de gaze și către o stație de alimentare special construită, unde tractoarele Fendt Helios se pot realimenta la presiuni de până la 700 de bari. Stația în sine, furnizată de Schwelm Anlagentechnik, este o adevărată fortăreață energetică: poate stoca până la 480 de kilograme de hidrogen în total și este capabilă să distribuie simultan combustibil atât la 350, cât și la 700 de bari.
Amploarea proiectului s-a văzut clar în iunie 2024, la Săptămâna Germană a Hidrogenului, când a reunit aproximativ 160 de participanți din industrie, politică și mediul științific, inclusiv pe ministrul economiei din Saxonia Inferioară, Olaf Lies. Iar partea și mai bună este că, deși proiectul oficial de trei ani s-a încheiat, cele două tractoare Fendt Helios au continuat să muncească în fermele din regiune.
Ce urmează pentru viitorul agricol?
Anul 2024 a marcat o bornă importantă, Fendt Helios fiind utilizat în operațiuni reale de recoltare pentru prima dată, oferind echipei de cercetare date esențiale și reale privind consumul în condiții de câmp, sub sarcină grea. Aceste rezultate sunt fundamentul următoarei etape de dezvoltare, etapă care include tocmai evaluarea acestor configurații alternative de stocare a combustibilului.
Conceptul ingenios al roților integrate, prezentat recent, reprezintă exact direcția pe care cercetătorii și inginerii o urmăresc cu interes pentru a extinde autonomia practică a tractoarelor pe hidrogen dincolo de granițele impuse de rezervoarele de pe acoperiș. Până în acest moment, sursele disponibile nu au confirmat încă dacă această abordare curajoasă va avansa la stadiul de prototip funcțional sau dacă va rămâne doar un studiu promițător de proiectare.
Miza este uriașă. Mașinile agricole sunt responsabile pentru aproximativ 8,5% din emisiile totale provenite din agricultura germană, potrivit cifrelor federale citate chiar în documentația proiectului H2Agrar. Astăzi, tractoarele Fendt Helios continuă să brăzdeze fermele din regiunea Emsland, colectând neîncetat date vitale pentru Strategia de energie curată a celor de la Fendt, în încercarea de a transforma agricultura grea într-un domeniu complet sustenabil.
