Czy wodór zastąpi diesla? Zbliża się nowa era napędu w silnikach maszyn rolniczych – era wodoru

Wyśrubowane normy emisji spalin zdają się być coraz większym problemem zarówno dla producentów silników wysokoprężnych, jak i dla ich użytkowników. Czym jednak zastąpić silnik diesla w maszynie rolniczej? Okazuje się, iż można i to klasycznym silnikiem, tyle iż zasilanym wodorem.

Naukowcy od dawna mówią, iż wodór jest najczystszym paliwem i to paliwem przyszłości. Jednak jak to rozumieć, bo dla większości z nas wodór to przecież zwykły gaz, a ten w silnikach używamy od dawna jako LPG.

Wodór jest jednak inny, ponieważ w odróżnieniu od popularnych gazowych mieszanek opartych na propanie i butanie, które składają się z łańcuchów węglowodorów, wodór jest czystym gazem o liczbie atomowej 1. W przyrodzie występuje masowo w postaci 2-atomowej cząsteczki H₂. Jednak choćby taka “podwójna” atomowo cząsteczka nie ułatwia jego ujarzmienia, bo wodór jest niezwykle “mały”, a przez to ultra trudny do magazynowania. Jednak o tym za chwilę.

Dlaczego stawiamy na wodór?

W obliczu rosnących wyzwań klimatycznych i konieczności ograniczenia emisji gazów cieplarnianych, sektor rolniczy stoi przed kluczowym wyborem dotyczącym przyszłości napędu maszyn rolniczych. Jednym z najbardziej obiecujących rozwiązań jest wykorzystanie wodoru jako paliwa.

Wodór, będący najczęściej występującym pierwiastkiem we wszechświecie, oferuje możliwość niemal całkowicie bezemisyjnego napędu. Jego spalanie w silnikach lub wykorzystanie w ogniwach paliwowych prowadzi do emisji jedynie czystej pary wodnej, co czyni go paliwem o największym potencjale ekologicznym. I właśnie dlatego jest uważany za czysty, a przez to ekologiczny.

Zasilane wodorem silniki osiągają spore moce i nadają się do maszyn rolniczych, fot. Adam Ładowski

Jak pozyskujemy wodór? I co to jest zielony wodór?

Na Ziemi wodór nie występuje w stanie wolnym – musi być produkowany poprzez różne procesy. Najbardziej ekologiczną metodą jest elektroliza wody jaką prawdopodobnie pamiętamy z lekcji chemii. Gdy do tego procesu wykorzystujemy energię odnawialną, mówimy wówczas o tzw. zielonym wodorze.

Alternatywne metody produkcji tego gazu, takie jak 2-etapowy reforming metanu (proces produkcji wodoru dzięki pary wodnej), choć są tańsze, to wiążą się z emisją CO₂. Stawia to pod znakiem zapytania ich ekologiczność i adekwatnie eliminuje ten proces w dzisiejszej pro-ekologicznej rzeczywistości.

Kluczową kwestią w popularyzacji wodoru jako paliwa jest rozwój technologii jego magazynowania i transportu. choćby przy dzisiejszej technologii wciąż stanowią wyzwanie logistyczne i ekonomiczne. Jedną z przyczyn, o ile nie główną, jest właśnie wielkość cząsteczki wodoru. Jest ona tak mała, iż w standardowo używane rozwiązania służące do transportu gazów palnych, tracą sens – wodór ulatnia się choćby przez przewody gumowe.

Zamiast oleju napędowego – wodór. Takie silniki wchodzą do masowej produkcji, fot. Adam Ładowski

Rolnictwo a przyszłość napędu maszyn

Obecnie zdecydowana większość maszyn rolniczych, w tym ciągniki, ładowarki i kombajny, jest napędzana silnikami wysokoprężnymi. Technologia ta, mimo swojej niezawodności i wysokiej efektywności energetycznej, generuje znaczne ilości emisji spalin. Wobec coraz bardziej rygorystycznych norm emisji oraz wzrastających cen paliw kopalnych, konieczne staje się poszukiwanie alternatywnych źródeł napędu.

Dwie główne opcje rozważane jako przyszłość napędu maszyn rolniczych to:

– Silniki elektryczne – zasilane akumulatorami ładowanymi z sieci elektrycznej, oferują wysoką sprawność energetyczną i całkowicie bezemisyjną pracę.

– Silniki wodorowe – zarówno w postaci ogniw paliwowych, jak i klasycznych silników spalających wodór, mogą zapewnić dłuższy czas pracy i większą elastyczność w terenie.

Pomijając tu wytwarzające prąd wodorowe ogniwa paliwowe, które są przyszłością napędów pojazdów, skupmy się na teraźniejszych rozwiązaniach zasilania wodorowego.

To właśnie klasyczne silniki spalinowe przystosowane do zasilania ich wodorem stanowią najbliższą i realną przyszłość. Dzieje się tak dlatego, iż konstrukcja samego silnika w większości pozostaje ta sama, co czyni tą technologię szybką do wdrożenia. Zmianie wymagany jest tylko układ paliwowy i sterujący pracą silnika, a to już jest na dzisiaj dostępne.

Elektryczne ciągniki są równorzędną droga rozwoju, fot. Adam Ładowski

Elektryfikacja kontra wodór – co lepsze dla rolnictwa?

Rolnictwo, jako sektor wymagający dużych ilości energii oraz ciągłości pracy maszyn w różnych warunkach terenowych i klimatycznych, musi uwzględnić zarówno łatwość dostępu do paliwa, jak i efektywność operacyjną. Dlaczego?

– Napęd elektryczny sprawdza się w mniejszych maszynach i w gospodarstwach, gdzie dostęp do sieci energetycznej jest łatwy. Problemy pojawiają się jednak przy większych maszynach, wymagających ogromnych ilości energii, których akumulatory musiałyby być ładowane przez wiele godzin.

– Napęd wodorowy z kolei pozwala na szybkie tankowanie i dłuższą autonomię pracy, ale wymaga rozwiniętej infrastruktury do produkcji, transportu i magazynowania wodoru, której w tej chwili w rolnictwie praktycznie nie ma.

Kiedy pożegnamy klasyczne silniki diesla?

Całkowite wyeliminowanie silników wysokoprężnych w rolnictwie to kwestia przyszłości, ale zmiany już zachodzą. Rządy wielu państw wprowadzają regulacje ograniczające emisję spalin i promujące odnawialne źródła energii.

W najbliższych dekadach możemy spodziewać się stopniowego przechodzenia na alternatywne źródła napędu – początkowo w postaci hybrydowych systemów, a docelowo w pełni elektrycznych lub wodorowych maszyn.

Dominacja silników diesla w maszynach rolniczych dobiega kresu, a to co będzie wypierać ten napęd, to właśnie silniki elektryczne i wodorowe. Te dwa źródła zasilania silników maszyn rolniczych będą się wzajemnie uzupełniały wypierając diesla do lamusa historii mechanizacji.

Gotowy do produkcji silnik zasilany wodorem firmy Hyundai, fot. Adam Ładowski

Era wodoru

Przyszłość wodorowego napędu maszyn rolniczych będzie jednak uzależniona od postępu technologicznego oraz inwestycji w infrastrukturę. Wodór, jako jedno z najczystszych paliw, ma ogromny potencjał, jednak jego popularyzacja wymaga znaczących i niezwykle kosztownych inwestycji.

Z kolei napęd elektryczny, choć dostępny i rozwijany, może mieć ograniczenia w przypadku ciężkich maszyn rolniczych o znacznej mocy. Ostateczna decyzja o kierunku zmian będzie zależeć od dalszych innowacji i polityki energetycznej, ale jedno jest pewne – era diesla powoli dobiega końca.

Nadchodzi era wodoru.