Nincs dízel? Jöhet hidrogén a tankba!

Hidrogénhajtás másképp: nem áram, hanem hő lesz belőle

A mezőgazdasági gépek villamosítása hosszú távon komoly kihívást jelent, különösen a nagy teljesítményű traktorok, kombájnok és rakodók esetében. Ezek a gépek hosszú üzemidőt igényelnek, nehéz terhelés alatt működnek, és az akkumulátoros megoldások a súlyuk, a töltési idejük és az alacsony energiasűrűség miatt nem mindig praktikusak. Ebben a környezetben a hidrogénhajtás ígéretes alternatíva. Két teljesen eltérő technológiai megoldás is kínálkozik rá: a hidrogén-üzemanyagcellás és a belső égésű hidrogénmotor (H2‑ICE).

A hidrogéncellás megoldás közvetlenül alakítja át a hidrogén kémiai energiáját elektromos energiává, amely az elektromotort hajtja. A reakció során a hidrogén oxigénnel egyesül, és melléktermékként csak vízgőz keletkezik.

A folyamat hatásfoka magas, jellemzően 45–60%, megegyezik a dízelével. Továbbá az elektromos hajtás azonnali nyomatékot biztosít, alacsony zajjal és vibrációval. A hátrányok közé tartozik a fejlett vezérlőrendszerek és a hidrogéncellák magas előállítási költsége. 

A belső égésű hidrogénmotor klasszikus módon, a dugattyúmechanizmuson keresztül alakítja át hőenergiává a hidrogént. Mivel a hidrogén tárolása nagy térfogatot igényel, a technológia várhatóan a nagyméretű munkagépekben jelenhet meg. A motor szerkezetileg hasonló a dízelüzeműhöz, de az égéstér és a befecskendezés a hidrogén speciális égési tulajdonságaihoz van igazítva (visszagyulladási hajlam, nagy égési sebesség).

Előnye, hogy meglévő dízelplatformokra viszonylag egyszerűen átültethető, így gyorsabban piacra vihető. A motor hatásfoka azonban alacsonyabb (25–40%), mint a dízelé.

A technológia fejlesztésében kiemelkedő szerepet játszik a JCB, amely úttörő módon fejleszt hidrogénmotorokat. A vállalat már működő prototípusokat is bemutatott, amelyeket valós munkakörülmények között tesztel. Hasonlóan jelentős szereplő a Cummins, amely ipari léptékben közelíti meg a hidrogénmotorok kérdését. A vállalat már több hidrogénüzemű motortípust is bemutatott, amelyek alkalmasak lehetnek mezőgazdasági gépek meghajtására is. 

Nem mindegy, hogy az energiaforrásból áram vagy hő keletkezik – Forrás: Agroinform

Néhány üzemképes példa

Az amerikai AGCO mezőgazdasági csoport Fendt márkája a H2 Fendt Helios nevű prototípussal dolgozik. A gép egy 100 kW‑os hidrogén-üzemanyagcellával és 25 kW-os akkumulátorral működik, ami elektromos energiát szolgáltat a meghajtáshoz. A traktor 21 kg hidrogént tárol 700 bar nyomáson, ami egy 10 órás műszakot kiszolgál. A rendszer 135 lóerőnyi teljesítményt ad le úgy, hogy nincs károsanyag‑kibocsátás.

A H2 Dual Power (New Holland) egy hidrogén‑dízel hibrid traktor projekt, amely klasszikus dízeltraktorra építve keveri a hidrogént és a gázolajat. Cél: úgy csökkenteni a CO₂‑ és NOₓ‑kibocsátást, hogy ne legyen veszteség a teljesítményben. Ebben az esetben a hidrogént 350 bar nyomáson körülbelül 11,5 kg‑os tartályokban tárolják, és a motort úgy alakítják át, hogy képes legyen hatékonyan együttműködni a benne lévő hagyományos motorral és az alternatív gázüzemű rendszerrel.

A TAFE (Tractors and Farm Equipment Limited) Indiában már bemutatott egy tisztán hidrogénüzemű, 55 lóerős prototípus traktort, amelyet terepdemonstrációkon is használtak. A gép hidrogéntartályokkal van felszerelve és a teljesítménye a hírek szerint megközelíti a dízelmotorokét, miközben a kibocsátási normákat lényegesen alacsonyabb szinten tartja.

Mi hajtja a közeljövő traktorát? – Fotó: Shutterstock

Honnan jutunk hidrogénhez?

Hidrogénhez legegyszerűbb módon a víz elektrolízise révén lehet hozzájutni, amihez az energiát vagy megújuló energia (zöld hidrogén), vagy fosszilis gáz (szürke hidrogén) szolgáltatja. A hidrogént a legegyszerűbb módon sűrítve, mintegy 350–700 bar nyomáson tároljuk. Innen mind a hidrogéncellák, mind a belső égésű motorok üzemanyagtartályai feltölthetők. A cseppfolyós állapotban tárolás nem életszerű a telepi viszonyok között.

Mindent egybevetve a hidrogénmeghajtás elterjedésének jó esélyei vannak a mezőgazdaságban, hiszen a telephelyeken adott a lehetőség a zöld hidrogén előállítására és tárolására, természetesen támogatással. A gépek technikai fejlesztése sajnos jóval lassabb ütemben halad. A jelenlegi olajválság remélhetőleg felgyorsítja a munkát. Pillanatnyilag olcsóbbnak, gyorsabbnak tűnik a meglévő dízelplattformok átalakítása hidrogénüzemre, de nem zárható ki, hogy a hidrogéncellás meghajtás egyszer a szántóföldi munkákban is alkalmazható lesz.

Addig is az akkumulátoros-elektromos megoldások terjednek a gyakorlatban, alapvetően az istállókra, zárt terekre korlátozódva, ahol fontos a csendes, füstmentes működés, és nincsenek hosszú, folyamatos üzemidők.