Топливо будущего: что будет актуально для сельхозтехники

В начале 20 века Рудольф Дизель разработал двигатель внутреннего сгорания, который работал на первом в мире типе дизельного топлива. На тот момент это был по-настоящему революционный проект, который изменил мир до неузнаваемости. 

Разработку сразу же стали тестировать и использовать крупнейшие машиностроительные концерны, изготавливающие сельскохозяйственную и промышленную технику. Так, первый грузовик с дизельным двигателем мощностью 30 л.с. появился в 1923 году и был представлен Бенцом, а первый дизельный трактор — в 1917 году и был презентован Fordson, вытеснив с рынка агрегаты, использующие паровые и бензиновые моторы. 

При этом бытует мнение, что первый дизельный двигатель для сельхозтехники появился на 10 лет раньше в России, когда изобретатель Яков Мамин разработал бескомпрессорный тяжелый нефтяной двигатель высокого сжатия, позволивший чуть позже создать «Русский трактор».

Долгое время считалось, что, наряду с бензином, альтернативы такому виду топлива просто не существует и это единственный источник энергии, способный заставить сельскохозяйственную технику и машины двигаться и выполнять технологические операции.

В настоящее время Tesla создает уникальные и инновационные электрокары с литий-ионными батареями и асинхронными двигателями, а в космос запускают космические корабли с электрореактивными и ядерными силовыми установками, стало очевидно, что дизель и бензин не являются панацеей и быть развитию рынка горюче-смазочных материалов! 

По мнению большинства аналитиков и игроков рынка, разработки в данной сфере будут развиваться в сторону оптимизации затрат, ресурсосбережения и экологизации. Это приведет к тому, что в ближайшие 20-30 лет мы получим инновационные решения, способные сделать жизнь фермеров, а также всех людей на Земле значительно лучше.

«ГлавПахарь» предлагает Вам оценить перспективы развития ГСМ и различных видов альтернативного топлива, на которых уже работает или потенциально может работать сельскохозяйственная техника, машины и оборудование.

«Non omne quod nitet aurum est» (латынь) или «Не все то золото, что блестит» — этот афоризм на протяжении долгого времени являлся настоящим кредо нефтяников и производителей топлива из продуктов переработки. 

Но в настоящее время оптимизм отрасли чуть снизился. Причиной стало активное развитие науки, а также ресурсосберегающих и экологичных технологий в сфере ГСМ. 

Инновационные альтернативные источники энергии уже не являются проектами на далекую перспективу, они уже активно входят в жизнь различных отраслей экономики и составляют конкуренцию дизелю и бензину.

Особенно это касается сельского хозяйства, где дизельное топливо является базовым практически для всех самоходных моделей тракторов, комбайнов, опрыскивателей и грузовой техники. Фермеры и аграрии как никто другой понимают ценность экономии ресурсов и оптимизации затрат. Именно поэтому в последнее время все больше брендов с мировым именем анонсируют свои новинки на новых видах топлива, способных существенно сократить издержки производителей сельскохозяйственной продукции, снизив при этом экологическое влияние на окружающую среду.

Наука по агрегатному состоянию вещества подразделяет топливо на три основных вида: твердые, жидкие и газообразные, а по способу получения — на природные (уголь, нефть, газ) и искусственные.

Тому «кто в теме» понятно, что сектор АПК, таким каким мы его знали несколько лет назад, уже не будет. Инновации и альтернативное топливо будут входить на рынок и рано или поздно найдут своего потребителя в широких масштабах. Когда это произойдет и самое главное как, увы, никто точно не скажет. Но согласно транспортной стратегии, к примеру России, доля российского машинно-тракторного парка, работающего на альтернативных видах топлива, к 2030 году должна вырасти до 24%.

При этом ситуацию для дизельного топлива усложняет непрерывный рост цен на ГСМ, что приводит к росту затрат и увеличению себестоимости продукции. В таком варианте, специалисты отрасли все больше задумываются о переходе на инновационные источники энергии, которые снизят расходы предприятий и хозяйств, и это уже не просто выбор, а практическая необходимость.

Самым популярным альтернативным видом топлива, получившим наибольшее распространение и практическое применение в сельском хозяйстве, стал компримированный или сжиженный природный газ — метан, который еще называют общим структурным термином «газомоторное топливо».

Главным преимуществом данного типа топлива является высокий уровень экономичности, так как цена на газ практически в три раза ниже, чем на нефтетопливо. Технология также минимизирует ущерб окружающей среде и загрязнение атмосферы вредными токсичными элементами. К примеру, выбросы диоксида углерода у газомоторного топлива ниже в 2-3 раза, чем у традиционных ГСМ.

Двигатели на метане используют более высокую степень сжатия. Флагманами c мировым именем, которые уже вступили в новую эру производства инновационных агрегатов, являются концерны AGCO с трактором Valtra Dual Fuel мощностью до 160 л. с. и CNH Industrial c T6 мощностью до 180 л.с. На российском рынке разработками такого рода машин занимаются АГРОМАШ и Брянсксельмаш.

Главным тормозом развития данного сегмента является доступность газовых заправок. Пока данный вопрос не решится в сторону наращивания мощностей, массово технику на газомоторном топливе на полях отечественных аграриев мы не увидим.

Вторым по популярности, даже не видом топлива, а инновационным источником энергии на рынке сельскохозяйственной техники и машин является электричество. Долгое время регулятор недооценивали и считали, что ресурс машин с электродвигателями не позволяет им в должной мере реализовать себя в отрасли.

Основными положительными аргументами электромашин выступают экономическая эффективность и экологичность, негативными — необходимость частой подзарядки и недоступность технологий в открытом доступе.

Технология основана на преобразовании электрической энергии в механическую, а в основу работы подавляющего числа электрических машин положен принцип электромагнитной индукции. 

Активную разработку в сфере электрофикации тракторов ведут компании H2Trac, Solectrac, Landini, Fendt, Sepp Knusel и СNH Industrial.

Заслуженное третье место занимает водород. Водородное топливо является самым экологически чистым видом моторного топлива, что обуславливает его дальнейшие перспективы для рынка сельскохозяйственной техники и машин.

Сибирские ученые, которые активно работают над разработкой катализаторов на основе многослойных углеродных нанотрубок для получения водородного топлива из муравьиной кислоты, считают, что на сегодняшний день молекулярный водород один из наиболее перспективных альтернативных источников энергии, безвредных для окружающей среды.

Определяющим фактором является то, что водород представляет собой самый распространенный элемент на планете, который, с одной стороны, в обычных условиях не встречается в чистом виде, а с другой стороны, легко вступает в реакцию с другими химическими элементами и органическими соединениями.

При использовании водородного топлива, сам водород размещают в специализированные топливные элементы, чаще всего соединенные с электродвигателями. По мнению экспертов отрасли, это минимум в 2-3 раза улучшает экономичность по сравнению с традиционными горюче-смазочными материалами.

Одной из наиболее известных моделей, использующих в качестве топлива водород, является  разработанный в партнерстве со специалистами FIAT водородный трактор New Holland NH2 на базе серийной машины T6.140.

Трактор NH2 является практически бесшумным, при этом он использует три блока топливных элементов (ТЭ) суммарной мощностью 135 л.с. Один из них используется для движения, второй — для привода вспомогательного и навесного оборудования через гидравлическую систему.

Водородное топливо в конструкции агрегата хранится в газообразном виде под давлением 350 атмосфер. Бак имеет рабочий объем 8,2 кг, что достаточно для трех часов непрерывной работы в поле.

2020 год был богат на инновационные новинки. Так, китайский национальный институт инноваций и создания сельскохозяйственной техники CHIAIC презентовал первый самоходный автономный трактор модели ET504-H, работающий на водороде.

Трактор оснащен специализированными топливными ячейками и литиевой батареей в качестве буферного хранилища. В конструкцию входят несколько электромоторов, в том числе для поворота колес и подъема навесного оборудования. Без нагрузки трактор движется на энергии, вырабатываемой водородными топливными элементами. При этом при нагрузке к ним подключается энергия, запасенная в литиевой аккумуляторной батареи. Водородного бака ET504-H хватает на 4 часа непрерывной работы, а время дозаправки составляет всего 5 минут.

Разработки в сегменте водородной сельскохозяйственной техники ведут многие бренды. Так, в 2020 году был представлен концепт трактора Valtra H202 с дистанционным управлением на водороде.

Смешивание водорода и кислорода осуществляется в специальных топливных элементах. При этом кислород собирается посредством систем забора воздуха, а водород хранится в алюминиевых топливных баках при избыточном давлении. Проект планируется завершить к 2040 году.

При этом корпорация AGCO, включающая в себя бренды Fendt, Massey Ferguson и Valtra, также анонсировала появление своего брендированного первого водородного трактора в течение ближайших пяти лет.

О намерениях начать серийный выпуск водородной сельхозтехники также сообщили и в нашей стране. В частности, замглавы Министерства промышленности и торговли РФ Александр Морозов подчеркнул, что уже в 2023 году пройдут первые испытания опытных образцов.

Не спешите закидывать нас гневными комментариями и обвинениями в некомпетентности. Давайте порассуждаем.

Пропан представляет собой сжиженный нефтяной газ, являющимся побочным продуктом переработки природного газа и переработки нефти. 

Топливо имеет широкое распространение среди автомобилей. Его основными преимуществами являются развитая инфраструктура транспортировки, хранения и заправок, упрощенный процесс монтажа систем газобаллонного оборудования ГБО, а также стоимость установки, которая в два раза дешевле, чем, например, для метана. Среди минусов эксперты отмечают меньшую плотность, что влияет на перерасход, а также сниженные показатели мощности.

Пропановое топливо пока не применяется для сельскохозяйственной техники в связи с тем, что она чаще всего эксплуатируется в тяжелых условиях. 

Кроме того, данный источник, во-первых, не позволяет достигнуть высокой производительности сельхозмашин, а во-вторых, является нестабильным и взрывоопасным. Но если предположить, что наука сможет стабилизировать элемент, перспективы топлива для отрасли АПК могут «заиграть новыми красками».

Биодизельное альтернативное топливо также не получило пока массового распространения в сельскохозяйственном секторе, несмотря на то, что оборудование АПК может эксплуатироваться на нем.

Питание для моторов такого рода производится на основе растительных масел (подсолнечное, рапсовое, соевое, конопляное, льняное) или животных жиров. К примеру, из урожая, собранного с 1 га рапсового поля, возможно получить около 1000 литров биодизеля. 

Плюсом источника энергии является то, что техника не требует специализированных силовых установок, так как двигатели машин могут быть доработаны для сжигания биотоплива в чистом виде или после смешивания его с нефтяным дизельным топливом.

Биодизель является безопасным, биологическим альтернативным топливом, снижающим загрязнение воздуха связанное с выхлопами различного рода транспортных средств. Условия хранения не отличаются от традиционных ГСМ.

Важно отметить, что в настоящее время биодизель на территории Российской Федерации не производится, хотя в стране и существует профильный законопроект, разработанный Минсельхозом России. По оценке аналитиков, рынок биотоплива будет развиваться на горизонте 10 лет, так как сельскохозяйственная техника в перспективе способна работать на нем.

Помимо представленных в обзоре видов топлива будущего, к альтернативным источникам энергии для техники можно также отнести метанол (древесный алкоголь), этанол (спиртовая основа, произведенная путем переработки и брожения пшеницы, ячменя и кукурузы), а также виды топлива серии P (прозрачные альтернативные материалы на основе этанола, газоконденсатной жидкости и метилтетрагидрофурана с высоким октановым числом, которые можно использовать в транспортных средствах с универсальной топливной системой).

Переход на альтернативные источники энергии и топливо будущего в сельском хозяйстве сейчас актуален как никогда. Аграрии нуждаются в инновационных стимулах и решениях, которые обеспечат не только экологичность технологий, но и оптимизацию затрат, что позволит повысить эффективность всех видов работ и достигнуть по-настоящему рекордных показателей.