Alternatív hajtóanyaggal üzemelő erőgépek

A kőolajkészletek előbb-utóbb elfogynak, a kitermelés várhatóan fokozatosan csökken majd, a hajtóanyag ára emelkedni fog, ezért a mezőgazdasági gépek üzemeltetése az alternatív hajtóanyagok és energiaforrások irányába mozdul el a következő időszakban. A jelenleg és a jövőben rendelkezésre álló alternatív hajtóanyagok tárháza nagyon széles, ezért a mezőgazdasági erőgépek hajtásrendszere is változatos lesz.

A mezőgazdasági erőgépek ma még (néhány kivételtől eltekintve) dízelmotorral, esetleg Otto-motorral üzemelnek. A dízelmotorok hajtóanyaga a kőolajból elállított dízelgázolaj (gázolaj), az Otto-motoroké a motorbenzin. A gázolajon és motorbenzinen kívül mással üzemeltetett erőgépek az úgynevezett alternatív hajtóanyagokkal működnek. Az alternatív hajtóanyagok sorába tartozik a hidrogén, a villamos energia és egyéb energiahordozók is. Azt, hogy egy adott időszakban melyik alternatív hajtóanyag kerül az érdeklődés középpontjába, több tényező határozza meg, például az energiapolitika, a környezetvédelem, a beszerzés és üzemeltetés költsége, a járműben való tárolás lehetősége stb. Napjainkban központi kérdés a megújuló energiaforrásokból előállított energia termelése és használata.

A megújuló energiaforrásokkal kapcsolatos feladatokat az Európai Unió átdogozott (EU) 2018/2001 irányelve (128 oldal) alapján a tagállamok 2021. június 30-ig elfogadott törvényi, rendeleti és közigazgatási rendelkezései fogják meghatározni. Átfogó uniós célkitűzés, hogy 2030-ban a Közösség teljes bruttó energiafogyasztásának legalább 32%-át megújuló energia képezze. A közeljövőben az alternatív hajtóanyaggal és ezekkel üzemelő mezőgazdasági erőgépekkel sokat fogunk foglalkozni; most csak néhány érdekességet mutatunk be.

 

Cummins dízelmotorok
1. kép. Cummins 4.5 és 6.7 típusjelzésű mezőgazdasági dízelmotorok (forrás:
www.cummins.com)

 

Paraffinos típusú dízelmotorhajtóanyag: „XTL”

Az európai „XTL” jelölésű dízelmotor-hajtóanyag paraffinos típusú, szintetikus úton előállított folyékony motorhajtóanyag, amelyet megújuló vagy fosszilis eredetű hulladék anyagból gyártanak szintézissel vagy hidrogénezéssel, és aminek végterméke nagyon hasonló a hagyományos fosszilis (kőolaj) alapú dízelgázolajhoz. Az „XTL”-re vonatkozó európai uniós szabvány EN-15940 jelölésű. A szabvány szerint az „XTL” olyan teljesen szintetikus vagy megújuló alapú üzemanyagot jelent, amely semmilyen arányban nem tartalmaz fosszilis eredetű gázolajat vagy FAME-t (pl. repcemetilésztert). A parafnos típusú dízelüzemanyagok 100%-ban helyettesítik az EN 590 szabványoknak megfelelő gázolajat. Ezek a kiváló minőségű üzemanyagok tisztábban égnek el, így képesek csökkenteni a káros kibocsátásokat, például a nitrogén-oxidokat, a részecskéket.

A világ egyik legnagyobb dízelmotorgyára, a Cummins széles körű vizsgálatok alapján elfogadta az EN 15940 specifikációnak megfelelő paraffinos típusú üzemanyagok használatát. Ennek a szintetikus hajtóanyagnak az alkalmazásakor a Cummins B 4.5 és B 6.7 mezőgazdasági dízelmotorokon (1. kép) nincs szükség változtatásokra.

A motorok üzemeltetése esetén minden eredeti maradhat, a hajtóanyag-ellátó berendezések, üzemanyagszűrök, tömítések stb. Az „XTL” hajtóanyag könnyen keverhető a hagyományos dízelgázolajjal, a keverék ugyanolyan stabilitással, hidegtulajdonságokkal fog rendelkezni, mint a hagyományos gázolaj. A Cummins kimutatta, hogy a paraffinos típusú üzemanyagok használatakor a motorok kipufogógáz-utókezelő rendszere, a dízeloxidációs katalizátor (DOC), a dízel részecskeszűrő (DPF) és a szelektív katalitikus redukciós (SCR) egység a vizsgálatok során hasonlóan üzemelt, mint a hagyományos gázolaj alkalmazásakor. Az „XTL” dízel hajtóanyag alkalmazása esetén a hagyományos fosszilis gázolajhoz képest az üvegházhatású gázok (ÜHG) kibocsátásának 40–90%-os csökkentése érhető el a mezőgazdasági dízelmotor teljes életciklusa alatt.

 

New Holland Methane Power
2. kép. New Holland Methane Power típusjelzésű traktor (forrás:
https://tractoroftheyear.org)

 

Metán, mint alternatív hajtóanyag

A szintetikus úton elállítható metán (CH4) jó motorhajtóanyag, a levegő-metán keverék szikragyújtással 3. kép. Hidrogén-gázolaj üzemeltetésű New Holland T5.140 Auto meggyújtható. A tiszta metán helyett elsősorban az olcsóbb, magas metántartalmú (95–98%-os), 200–250 bar nyomáson sűrített földgázt (CNG; Compressed Natural Gas), esetleg a folyékony földgázt (LNG; Liqueed Natural Gas) [amely 1 bar nyomáson -162 oC vagy 10 bar nyomáson -125 oC alatti hőmérsékletű] vagy újabban tisztított és besűrített, 98% metántartalmú (biometánt) biogázt használnak motorhajtóanyagként. A világon sok helyen folyik metánüzemű traktorokkal széles körű mezőgazdasági próbaüzemeltetés.

A New Holland Methane Power traktor (a „Fenntarthatósági díj 2020” cím nyertese) nemcsak technikailag újszerű, hanem szép megjelenésű, formatervezett alkotás (2. kép).

A traktor motorja hathengeres, FPT NEF6 metángázmotor, amely 133 kW/180 LE teljesítményt és 740 Nm nyomatékot szolgáltat. A motor ugyanolyan teljesítményt nyújt, mint a korábban alkalmazott dízelmotor, de üzemeltetési költsége 30%-kal alacsonyabb, 10% kevesebb CO2-ot bocsájt ki, és a kipufogógáz többi károsanyagemisszió-értéke is 80%kal kisebb, a zajkibocsátása 3 dBA értékkel alacsonyabb.

A metánt 200–250 bar nyomáson, szénszálas anyagból készült tartályokban tárolják. A traktor elején pótsúlyhoz hasonló formában egy nagy gáztartály, míg a traktor bal oldalán, a fülke alatt hat darab kisebb gáztartály található.

 

New Holland T5.140
3. kép. Hidrogén-gázolaj üzemeltetésu New Holland T5.140 Auto

 

Hidrogén – a jövő hajtóanyaga

A hidrogénhajtású gépjárművek kísérleti példányairól egyre gyakrabban lehet hallani. A hidrogén hajtóanyagként való felhasználására két rendszer alakult ki, az üzemanyagcellás villamos hajtás és a hidrogénüzemű belsőégésű-motoros hajtás. Mindkét rendszer esetén probléma a hidrogén járműben való tárolásának megvalósítása.

Nemrég a hollandiai Scholmann építőipari vállalkozás ömlesztett építési alapanyagok rövidebb távú szállítására 4 db hátrabillentős pótkocsihoz hidrogén-gázolaj hibrid (dual fuel) üzemeltetésű New Holland T4.140 típusú traktort vásárolt (3. kép).

A traktorok átalakítása után a fülke tetején 5 db tartályt kaptak, amelyekben 350 bar nyomáson 11,5 kg hidrogént lehet tárolni (ez megfelel mintegy 100 liter gázolajnak). Az eredeti FPT-NEF 4,5 literes, négyhengeres dízelmotorok pedig a szívócsőnél a Blue Solution cég által kivitelezett hidrogénbefecskendező rendszerrel lettek ellátva (4. kép). A kettős hidrogén-gázolaj üzemnél a hidrogénenergia aránya nagy motorleterhelés esetén 30%, alacsony terhelésnél 60% értékű (azért, hogy a kettős üzem hosszabb ideig álljon fenn).

A kettős hidrogén-gázolaj üzemmel műszakonként kb. 50% CO2-megtakarítás érhető el, és a kormánytól a szén-dioxid-megtakarításért kapott bónuszpénz feltehetően fedezni fogja a viszonylag magas átalakításiköltséget.

 

Hidrogénbefecskendező rendszer
4. kép. Hidrogénbefecskendező rendszer elhelyezése (forrás:
www.trattoriweb.com)

 

SZERZŐ: DR. VARGA VILMOS NY. EGYETEMI DOCENS

 

agrár alternatív CO2 dízelmotor energiaforrás erőgép hajtóanyag hidrogénhajtású kőolajkészlet metán mezőgazdaság Otto-motor paraffinos XTL