Stapsgewijs van diesel naar gas en stroom

Hybride- en methaanmotoren lijken op korte termijn de meest logische opvolgers van de dieselmotor. De compleet elektrische aandrijving komt ook, al zal dat wat langer duren. Diesels hebben niet het eeuwig leven in de landbouw. Een analyse over de nabije toekomst.Het einde van de dieselmotor is nabij. Fabrikanten en universiteiten, maar ook start-ups experimenteren vol passie met alternatieve aandrijving. In de landbouw rukt vooral de elektrische aandrijving van voertuigen verder op. Niet alleen de mest- en voeraanschuifrobotjes in de stallen of een heftruck in de bewaring. Deze lichte machines in de stal hebben relatief weinig kracht nodig, blijven in de buurt van het stopcontact en waren dus als eerste ook elektrisch te krijgen.Niet alleen de trekkers, maar ook werktuigen krijgen elektrische aandrijving. De Agricultural Industry Electronics Foundation (AEF) maakte er vast een standaard voor elektrische aandrijving net als dat voor Isobus was gedaan. - Foto: Frits HuidenElektrisch aandrijven voordeel bij kort gebruikNu is ook het grote, zwaardere materieel dat op het erf blijft, technisch zover. Diverse elektrische studiemodellen zijn al gelanceerd en verschijnen hier en daar zelfs productierijp in de prijslijst. Het gaat vooral om minishovels en voermengwagens, zoals de zelfrijdende eTruck van Siloking. Een van de redenen om deze elektrisch aan te drijven is volgens Siloking-dealer Reiner Huslage het korte gebruik per dag. Vanuit dat oogpunt is elektrisch aandrijven veel gunstiger dan diesel. Moderne diesels moeten immers eerst op bedrijfstemperatuur komen voordat ze de juiste diesel-AdBlue-verhouding halen en zo aan de strenge emissie-eisen kunnen voldoen. Bij kort dagelijks gebruik, zoals bij het voeren van het vee, kunnen er zelfs storingen opkomen.Het John Deere Sesam studiemodel dat op de Sima werd geïntroduceerd, heeft een enorm accupakket waarop de trekker een uur kan rijden onder volle belasting. - Foto: John DeereVan hybride naar waterstofOok in het grondverzet zien we de eerste kranen en shovels met elektrische aandrijving verschijnen. Vrijwel altijd wordt met een schuin oog naar de auto- en vrachtwagenwereld gekeken als voorbode van de landbouw. Iedereen is het er wel over eens dat traditionele fossiele brandstoffen hun langste tijd hebben gehad als voornaamste energiebron.Wat echter volgt voor trekkers en wanneer, blijft volgens de experts koffiedik kijken. Behalve korte klussen moeten trekkers immers ook langdurig onder volle belasting zijn in te zetten. Een dag ploegen, kilveren of volle bak in transport met tonnen aan lading, vraagt meer dan de huidige stand van de alternatieve techniek kan waarmaken. Samengevat zijn er vier mogelijkheden; hybride, methaan, elektrisch of waterstof. Dit is tegelijk ook de volgorde waarin men denkt dat het in de landbouw zijn intrede gaat doen.Hybride onder handbereikHybride techniek van een dieselmotor die wordt ondersteund door een elektromotor is het meest binnen handbereik, denkt ook Willem van der Zwaan van John Deere. “De alternatieven voor diesel zijn simpelweg nog te duur. In het grondverzet zie je wel steeds meer hybride motoren. Diesel is eigenlijk optimaal. Een hybridetechniek met elektromotor of generator kan bijvoorbeeld wel zorgen dat de dieselmotor een constanter toerental kan draaien.”‘Voor externe aandrijving is het een beetje een kip-en-eiverhaal. Wie gaat er nu investeren in een trekker die elektrisch machines kan aandrijven als er geen goede machines voorhanden zijn’?^{Willem van der Zwaan, John Deere}John Deere had zelf de E Premium in het programma, waarbij een generator interne onderdelen aandreef zoals de koelvin. Er zijn er 200 wereldwijd verkocht en 15 in Nederland. Toch gaat de opvolger 6210 RE niet in productie. Er is geen interesse. “Voor externe aandrijving is het een beetje een kip-en-eiverhaal. Wie gaat er nu investeren in een trekker die elektrisch machines kan aandrijven als er geen goede machines voorhanden zijn? En andersom geldt dit net zo.” John Deere ontwikkelt zich als fabrikant wel volop in de elektrische aandrijving. De Sesam-trekker op de Sima onderstreept dit. De volledig elektrische trekker heeft een enorm accupakket waarop de trekker een uur kan rijden onder volle belasting. Dit legt gelijk het probleem bloot: elektriciteit vraagt veel opslagcapaciteit en ruimte, wil je een trekker maken die ook wat kan doen.Om het probleem van een enorm en duur accupakket te ontlopen, experimenteert John Deere ook met een trekker aan een verlengsnoer. Via een haspel wordt deze constant op- en afgerold.Accupakketten zijn nog te volumineus en duur. Onlangs liet John Deere het alternatief voor de accu’s op de Sesam ook zien. Een trekker aan een groot verlengsnoer. Het verlengsnoer rolt zich op en af, afhankelijk van de afstand tot het stroompunt. “In Duitsland is er een hype gaande rondom electrificatie. Daaruit is ook de BMW I3-serie ontstaan en deze John Deere aan een haspel. Het is een studieproject. Verder is er nog niets over bekend”, aldus van der Zwaan.Ook Tjörven van de Velde van Case IH vindt elektrische aandrijving nog een moeilijk verhaal. “Ik zie het wel sneller doorbreken in de lagere vermogenssegmenten. Daar is minder koppel nodig. Als je voor bijvoorbeeld transport een elektrische aandrijving gebruikt en je batterij is al half leeg om op snelheid te komen, dan wordt het niks. Iets op gang brengen vraagt veel energie. Als de gang er eenmaal in zit, dan is het wel elektrisch over te nemen.”Lees ook: De StekkertrekkerLandbouw nog slechte businesscase voor elektriciteitToch zit er veel ontwikkeling in de compleet elektrische aandrijving. Ook voor het zware materieel. Tesla heeft bijvoorbeeld al een vrachtwagen die net als de auto’s volledig elektrisch rijdt. Opladen gaat ook vlot. In 30 minuten is de accu op te laden, waarna de truck bijna 650 kilometer zou kunnen rijden. Bovendien; uit onderzoek van Auke Hoekstra, Senior Advisor Electric Mobility, verbonden aan de Technische Universiteit van Eindhoven, blijkt dat batterijen steeds goedkoper worden. Uit het verleden blijkt dat bij elke verdubbeling in productie er zelfs 17 tot 22% van de prijs af gaat. Was een batterij nog € 700/kWh in 2005, in 2020 is het € 200 en in 2030 zal hij € 100/kWh kosten. Ook de elektromotoren en bijbehorende elektronica zullen vele malen goedkoper zijn. De elektrische aandrijving moet daarbij veel onderhoudsvriendelijker zijn dan de moderne dieseltechniek. Zo zijn er veel minder bewegende delen, kan een elektromotor meer vermogen afgeven per kilo eigen gewicht en zullen ook de productiekosten van de gehele elektrische aandrijving zakken. Volgens Hoekstra is de elektromotor met 4,3 kW/kilo gemiddeld drie keer sterker per kilo eigen gewicht dan een motor op fossiele brandstof. En, niet onbelangrijk, 40 keer kleiner per kW.De Fendt E100 Vario rijdt maximaal 5 uur op een batterijlading en heeft een vermogen van 50 kW. De accu is een 650 V high-capacity lithium-ion accu van 100 kWh die in 40 minuten is op te laden tot 80 procent. - Foto: FendtHoekstra is groot voorstander van elektrische aandrijving voor auto’s, bussen en vrachtwagens. “Het mooiste is als er gelegenheid is om tussentijds op te laden. Maar wil je met je auto in een keer naar Spanje, dan wordt de accu te groot en te duur. Daar is er een parallel met de landbouw. Een trekker die de hele dag op vol vermogen moet draaien, heeft een te groot accupakket nodig en is nog te duur. Ook voor een halve dag van 4 uur is dat nog het geval. Hoekstra; “Grofweg kost een accu in 2030 € 100/kWh. Als je 4 uur lang 100 kW wil gebruiken heb je dus een batterij nodig van € 40.000.” Omdat trekkers en zelfrijders na het seizoenswerk weer lang stil staan, wordt dat een dure aangelegenheid, ziet ook Hoekstra. “Op zich is de landbouw wel een heel slechte businesscase voor elektrische aandrijving. Een idee kan zijn om batterijen uitwisselbaar te maken, net zoals je ziet bij handgereedschap.”‘Hoe meer cellen je tegelijk kunt laden, hoe korter de laadtijd is’^{Auke Hoekstra, Senior Advisor Electric Mobility, Technische Universiteit Eindhoven}De onderzoeker verwacht wel dat binnen 10 tot 15 jaar de batterijen half zo groot zijn en inbouwproblemen dus verleden tijd zijn. Wellicht zijn over 10 tot 15 jaar de lithium-lucht batterijen uit de experimentele fase. Die zijn werkelijk heel licht en klein, maar dat blijft nog koffiedik kijken.” Hoekstra verwacht wel dat de komende 10 jaar de laadtijd gemiddeld twee keer zo kort wordt. “Hoe meer cellen je tegelijk kunt laden, hoe korter de laadtijd is.”Gas is onder handbereikTjörven Van de Velde van Case IH ziet eerder toekomst in de motor die loopt op gas. “Tussen nu en 5 jaar zal methaan echt opgang maken. FPT heeft bijvoorbeeld gewoon een motor klaar. In de vrachtwagenwereld rijden er hele vloten op. Die stap is ook minder groot. De trekker blijft gelijk en je hebt een eigen methaantank op je erf.”Basis van de Valtra Dual Fuel is een Valtra N101 die rijdt op zowel diesel als biogas. Een mengverhouding van 15% diesel en 85% biogas geeft het maximale vermogen. Al in 1970 deed Valtra ervaring op met houtgas gestookte trekkers. - Lauri JokelaWaterstof staat volgens velen nog te veel in de kinderschoenen en is meer iets voor de lange termijn. Waterstof kan wel potentie hebben, want is voor relatief veel energie compact op te slaan. Het proces van omzetten van en naar waterstof is echter nog behoorlijk inefficiënt. Daarbij is alles rondom de veiligheid ook nog niet voldoende geborgd. Vooral New Holland werd bekend met zijn NH2-experiment waarbij een trekker op waterstof reed. Daarna verlegde ook New Holland zijn aandacht naar methaan via twee studiemodellen. Met methaan is inmiddels al veel geëxperimenteerd in de trekkerwereld. Steyr, Valtra en New Holland hebben er al veel van laten zien. Onlangs ontvouwde ook Massey Ferguson een schets van een methaantrekker. MF wil er verder nog weinig over kwijt. Van de Velde weet wel waarom de methaanmotor niet eerder opgang maakte. De eerste studiemodellen zijn immers al meer dan 10 jaar oud. “Het was relatief eenvoudig om de dieselmotoren te laten voldoen aan de eerdere emissie normen vanaf Fase II en III. Fase IV werd bovendien behoorlijk gesubsidieerd dus was er ook geen impuls en interesse om over te stappen op alternatieven als methaan. Dat gaat nu wel veranderen denk ik. Er zijn veel subsidies op hernieuwbare energie.”Massey Ferguson wil nog weinig over zijn methaan-project kwijt. Deze foto komt van een presentatie die werd gegeven op de Franse landbouwbeurs Axema. - Foto: Corinne Le Gall (La France Agricole)Gasmotor heeft weinig koppelNadeel van gasmotoren is dat ze weinig koppel hebben onderin en dus een slechte vermogensopbouw. Dieselmotoren die kunnen omschakelen op gas hebben weer last van methaanslip in de cilinders bij het omschakelen, wat zorgt voor een lage efficiëntie. Het gaat hier om CNG- en LNG-motoren. CNG (Compressed Natural Gas) is samengeperst aardgas. LNG (Liquified Natural Gas) is vloeibaar aardgas. LPG (bekend in de autowereld) is geen aardgas maar een vloeibaar mengsel van gassen. Het is een restproduct van olieraffinage en wordt niet bij de trekkers gebruikt. De tankdruk voor CNG is met 200 bar veel groter, dan die van LPG: 7,5 bar. Een LPG-auto geschikt kan dus geen CNG tanken.‘Ondanks een hoger koppel wordt het verbruik met Clean Engine Technology zo’n 14% lager’^{Siebren Greidanus, RosierGreidanus}Methaanslip en slechte vermogensopbouw ondervangenMechanisatiebedrijf RosierGreidanus heeft samen met Holland Diesel Maassluis een oplossing bedacht om methaanslip en de slechte vermogensopbouw van deze gasmotoren te ondervangen. Met hun Clean Engine Technologie (CET) wordt de conventionele smoorklep van dieselmotoren vervangen. Zo kunnen trekkers, shovels en kranen veel efficiënter en schoner draaien op gas. Met biogas kan de CO2-reductie wel oplopen tot een 85%. Gasmotoren hebben daarbij vergeleken met standaard dieselmotoren, een minimale uitstoot van NOx en fijnstof, tot zelfs 65% minder dan een Euro Fase-V-norm-dieselmotor, stellen de bedrijven. Siebren Greidanus van RosierGreidanus: “Ondanks een hoger koppel wordt het verbruik met CET zo’n 14% lager. Bovendien heeft de landbouw natuurlijk het voordeel dat het methaan al op het bedrijf aanwezig is als restproduct uit mest. Het sluiten van die kringloop geeft methaanmotoren zo een voordeel op andere energiebronnen.” Wanneer de techniek voor het eerst wordt voorgesteld, blijft onduidelijk. Eind van het jaar hoopt Siebren Greidanus meer bekend te maken.