Batterier för jordbruksmaskiner: Finns synergier med vägfordon?

skrivet av Anna Tomsic
Det är inte bara vägfordonsparken som elektrifieras. Även arbete med elektrifiering av jordbruksmaskiner pågår. För ett par år sedan rapporterade OmEV om två forskningsprojekt vid dåvarande Jordbrukstekniska Institutet (JTI) i Uppsala. Sedan dess har JTI döpts om till ”Enheten för jordbruk och livsmedel” och gått upp i RISE, och projekten har avslutats.
Det är dags att se vad projekten kom fram till och hur RISE/JTI bygger vidare på resultaten.
Vi vill också undersöka kravställningen mot batterier: Finns likheter och möjliga synergier mellan jordbruksmaskiner och vägfordon? Och hur långt kan elektrifieringen gå inom jordbruket? Är t.ex. en batteridriven skördetröska en bra idé?
Projekt hos RISE/JTI
På en gård finns ofta behov av arbetsmaskiner för två olika typer av huvudsysslor: Mindre maskiner för inomgårdsarbete, t.ex. lyft, transporter och ladugårdssysslor, och större maskiner, främst avsedda för arbete på fält. Eldrift är lämpligare för de mindre inomgårdsmaskinerna, både p.g.a. att de inte kräver så stora batterier och p.g.a. att inomgårdsarbetet gör det lättare att ladda batterierna.
I en tidigare förstudie gjordes en kartläggning av energibehovet för inomgårdsmaskiner. Här kom man fram till att ett batteri på 10 kWh skulle täcka stora delar av energibehovet för teleskoplastare med effekter på antingen 75 eller 105 kW. En simuleringsmodell baserad på en 120 kW traktor med frontlastare gav som resultat att ett batteri på 11 kWh, typiskt för en personbil med plug-in-hybriddrift, skulle fungera väl i denna applikation.
Ett av de RISE/JTI-projekt OmEV rapporterade om 2015 syftade till att utvärdera en liten batteridriven kompaktlastare – eHoftrac från Weidemann – för inomgårdsarbete på djurgårdar. Maskinen hade tidigare utvärderats teoretiskt.
I den aktuella studien ägnade man sig åt fältstudier av fem stycken eHoftrac, som användes i det dagliga arbetet på gårdar. Resultaten var goda: Energiförbrukningen sjönk med 75% jämfört med motsvarande dieselmaskin och användarna var nöjda. ”Lastaren var effektivare än väntat och behövde bara laddas var fjärde dag, i stället för de två gånger om dagen man räknat med”, säger Ola Pettersson som ledde projektet. ”Användarna var mycket nöjda.”
Kompaktlastaren innehåller ett bly-syra-batteri med ett energiinnehåll på 14,4 kWh som klarar av att driva elmotorer på 15,5 kW. Vikten hos det 450 kg tunga bly-syra-batteriet är inte enbart en nackdel – batteriet tjänar som motvikt vid tunga lyft. Vid en övergång till Li-jonbatterier skulle man få mer energi för samma vikt.
Det andra RISE/JTI-projektet OmEV rapporterade om 2015 handlade om att ta fram ett designkoncept för en arbetsmaskin som skulle kunna användas både inom jordbruket, främst för inomgårdsarbete, och i kommunal tjänst, t.ex. för gatuunderhåll och parkskötsel.
Projektledaren Oscar Lagnelöv berättar att man först tänkte sig ett hybridfordon, men att man landade i ett rent elfordon, både av kostnads- och miljöskäl. Designkonceptet har fått namnet ”Jumbo” och har två stycken 24 kWh Li-jonbatterier av samma typ som använts i Nissan Leaf, d.v.s. LMO/LNO-batterier från AESC. ”Jumbo” är i huvudsak självkörande, men kan även köras av förare. Jämfört med motsvarande dieselfordon skulle ”Jumbo” leda till en minskning i växthuspotential med mer än 86%.
RISE/JTI har även undersökt möjligheten att ersätta större traktorer med eldrivna, autonoma jordbruksmaskiner.
De har simulerat alla maskinaktiviteter i fält på en ekologisk mjölkgård med 200 ha åker under ett år, och kommit fram till att det går att ersätta en konventionell dieseltraktor på 160 kW med två stycken autonoma, batteridrivna dragmaskiner med varsin motor på 36 kW.
Energianvändningen minskar då med 58% jämfört med dieseltraktorn, växthuspotentialen minskar med upp till 92%, och dessutom blir det billigare. I varje batteridriven dragmaskin antar man att man har ett batteri på 113 kWh med Panasonic 18650A NCA-celler – samma celler som används av bl.a. Tesla. ”Vi valde en ekologisk gård, eftersom de har en stor del maskinarbete”, säger Oscar Lagnelöv.
Nästa steg för RISE/JTI är att faktiskt bygga autonoma prototypfordon som går på någon form av fossilfri energi: flytande dieselersättning t.ex. HVO, biogas, eller eldrift i någon form. Till eldrift räknas här förutom batterier även bränsleceller och kabelanslutning. Man vill också utvärdera efterföljare till kompaktlastaren eHoftrac. ”Sedan det projektet startade har det hänt mycket på marknaden”, berättar Ola Pettersson. ”Marknaden fick en skjuts av projektet.”
Status och framtid för elektrifiering av jordbruksmaskiner
Elektrifiering av jordbruksmaskiner är fortfarande på prototypstadiet, och berör än så länge mindre fordon. Karin Backlund, vice VD för KA Backlunds Maskinaffär i Sollebrunn, har ännu inte märkt av något intresse för batterifordon hos sina kunder. ”Jag kan tänka mig att det är lättare att introducera mindre elfordon hos kommuner och kyrkogårdsförvaltningar än att satsa på stora fordon. Kommunerna har ju också hårdare krav på sig att minska utsläppen.”
Enligt Ola och Oscar på RISE/JTI vill de bönder som provat elfordon inte gå tillbaka till diesel, så mycket handlar om att göra fordonen tillgängliga inom de områden där eldrift är lämpligt.
Så hur långt kan elektrifieringen gå? Enligt forskarna på RISE/JTI kan arbetssättet att ersätta konventionella traktorer med autonoma, batteridrivna fordon i princip skalas upp för att användas på en ren spannmålsgård.
Elektrifiering av skördetröskor tror de dock inte på: ”Skördetröskan är en specialmaskin, som är dyr i inköp och endast används under en begränsad tid på året. En skördetröska används under många år – man köper inte en ny så ofta”, säger Ola. Ett radikalt tekniksprång är alltså inte att vänta i närtid. Eftersom tröskan körs upp till nio-tio timmar om dagen med en kontinuerlig effekt på 200-300 kW, och möjligheten till laddning är begränsad, blir batterierna också orimligt stora.
RISE/JTI tror mer på flytande dieselersättning för specialmaskiner som skördetröskan. De tror att vi under en ganska lång tid framöver kommer att se en kombination av olika fossilfria drivmedel, där batteridrift är en viktig komponent. Ju mer självkörande fordonen blir, desto lättare är det att implementera batterier. Användandet blir då mindre knutet till förarens arbetstid, vilket underlättar t.ex. laddning.
Egna tankar
De batterispecifikationer som RISE/JTI har använt sig av i sina koncept- och fältstudier är starkt kopplade till batterier för vägfordon. Med utveckling av autonoma fordon både för vägar och åkrar kommer fordonsanvändandet och kravbilden mot batterier att modifieras.
Det finns goda skäl att tro att det finns synergier mellan utvecklingen av batterier för jordbruk och vägtrafik.