Zelfs zware motoren moeten op de testbank worden gezet om de vereiste uitlaatgaskwaliteit op elk bedrijfspunt en het verminderde brandstofverbruik te verifiëren. Van 27 februari tot 5 maart 2022 toont SYSTEMS & COMPONENTS, dat plaatsvindt op de vakbeurs Agritechnica in Duitsland, de optimalisaties in brandstofefficiëntie in de nieuwste generatie off-highway-motoren. De technologieaanbieders die in Hannover zullen exposeren, bieden uitgebreide systeemcompetentie, waaronder intelligente uitlaatgasnabehandeling en injectietechnologie voor diesel, biodiesel of vloeibaar gas.
(DLG) Hoewel verbrandingsmotoren, met name dieselmotoren, in het publieke debat algemeen worden beschouwd als op de rand van uitsterven, zijn ze nog lang niet klaar in de off-highway-sector, waar ze een hoge beschikbaarheid, betrouwbaarheid en lage bedrijfskosten vertegenwoordigen met bewezen lange levensduur, zelfs onder de zwaarste omstandigheden. Naast branchespecifieke factoren zijn vooral efficiëntie en de wettelijke eisen voor het verminderen van vervuilende stoffen de technologische drijvende krachten. De vooruitgang die is geboekt bij de ontwikkeling van motoren om mobiele werkmachines te optimaliseren op het gebied van brandstofverbruik en emissies, zal een van de centrale thema's zijn op SYSTEMS & COMPONENTS, dat voor de vijfde keer parallel met Agritechnica in Hannover, Duitsland plaatsvindt.
Lagere uitstoot bij hoog vermogen
Vrijwel alle leveranciers van conventionele verbrandingsmotoren zullen ter plaatse in Hannover aanwezig zijn met een uitgebreide reeks oplossingen om OEM-klanten in staat te stellen te voldoen aan de strenge uitlaatemissienormen volgens European Off-Highway Stage V en US Off-Highway Tier 4 final. Veel van deze nieuwe ontwikkelingen volgen consequent het principe van downsizing: beproefde componenten voor brandstofinjectie (common rail-systeem), motor- en luchtbeheer en uitlaatgasnabehandeling vormen samen met kleinere motoren brandstofbesparende krachtpatsers.
Leveranciers besteden veel aandacht aan de modulariteit van hun motorsystemen. Componenten met flexibele montage maken verschillende installatiemogelijkheden en systeemintegratie volgens de vereisten mogelijk. De uitvoeringen verschillen bijvoorbeeld door ventilatoraanbouwdelen en riemaandrijvingen, cilinderkopdeksels en oliecarters van kunststof en aluminium, tot en met turboladers met wastegate of laaddrukregeling met variabele turbinegeometrie. In tegenstelling tot hun diesel-tegenhangers zijn motoren op aardgas uitgerust met gekoelde uitlaatgasrecirculatie. Om aan de emissievoorschriften te voldoen, zijn de motoren uitgerust met een uitlaatgasnabehandelingssysteem bestaande uit een roetfilter (DPF), selectieve katalytische reductie (SCR) en dieseloxidatiekatalysator (DOC).
Met biomethaan voor klimaatneutrale mobiliteit
De verschillende eisen die aan mobiele machines zoals dumptrucks, mobiele graafmachines, tractoren of maaidorsers worden gesteld, betekenen echter ook dat er geen gemeenschappelijke motoroplossing is. In dit kader zullen openheid voor technologie belangrijke sleutelwoorden zijn bij SYSTEMS & COMPONENTS bij de beoordeling van het portfolio van motoren. Naast dieselmotoren zullen daarom ook tal van andere concepten zoals parallel hybride, range extender, plug-in hybride en volledig elektrische systemen worden gepresenteerd op het B2B platform in Hannover. Op de beurs zal extra aandacht worden besteed aan alternatieve brandstoffen, die de weg moeten effenen naar klimaatneutrale mobiliteit. Er zullen onder meer aardgasmotoren te zien zijn die speciaal zijn ontworpen voor offroad-toepassingen in landbouw- en bouwmachines. Onder reële bedrijfsomstandigheden produceren deze ongeveer tien procent minder koolstofdioxide dan dieselmotoren.
In dit proces krijgt het gebruik van biomethaan steeds meer aandacht in de landbouw, zoals blijkt uit de New Holland T6 Methane Power – 's werelds eerste tractor in volumeproductie die op 100% methaan rijdt. In het interieur maakt een zescilindermotor van FPT Industrial met een cilinderinhoud van 6.7 liter gebruik van gecomprimeerd (CNG), vloeibaar (LNG) of hernieuwbaar (biomethaan) aardgas en voldoet hij aan de EU Stage V-emissienorm, dankzij het gebruik van een driewegkatalysator. De levering van de eerste tractoren staat gepland voor de komende maanden van 2021, met een indrukwekkend aantal pre-orders die dit jaar geproduceerd en geleverd zullen worden. In de toekomst is het dus mogelijk om te tanken op de eigen biogasinstallatie van de boerderij, mits een bijbehorende gasconditioner beschikbaar is. Als de plant daarnaast nog vloeibare of vaste mest vergist, kan de CO2-balans zelfs negatief zijn.
Synthetische brandstoffen als nieuwe optie
Synthetische brandstoffen bieden een mogelijke oplossing in het tot nu toe relatief over het hoofd geziene nul-koolstofscenario. Dergelijke brandstoffen kunnen worden geproduceerd met behulp van regeneratieve elektriciteit. Het belangrijkste voordeel van deze op power-to-liquid gebaseerde e-brandstoffen is hun hoge energiedichtheid, vooral in vergelijking met batterijsystemen. De achtergrond hiervan is dat, hoewel kleine bedrijfsvoertuigen voor gebruik in de landbouw volledig kunnen worden geëlektrificeerd, dit een enorme uitdaging is voor zware mobiele werkmachines. Gedeeltelijke elektrificatie van de aandrijflijn parallel met kleinere motoren aangedreven door synthetische brandstoffen, is een mogelijkheid om relevante CO2-reducties te bereiken. Een voorbeeld hiervan is methanol, regeneratief geproduceerd, dat kan worden gebruikt als drop-in vervanger voor de off-highway-sector. De uitdaging van e-fuels is hun behoefte aan regeneratieve elektriciteit voor CO2-neutrale elektrolyse en dat deze momenteel niet in voldoende hoeveelheden beschikbaar is. Dit belangrijke aspect op weg naar een klimaatneutrale toekomst wordt door engineers en experts besproken in de expertforums 'Future Lounge' van SYSTEMS & COMPONENTS.
Waterstof speelt al heel lang een ondergeschikte rol bij de ontwikkeling van CO2-neutrale aandrijfconcepten in de offroad-sector. De complexe omzetting van andere vormen van energie naar waterstof bleek te complex om het doel te bereiken. Sinds de Europese Unie in juli 2 de 'European Clean Hydrogen Alliance' (ECH2020A) lanceerde, verschuift de aandacht van de industrie echter steeds meer naar dit onderwerp, en niet zonder reden, aangezien regeneratief geproduceerde waterstof niet alleen geschikt is als brandstof voor brandstofcellen, maar kan ook direct worden gebruikt in verbrandingsmotoren en gasturbines. Omdat waterstof een brandstof is die geen koolstof bevat, ontstaan er slechts minimale emissies, voornamelijk door verbrande smeerolie. Dankzij de lage uitlaatgastemperaturen ligt het stikstofoxiderendement al onder de grenswaarden, zelfs zonder uitlaatgasnabehandeling. Een efficiënte, zuinige werking resulteert bovendien in een verbruiksvoordeel in vergelijking met conventionele verbrandingsmotoren.
Waterstofmotoren komen op gang
Dus hoe ziet de ideale waterstofaandrijving voor een graafmachine eruit? SYSTEMS & COMPONENTS wil deze vraag beantwoorden met de motor- en turbomotoraanpassingen die hiervoor nodig zijn. Motorfabrikant Deutz heeft al zo'n prototype gepresenteerd als alternatief voor brandstofceltechnologie: de TCG 7.8 H2. De waterstofvariant van de zescilinder lijnmotor voor landbouwmachines kan ook in verschillende hybride configuraties in combinatie met elektrische aandrijvingen worden ingezet. Het succesrecept voor CO2-vrije verbrandingsmotoren bestaat uit efficiënte injectie, arme verbranding, uitlaatgasrecirculatie, turbocompressor en een speciale waterstofkatalysator. Een voorbeeld hiervan is een project dat wordt uitgevoerd aan het Institut für Kolbenmaschinen (Instituut voor zuigermotoren) van het Karlsruhe Institute of Technology (KIT). Het onderzoekt het potentieel van toekomstige verbrandingsmethoden aan de hand van het voorbeeld van zware bedrijfsvoertuigen. Hiervoor wordt de waterstof in een eerste fase in het inlaatspruitstuk van de motor geïnjecteerd en later, na ombouw van de motor, direct in de cilinder. Door dit proces zijn instituutsdirecteur prof. Thomas Koch en zijn team van wetenschappers in staat om de invloed van mengselvorming op de verbranding te analyseren. Het doel is om op basis hiervan de toekomstige technologie-roadmaps voor bedrijfswagenaandrijvingen op te stellen en de technische uitdagingen te bepalen die gepaard gaan met het implementeren van waterstofmotoren.
De motormix van de toekomst
De prestaties van moderne terreinwagens zijn gebaseerd op de betrouwbare en nauwkeurige werking van de motoren. De dieselmotor blijft in de nabije toekomst de favoriete motor in de technologiemix, maar heeft nu concurrentie. Of het nu gaat om gas, hybride of elektrisch, wat betreft het leidende SYSTEMS & COMPONENTS-thema 'Groene efficiëntie – geïnspireerd door oplossingen', de oplossingen die in Hannover te zien zijn, zullen helpen om markteisen en emissieregelgeving te verenigen.
SYSTEMS & COMPONENTS vindt plaats binnen Agritechnica, 's werelds grootste vakbeurs voor landbouwmachines, in Hannover, Duitsland, van 27 februari tot 5 maart 2022.Lagere emissies en lager brandstofverbruik: nieuwe motorconcepten voor off-highway-toepassingen combineren prestaties met klimaatbescherming