Trattori specialistici, l’elettrificazione è la sfida del cambiamento

Negli ultimi anni i trattori speciali da frutteto e vigneto hanno subito importanti modifiche in risposta ai continui aggiornamenti sulle normative in tema ecologia e inquinamento. In particolare, recenti direttive hanno imposto ai costruttori l’utilizzo di sistemi post-trattamento dei gas di scarico al fine di ridurre i danni ecologici.

Le nuove tecnologie, tra cui il filtro antiparticolato (Fap) e la riduzione selettiva catalitica (Scr), oltre ad aver incrementato in modo considerevole i costi, hanno modificato l’assetto della macchina.

Le conseguenze di ciò sono l’aumento delle dimensioni e la riduzione della luce da terra in trattori che si devono distinguere per l’elevata visibilità dell’operatore e maneggevolezza di guida.

La situazione potrebbe ulteriormente aggravarsi con l’introduzione della normativa Tier 5, che porrà dei limiti ancor più stringenti sulle emissioni. In risposta a ciò, le aziende costruttrici stanno studiando nuove soluzioni che possano rispondere alle richieste da parte degli agricoltori nelle performance delle macchine nel rispetto delle direttive Ue.

Tra le ricerche effettuate, non solo da parte dei diretti costruttori, si fa strada lo studio approfondito che riguarda l’elettrificazione, un sistema che, nello specifico, potrebbe avere sviluppi interessanti specialmente nell’evoluzione di trattori specializzati. L’elettrificazione consiste nel sostituire alcuni componenti meccanici (quindi azionati direttamente dal motore) con componenti elettrici azionati direttamente da una batteria.

Attualmente le aree di elettrificazione studiate nei trattori agricoli sono tre: accessori, organo propulsore e generazione di energia per gli attrezzi.

Accessori

Gli accessori sono organi necessari al funzionamento del motore e non legati alla propulsione, come per esempio l’impianto dell’aria condizionata, il compressore del freno rimorchio, la ventola di raffreddamento del motore. Questi sono azionati da una trasmissione a cinghia, a sua volta messa in moto da una puleggia calettata sull’albero motore.
L’assorbimento degli accessori dipende dal regime motore e non dal reale impiego operativo.

Questa caratteristica può portare a componenti sovradimensionati che possono incrementare il consumo di carburante, specialmente in condizioni operative a bassa richiesta di potenza, come ad esempio durante l’idling (condizione operativa in cui il trattore è fermo con motore acceso al minimo). Gli ausiliari possono assorbire fino a 8 kW in un trattore da 80 kW.

Con accessori elettrificati è possibile integrare funzionalità aggiuntive, come per esempio lo spegnimento in brevi transitori, in modo tale da rendere il motore più brillante in presenza di sovraccarichi.

Organo propulsore

S’intende la sostituzione del motore endotermico con uno elettrico. Nel 2017 è stato presentato il Fendt e100, primo trattore da frutteto full-electric, dotato di un motore da 60 kW, un pacco batterie da 100 kWh dal peso di 590 kg e che dovrebbe garantire un’autonomia di almeno 5 ore.

Tale soluzione offre, sulla carta, numerosi vantaggi, come per esempio zero emissioni locali e zero rumorosità. Ma un ulteriore vantaggio del trattore elettrico è che l’azienda agraria, con un sistema di battery storage, unitamente a un impianto fotovoltaico, è in grado di autoprodursi l’energia elettrica necessaria per il funzionamento del trattore, con conseguenti benefici sull’impatto ambientale. Tuttavia, l’alto costo delle batterie rappresenta ancora un limite importante, ostativo alla diffusione di questa tipologia di macchine.

Energia per gli attrezzi

L’energia può essere trasmessa agli attrezzi attraverso la presa Aef, un generatore azionato dal motore endotermico. Questo impianto richiede l’adozione di attrezzi elettrificati, vale a dire sistemi elettrici che sostituiscano in toto le componenti meccaniche o idrauliche. In tal modo, lo strumento potrà essere gestito a prescindere dalla condizione operativa del motore e consentire agli operatori una lavorazione più elevata in termini di precisione e automazione. Va aggiunto, inoltre, che gli attrezzi elettrificati semplificano le stesse architetture dell’impianto.

Architettura ibrida

La disponibilità di attrezzi elettrificati sul mercato è al momento molto limitata, tuttavia, grazie alla recente standardizzazione dei requisiti elettrici, si prevede, in tempi brevi, un importante cambiamento in questa direzione. Ad avvalorare l’ipotesi contribuisce anche la crescente sperimentazione messa in atto dalle aziende e dai centri di ricerca particolarmente attivi su queste tematiche negli ultimi anni, come dimostrano i numerosi prototipi di attrezzi presentati nelle recenti fiere (Agritechnica, Eima). Questo tipo di intervento può essere effettuato anche implementando i trattori attualmente in commercio, con la semplice applicazione di un generatore elettrico portato sul sollevatore anteriore e azionato dalla presa di potenza anteriore. In questo modo un trattore tradizionale viene trasformato in ibrido.

La strada più facilmente percorribile nel breve periodo, e più promettente, riguarda proprio l’integrazione di tutte le aree di elettrificazione, sopra menzionate, in un’architettura ibrida.

Nelle recenti Eima e Agritechnica sono stati presentati numerosi prototipi o concept. Un esempio emblematico è offerto dal Carraro Agricube Hybrid, che utilizza un’architettura ibrida parallela, ossia, è munito di un motore endotermico da 70 kW e di uno elettrico da 20 kW. Il Carraro Agricube Hybrid può funzionare in modalità endotermica, ibrida e full-electric. Nella modalità ibrida, la potenza totale è data dalla somma dei due motori. I trattori speciali si prestano molto bene a essere resi ibridi, in quanto le loro funzioni sono variegate: possono, infatti, essere utilizzati in lavorazioni con un gran numero di attrezzi che assorbono potenza dai diversi sottosistemi (distributori ausiliari, presa di potenza). Molto spesso i carichi di questi attrezzi sono medio-bassi e fortemente variabili nel tempo; condizioni ideali che massimizzano i vantaggi di un’architettura ibrida. Inoltre, questa struttura consente di ottenere significativi downsizing del motore endotermico, a beneficio degli ingombri e delle emissioni.

Facendo una valutazione anche dei consumi, si suppone un reale miglioramento in termini di risparmio, grazie a un’evoluta gestione dei due motori con tecniche avanzate come il peak-shaving. Quest’ultima consente di far lavorare il motore endotermico nel punto ottimale, compensando le variazioni di carico grazie al motore elettrico e alla batteria. Nello specifico, quando il motore endotermico lavora in eccedenza di potenza, questa viene utilizzata per ricaricare le batterie; al contrario, quando il motore lavora in carenza, la potenza necessaria alla lavorazione viene colmata dal motore elettrico. Un trattore ibrido potrebbe integrare funzionalità aggiuntive, non integrabili in un trattore convenzionale, come ad esempio lo “start and stop”, che riduce il consumo di carburante causato dall’idling. Nel dettaglio, secondo uno studio svolto dallo stesso autore, i trattori da frutteto operano col motore in idling fino al 35% del tempo, condizione in buona parte evitabile, in quanto, in occasione di queste soste, gli operatori non utilizzano alcun sottosistema del trattore (come ad esempio il sollevatore).

L’elettrificazione dei trattori si propone come una risposta dei costruttori alla maggiore pressione dell’Ue per ridurre le emissioni dei motori endotermici. Tuttavia, questo potrebbe portare a una maggiore complessità costruttiva e a un incremento del prezzo d’acquisto dei trattori. L’aspetto legato al minor consumo di carburante potrebbe non rappresentare, di fatto, una leva così importante da catturare l’interesse degli agricoltori a valutare questo tipo di architetture. D’altro canto, per accogliere il cambiamento, i costruttori devono integrare funzionalità aggiuntive per incrementare produttività e operatività in campo.

Progetto Green SEED

L’Università di Bologna, insieme alle Università di Padova, Bolzano, Modena e Reggio Emilia, stanno lavorando al progetto triennale “Green SEED: Progettazione di trattori elettrici verso un’agricoltura sostenibile”, il cui obiettivo è quello di definire la migliore architettura ibrida per trattrici agricole con l’intento di ridurre le emissioni e i consumi, ma anche di identificare le funzionalità di grande interesse per gli agricoltori precluse alle trattrici dotate di sistemi attuali. Queste saranno identificate a seguito di un esteso monitoraggio dell’attività di trattrici agricole in uso in un’azienda agraria.

Mercato Italia stabile

Dopo aver rappresentato per anni il comparto dei trattori che in qualche modo non risentiva di alcuna crisi, il mercato degli specializzati in Italia nel 2019 si è allineato a quello dei modelli da pieno campo, registrando solo una leggera crescita (+1,1%) rispetto al 2018, anno nel quale inevitabilmente anche il frutteto-vigneto aveva dovuto segnare il passo (per la nota questione delle immatricolazioni “gonfiate” nel 2017 a seguito della Mother Regulation).

Con oltre 7mila immatricolazioni, comunque, i trattori specializzati rappresentano ancora una fetta davvero importante (il 38%) del totale. di Francesco Bartolozzi