Dalla creazione del primo motore a scoppio sono passati parecchi anni, durante i quali abbiamo vissuto una rapida crescita tecnologica che ha visto aumentare l’efficienza sotto ogni aspetto. Le prestazioni sono state di gran lunga migliorate, la capacità di lavoro aumentata, i consumi e l’inquinamento ridotti e infine negli ultimi 30 anni sono stati implementati sistemi di supporto alla guida che hanno semplificato il lavoro dell’operatore e aumentato l’efficienza generale del sistema produttivo. Ciò che non è cambiato da allora è il combustibile utilizzato; infatti il diesel rimane ancora oggi la fonte energetica principale, sebbene risulti essere più raffinato di un tempo e miscelato con piccole percentuali di biodiesel per ridurre la dipendenza dal petrolio. L’utilizzo di combustibili alternativi è oggetto di studio da molti anni; infatti troviamo nel mercato trattori a metano, mentre sono stati presentati recentemente alcuni prototipi ad idrogeno. Queste due nuove tipologie di trattori potrebbero rappresentare un solido futuro nella mobilità agricola.
Un’alternativa consolidata
Il metano è senz’altro la via più concreta per rendere l’agricoltura più sostenibile; New Holland Agriculture ha introdotto nel mercato agricolo un primo trattore a metano qualche anno fa, il T6.180. Questo presenta un motore NEF da 6,7 litri appositamente messo a punto per le applicazioni agricole da FPT Industrial, leader nelle tecnologie motoristiche a gas naturale. Le differenze rispetto al diesel risiedono nel ciclo di combustione utilizzato, il ciclo otto, che garantisce prestazioni differenti. Questa motorizzazione non è però stata ideata tanto per i suoi vantaggi prestazionali (ormai paragonabili al diesel) ma con due scopi ben precisi, la riduzione dell’emissione di CO2 e la creazione di una sostenibilità aziendale da un punto di vista energetico. La collaborazione con start-up per la gestione del metano prodotto dalla zootecnia e dall’agricoltura punta infatti alla formazione di aziende in grado di ricavare un utile dalla vendita del gas stesso e carburante per la propria flotta agricola.
Questo concetto si sposa con le ultime politiche di sostegno adottate dal PNRR, che ha rimosso i fondi per lo sviluppo di impianti a biogas e li ha apportati al mondo del biometano. La differenza tra le due tipologie di biocombustibili risiede nella raffinatezza del prodotto. Il biogas è un precursore del biometano e infatti presenta una composizione variabile; il contenuto di metano oscilla tra il 50 e il 75%, quello di anidride carbonica (25-50%), di vapore acqueo, azoto, ossigeno, idrogeno solforato e ammoniaca con percentuali variabili tra lo 0 e il 5% circa. Il biometano invece necessita appunto di un processo di purificazione che porta la concentrazione di CH4 al 95-98% con il resto dei gas presenti in percentuali inferiori all’1%. Oltre alla differenza chimica, è presente una differenza nel loro utilizzo; il biogas infatti viene attualmente utilizzato per l’esclusiva produzione di energia tramite generatori elettrici, invece, con i fondi del PNRR si ha l’obbiettivo di riuscire a collegare alla rete di distribuzione del metano i digestori o qualsiasi altro sistema di produzione del metano legato al mondo agricolo. Così facendo le aziende saranno in grado di ricavare utile come in passato dal biogas e, modificando la flotta agricola, di avere accesso ad un carburante più ecologico e a “costo zero”.
Le innovazioni di New Holland non si sono però fermate al T6.180; infatti è stato presentato ad Agritechnica nel 2023 il nuovo T7.270 CNG (Gas Naturale Compresso). Questo trattore entra nel mercato innalzando la tecnologia associata ad un’alimentazione alternativa e ad una maggiore potenza. Ampliando e differenziando la proposta, New Holland permetterà un maggiore coinvolgimento di aziende con differenti necessità col fine di offrire i vantaggi di un combustibile alternativo ad una più ampia gamma di potenziali acquirenti. Il T7.270 cambia il motore ma non la sostanza rispetto al cugino a diesel; infatti ritroviamo al suo interno la tecnologia che New Holland a fino ad ora concentrato in queste macchine. Il PLM Intelligence è presente e consente di monitorare in modo semplice e immediato lo stato del trattore, connettersi da remoto, visualizzare i parametri della macchina, sfruttare la guida automatica Intellisteer e avere una gestione a 360 gradi di tutta la flotta. L’operatore viene ben accolto nella cabina pluripremiata Horizon Ultra, particolarmente silenziosa, con un livello fonometrico interno che riduce al minimo l'affaticamento dell'operatore e massimizza il comfort. La Horizon Ultra offre inoltre più spazio per l'operatore e per riporre gli oggetti.
Ma cosa muove questo nuovo T7? Il motore presentato da New Holland è lo stesso che troviamo sul modello precedente. Tuttavia la categoria di trattori T7 è di un gradino superiore in termini di potenza e possibilità di lavoro. Per soddisfare i requisiti ed entrare nel mondo dei grandi, il motore ha subito una modifica alla mappatura; ricordiamo che in precedenza il motore NEF da 6,7 l sprigionava fino a 175 CV mentre ora apporta 270 CV e 1160 Nm di coppia massima, con una differenza sostanziale di quasi 100 CV dal modello precedente. Anche la trasmissione è stata aggiornata: la nuova AutoCommand, una trasmissione a variazione continua rende la guida ancora più fluida e riduce i consumi. Inoltre, grazie anche all’aumento di cavalli, il nuovo trattore è in grado muoversi agilmente con rimorchi dal peso di più di 18 tonnellate. Il T7.270 supera il T6.180 anche in dimensioni: un riarrangiamento degli spazi, con un differente posizionamento di alcune componenti del trattore ha fatto sì che il telaio possa ospitare una maggiore quantità di biometano e l’incremento rispetto al modello precedente è del 178 %, per un totale di 1265 litri (219 kg).
Sempre ad Agritechnica 2023 è stato ripresentato il prototipo di pre-produzione di un trattore T7 Methane Power, questa volta però siglato come LNG (ovvero Gas Naturale Liquefatto). La differenza risiede quindi nello stato del biometano, che grazie agli ingegneri di New Holland ora viene introdotto nella macchina allo stato liquido. Con questo sistema di alimentazione a LNG, l'autonomia è più che raddoppiata rispetto al T6.180 Methane Power; questo perché l'utilizzo di metano liquefatto offre una capacità di stoccaggio del carburante quattro volte superiore rispetto all'utilizzo di gas compresso (CNG). Il T7 LNG presenta tutte le caratteristiche elencate per il modello a gas naturale compresso, dalla potenza del motore alla tecnologia installata in esso, rendendola una macchina all’avanguardia sotto ogni punto di vista.
Idrogeno, vantaggi e problematiche
Precedentemente si era citato l’idrogeno come alternativa ai combustibili fossili: l’utilizzo di questo elemento comporta infatti un solo prodotto di scarto, l’acqua. Eliminando CO2 e particolato l’agricoltura potrebbe ridurre il proprio impatto ambientale e rendere il sistema agricolo più pulito sotto ogni punto di vista. Definire l’idrogeno un combustibile non è del tutto corretto; la tecnologia ha portato allo sviluppo di motori a fuel cell che sfruttano una reazione chimica per ricavare energia e trasmetterla ai motori elettrici; è stata quindi eliminata la fase di combustione aumentando l’efficienza energetica del sistema. Il motore a fuel cell si compone di un serbatoio apposito per contenerle l’idrogeno, di una fuel cell, nonché cuore dell’intero sistema e produttore dell’energia, di una unità di controllo di erogazione della potenza, di una piccola batteria e infine di motori elettrici.
Si può dire che l’autonomia di un mezzo ad idrogeno è paragonabile ad un veicolo a diesel, che i tempi di ricarica sono simili mentre l’usura del motore risulta inferiore. Rispetto ad un veicolo elettrico non sono presenti invece grossi e pesanti pacchi batteria che potrebbero inficiare le prestazioni del trattore in campo, causando per esempio slittamento e compattamento del terreno. La potenza erogata da un motore fuel cell rimane costante anche in fasi di lavoro gravose, unendo così le caratteristiche di un trattore a diesel e quelle di uno elettrico grazie ai suoi motori. Questo consente di avere coppia immediata e grande modulazione della potenza sulle singole ruote in ogni situazione di lavoro.
La problematica principale di questo combustibile è la sua reperibilità; infatti, per produrre idrogeno “green” è necessario un grosso utilizzo di energia per scindere la molecola dell’acqua tramite il processo di elettrolisi. Per renderlo un processo sostenibile, l’energia utilizzata per l’elettrolisi viene prodotta da fonti rinnovabili come l’eolico o il solare. A tal proposito, Fendt si è resa partecipe ormai da qualche anno al progetto H2Agrar e Green H2 Hub-Haren nello stato della Bassa Sassonia, Germania, che sta finanziando lo sviluppo di un'infrastruttura ad idrogeno nella regione modello di Emsland. Qui un parco eolico produce l’energia necessaria per la produzione di idrogeno utilizzato per il rifornimento di mezzi sostenibili, tra i quali troviamo due trattori Fendt Helios. Attualmente i mezzi ad idrogeno sono una realtà solamente in progetti di questa tipologia, necessari per studiare e migliorare questa nuova strada.
Sull’utilizzo di energia green per la produzione di idrogeno si sono aperti diversi dibattiti; energeticamente parlando converrebbe stoccare in batterie l’energia destinata al processo di produzione e sfruttare mezzi elettrici. I mezzi elettrici sono più intuitivi, le componenti sono poche, la gestione della sicurezza è più semplice rispetto all’idrogeno e l’efficienza generale del sistema migliore. Bisogna inoltre considerare che l’infrastruttura per il trasporto della energia elettrica è ben sviluppata ed estesa, il che facilita il processo di espansione di questa tecnologia. Il problema dei mezzi elettrici risiede nella batteria, che come sappiamo coinvolge nella sua produzione litio e terre rare, che tende nel tempo a perdere di efficacia e presenta limiti prestazionali. I motori ad idrogeno bypassano questa problematica, consentendo la creazione di mezzi ad elevata potenza; infatti, a parità di CV, i veicoli elettrici richiederebbero spazio di installazione elevato per il pacco batterie appesantendo i mezzi e limitandone le capacità di lavoro in campo. I motori a idrogeno sono in grado di sopportare carichi maggiori di lavoro e lo stoccaggio dell’idrogeno nella macchina risulta più comodo per il suo peso e ingombro ridotto. L’infrastruttura per la gestione di questo gas è oggi pressoché nulla, la sua complessità di produzione, di trasporto e di elementi necessari per gestire le grandi pressioni a cui viene accumulato come gas compresso ne complicano il suo sviluppo.
Fendt ha presentato nel 2023 un prototipo di trattore ad idrogeno il Fendt Helios attualmente in funzione nel progetto H2Agar sopra citato. Questa nuova macchina viene prodotta con un motore elettrico in grado di erogare 100 kW di potenza (136 CV) alimentato da una fuel cell. La scocca è la medesima del vecchio modello Vario 700 dove lo spazio per il serbatorio di idrogeno è stato ricavato sul tettuccio della cabina. Qui troviamo cinque serbatoi da 4,2 kg per un totale di 21 kg di idrogeno stoccato ad una pressione di 700 bar. Il trattore è ancora in fase di studio ma i primi dati rilevati, grazie all’utilizzo in azienda, mostrano un’autonomia che varia dalle 5 alle 8 ore a seconda del suo utilizzo. Considerando che i tempi di ricarica sono di pochi minuti il Fendt Helios si affianca in tutto e per tutto ai classici trattori a diesel.
Come funziona una fuel cell?
Una fuel cell o cella a combustibile è un dispositivo che converte direttamente l’energia chimica di un combustibile (come l’idrogeno) e di un ossidante (come l’ossigeno) in elettricità attraverso un processo elettrochimico. L’idrogeno veniva usato nei primi motori a combustione interna in modo similare a come oggi bruciamo la benzina. Tuttavia, questo approccio non fu molto efficace, a causa di problemi di sicurezza e della bassa densità energetica dell’idrogeno. Nelle celle a combustibile moderne la reazione chimica che avviene è semplice e può essere rappresentata dalla formula: 2H₂ + O₂ → 2H₂O.
In una cella a combustibile, l’idrogeno e l’ossigeno vengono introdotti separatamente: l’idrogeno viene fornito a un elettrodo, mentre l’ossigeno all'altro. I due elettrodi sono separati da un materiale chiamato elettrolita, che impedisce la miscelazione diretta di H e O2 e permette il passaggio solo di ioni di idrogeno (H+), regolando il flusso di carica durante la reazione. Il processo all'interno della cella avviene in più fasi. Prima, le molecole di idrogeno entrano nell’anodo (l'elettrodo dove viene fornito l’idrogeno). Qui, grazie a un catalizzatore (di solito platino), le molecole di idrogeno si separano in elettroni (carichi negativi) e ioni di idrogeno (carichi positivi). Gli elettroni, che non possono attraversare l’elettrolita, sono costretti a percorrere un circuito esterno ed è qui che avviene la fase di produzione dell’energia elettrica. Gli ioni di idrogeno attraversano l’elettrolita e raggiungono l’altro elettrodo, il catodo, dove incontrano l’ossigeno che proviene dall’aria. Al catodo, grazie a un altro catalizzatore, gli ioni di idrogeno, gli elettroni e l’ossigeno si combinano per formare vapore acqueo (H₂O), che è l’unico sottoprodotto di questa reazione. Questo processo produce elettricità che può essere utilizzata per alimentare il motore del veicolo, mentre l’acqua viene semplicemente emessa come residuo non inquinante.
