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Vehículos agrícolas sostenibles

Maquinaria agrícola e industrial y tecnologías de propulsión para el siglo XXI.

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Sin duda, la industria del automóvil está liderando el desarrollo de tecnologías en el transporte destinadas a ofrecer al mercado vehículos cada vez más eficientes y ecológicos, en definitiva menos contaminantes. Sin embargo, existen otras áreas de actividad relacionadas con el transporte que sin tener una relación directa con los automóviles o con su utilidad, sí beben de los avances en investigación y desarrollo de la industria automovilística.

Tal es el caso de la maquinaria fuera de la carretera, tanto agrícola como industrial, que no tratándose de vehículos específicamente destinados al transporte de mercancías y/o personas (más bien hablaríamos de acarreo de aperos, implementos, materiales o bienes), sí forman parte integral de concepto de “movilidad”, pues son equipos tripulados con importantes demandas energéticas para llevar a cabo las diversas actividades para las que han sido diseñados.

Así pues, los tractores que recorren nuestros campos, las carretillas que circulan en los almacenes o los diferentes equipos de obra pública (carretillas elevadoras, dumpers, cargadoras, excavadoras…) forman parte, indudablemente, de este concepto y también llevan años siendo objeto de estudio por parte de los fabricantes para lograr equipos menos contaminantes y más eficientes energéticamente.

En esta ocasión hacemos un guiño a los vehículos agrícolas, muy dependientes de los combustibles fósiles, que suponen una parte importante de los costes a los que, inexorablemente, tienen que hacer frente en su actividad agricultores y ganaderos.

Los tractores y otros vehículos agrícolas montan, en su mayoría, motores diesel, por lo que no sólo contribuyen al calentamiento global fruto sus emisiones de CO2, sino también a la contaminación de suelos debido a pérdidas de aceite.

 Cierto es que desde hace décadas, los ingenieros están trabajando en el desarrollo de motores para vehículos agrícolas, capaces de operar con biocombustibles y de cumplir con los estándares de la normativa Tier 3/Fase IIIA y Tier 4 provisional/Fase III B sobre emisiones de gases contaminantes para maquinaria fuera de la carretera. Asimismo, fabricantes como Massey Ferguson apuestan por motores con sistema de Reducción Catalítica Selectiva (SCR), con la que los gases de combustión son tratados separadamente, añadiéndoles AdBlue (urea), que convierte el óxido de nitrógeno (NOx) en agua e inofensivo nitrógeno, incrementando a la vez potencia, rendimiento y economía.

Pilas de combustible

Otras líneas de investigación apuntan a que la mejor solución sería poder contar con vehículos eléctricos accionados por pila de combustible. Curiosamente, la primera aplicación conocida de una pila de combustible en un vehículo tuvo lugar a mediados de la década de los 50 sobre un tractor agrícola de 15 kW de potencia, de la compañía norteamericana Allis Chalmers, que hizo una demostración exitosa de su capacidad operativa en campos de alfalfa. Posteriormente, Allis-Chalmers donó el vehículo al complejo educativo Smithsonian.

Un año después de desarrollar este tractor, en 1960, Allis-Chalmers fabricó una carretilla elevadora igualmente propulsada por pila de combustible, con una capacidad de carga de 900 kilos. Sin embargo, las miras de la compañía eran mucho mayores: sus ingenieros estaban convencidos de que la investigación en pilas de combustible tendría aplicación para el desarrollo del programa espacial de Estados Unidos…

 

En la actualidad, esta tecnología cobra fuerza y el tractor NH2 de New Holland, presentado en Turín, Italia, a principios de 2009, es la prueba evidente de que, desde un punto de vista tecnológico, las pilas de combustible de hidrógeno son una opción real a tener en cuenta en los sistemas de propulsión de maquinaria agrícola.

Este vehículo comenzará un periodo de pruebas en 2011 y tiene prevista su distribución a partir de 2013. La pila de combustible alimenta a un motor eléctrico de 107 CV que transmite energía a las cuatro ruedas motrices y su tanque de hidrógeno puede almacenar suficiente combustible como para dotar al tractor de una autonomía de 1,5 a 2 horas.

 

El tractor carece de caja de cambios y para controlar su velocidad, se actúa directamente regulando la potencia enviada al motor eléctrico.

Como el hidrógeno requiere electricidad para su producción (normalmente obtenida a partir de combustibles fósiles), New Holland apuesta por las granjas como emplazamiento ideal para vehículos impulsados por el hidrógeno, considerando las buenas posibilidades de los espacios abiertos para colocar placas solares o turbinas eólicas.

Otros fabricantes de maquinaria agrícola como John Deere están invirtiendo recursos en la investigación y desarrollo de esta tecnología y fruto de ello es el Pro Gator, un vehículo de 20 kW propulsado con pila de combustible polimérica de hidrógeno, si bien se muestran más escépticos sobre la posibilidad de aplicarla en la maquinaria agrícola. Para Bruce Wood, el ingeniero responsable de grupo de desarrollo E-Drive de John Deere, “la tecnología híbrida tiene más sentido en vehículos que realizan un buen número de arranques y paradas, donde la energía cinética del propio vehículo puede ser reutilizada, y eso difiere mucho del regimen de trabajo de un tractor agrícola”, señalaba hace unos años en el portal norteamericano EV World, especializado en transporte sostenible.

Para los ingenieros de John Deere, una posible aplicación de motores eléctricos en tractores agrícolas tendría posibilidades reales en base a un tractor híbrido diesel que empleara motores eléctricos individuales para cada rueda delantera. De este modo, un tractor podría controlar de forma separada motores eléctricos en cada neumático, incrementando la capacidad de maniobra del vehículo y ahorrando peso, al poder prescindirse de transmisiones y sistemas de dirección. Massey Ferguson es otro reconocido fabricante de maquinaria agrícola, que actualmente trabaja estrechamente con una empresa francesa de investigación para explorar cómo esta tecnología de propulsión puede impactar en el diseño de los tractores del futuro al eliminarse la necesidad de acoplar un motor de combustión interna y por tanto, del espacio que actualmente ocupa.

Tractor Solar

Un grupo de investigadores italianos, españoles, polacos, ingleses, marroquíes, libaneses y jordanos, financiados por la UE dentro del proyecto FP6 RAMseS Project1, ha producido un sistema energético completo pensado para tareas agrícolas. El nombre atiende al acrónimo de Renewable Agricultural Multipurpose Systems for farmers, que hace un giño al nombre de un faraón, cuya traducción sería “El hijo de Ra”, el Dios Sol de los antiguos egipcios.

El sistema RAMseS consiste en un banco de módulos fotovoltaicos que proporcionan energía de base para cargar las baterías del tractor, de un banco de baterías que alimenta la vivienda del granjero y permiten la venta del excedente a la red, y un tractor eléctrico para diversas actividades, accionado mediante baterías y que posee la misma capacidad de trabajo que un tractor diesel de 40 HP. La energía acumulada en las baterías del tractor puede usarse también para alimentar la vivienda del granjero en caso de emergencia. De este modo, la granja es prácticamente autosuficiente en términos energéticos.

El tractor está concebido como un pequeño camión ligero que lleva montadas a bordo dieciséis baterías del tipo ácido-plomo, que alimentan un motor eléctrico de 12 kW de potencia para suministrar tracción a las 4 ruedas, y otro motor similar que acciona un sistema hidráulico para los implementos propios de los tractores. Las baterías se cargan mediante los módulos fotovoltaicos, que entregan un potencia pico de 10 kW.

De este modo, el vehículo puede transportar una carga de hasta una tonelada y su velocidad máxima es de 45 km/h en caminos asfaltados, con una autonomía de 70 a 80 km. No es lo suficientemente potente como para tareas de arado profundo, pero destaca en actividades de horticultura y floricultura ya que, al no emitir gases de combustión, puede emplearse en el interior de invernaderos.

Un análisis de ciclo de vida del vehículo RAMseS con el de un tractor ligero equivalente (29,5 HP) con motor diesel ha revelado un diferencia de potencia nominal entre los dos: en un tractor diesel, la mitad de la potencia entregada por el motor se pierde en rozamientos en los engranajes de la transmisión, del sistema hidráulico, etc. Por eso, el tractor eléctrico, con su motor directamente acoplado a las ruedas, ofrece las mismas prestaciones con la mitad de potencia. La metodología de evaluación consiste en agrupar todos los gases de efecto invernadero emitidos por el motor diesel y expresar las emisiones en equivalente de CO2. Se consideraron, además, las emisiones de metales pesados, polvos finos y otros contaminantes.

Los resultados sugieren que el sistema RAMseS emitirá 57,16 toneladas equivalentes de CO2 durante una vida útil estimada en 30 años (en la práctica, las emisiones de CO2 que comporta su fabricación). Por su parte, el tractor diesel emitiría 757 toneladas durante el mismo período. El vehículo eléctrico resultó, además, más limpio, ya que produce 2,6 veces menos contaminantes de los otros tipos antes enunciados. Su único problema, por ahora, es el plomo de las baterías, que suponen el 73% de todas las emisiones del sistema RAMseS, no por las emisiones en sí, sino por el proceso de reciclaje, pues el RAMseS no emite plomo durante su vida útil.

De todos modos, para recortar las emisiones y reducir el impacto sobre la salud y el ambiente, es necesario investigar aún cómo mejorar la tecnología de los acumuladores. Se ha montado un prototipo del sistema completo para sus pruebas en un olivar en Líbano, donde trabaja de 2 a 4 horas por la mañana y se recarga durante las horas de mayor calor, cuando es imposible trabajar, regresando al olivar otras 2 ó 4 horas al caer la tarde.

En definitiva, la demanda de productos agrícolas aumenta cada día, sobre todo debido al crecimiento de la población. Cada año, la población mundial aumenta en unos 77 millones de personas y según los expertos, dentro de diez años seremos en el planeta 8.000 millones de personas que tendremos que comer cada día.

El planeta tiene unos 13.000 millones de hectáreas de suelo, de los cuales aproximadamente 1.500 millones de hectáreas corresponde a campos de cultivo. Se espera que la cantidad de campos permanezca igual o disminuya lentamente debido al aumento de zonas residenciales y desiertos, así como a la erosión, contaminación y el abandono de tierras en barbecho. Al mismo tiempo, se están deforestando bosques para crear nuevos campos. La cantidad de bosques está disminuyendo más rápidamente que la de campos.

En otras palabras, cada hectárea de campo de cultivo debe producir un mayor rendimiento en el futuro para satisfacer las necesidades alimenticias de la creciente población mundial y para ello, la maquinaria que se encarga de gestionar esos recursos deberá ser más eficiente y menos contaminante, en armonía con los objetivos globales de una movilidad sostenible y respetuosa con el medioambiente.

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