Utformning av energieffektivare skogsmaskiner

I en studie har olika designkoncept för skördare och skotare undersökts med avseende på energiåtgång, klimatpåverkan, resursutarmning och kostnad. Koncepten har utformats för att motsvara prestandan hos maskiner som används i föryngringsavverkning. Energianvändningen i konventionella maskiner kartlades för att identifiera vilka arbetsmoment eller delsystem som var av störst betydelse i sammanhanget. För skotaren står terrängkörningen, och därmed drivlinan, för största delen av förbrukningen. För skördaren är arbetshydrauliken kopplat till aggregatsanvändningen den största förbrukaren.

Fyra koncept formulerades

Ett hybridkoncept och ett batterielektriskt koncept för vardera maskintypen formulerades. I koncepten användes komponenter från Danfoss för att effektivisera hydraulsystemet och elektrifiera maskinerna. Koncepten för respektive maskintyp var i princip lika, bortsett från att det fanns en dieselmotor hos hybridkoncepten och att ett betydligt större batteri användes i de batterielektriska koncepten. Genom simuleringar beräknades energibesparingen i användning av koncepten till knappt 30 procent för skotaren och knappt 25 procent för skördaren. För hybridkoncepten minskar alltså dieselbehovet med samma nivåer. De batterielektriska koncepten har samma användning av elektrisk energi lokalt på maskinen. Deras batterier dimensionerades för att räcka till åtta timmars arbete. Varje maskin är utrustad med två sådana batteriuppsättningar för att kunna ladda det ena när maskinen används. För laddningen finns en vätgasbränslecell på avverkningsplatsen.

Figuren nedan visar en jämförelse av medeleffekten för konventionell skotare och de studerade koncepten.

Figuren nedan visar en jämförelse av medeleffekten för konventionell skördare och de studerade koncepten.

Livscykelanalys utfördes

En livscykelanalys genomfördes på koncepten. Den visade att dieselförbrukningen under användningsfasen är den överlägset största källan till klimatpåverkan för den konventionella maskinen och hybridkonceptet. De batterielektriska koncepten innebär ungefär hälften så mycket klimatpåverkande utsläpp som en konventionell maskin om svensk genomsnittsel används för att skapa vätgasen till bränslecellen. Om överskottsel som inte påförs någon miljökostnad kan användas minskar konceptets klimatpåverkan ytterligare. En nackdel med hybridkoncepten och de batterielektriska koncepten är att de elektriska komponenterna, framför allt batterierna, medför större resursutarmning än konventionella maskiner.

Livscykelkostnad beräknades

Även en livscykelkostnad beräknades för koncepten och inkluderade investeringskostnad, värdeminskning och bränslekostnad. Prognoser visar att komponenter som ingår i koncepten, framför allt batterierna, kommer att sjunka i pris samtidigt som dieselpriset ökar. Redan med dagens priser skulle en hybridmaskin vara lönsam jämfört med en konventionell maskin, medan en batterielektrisk maskin har en högre kostnad. År 2030 kan de batterielektriska koncepten vara mer kostnadseffektiva totalt sett.

Många frågor återstår

För den fortsatta forskningen återstår många intressanta frågeställningar. En av de mer uppenbara utmaningarna är hur energin ska fraktas till skogen. Förutom vätgas med bränslecell som redan nämnts, finns tidigare idéer kring mobila batterilager. De stora energimängderna bedöms vara en utmaning. Andra energilagringsmetoder kan vara exempelvis biogas, elektrobränslen eller grön ammoniak. Är bränsleceller eller förbränningsmotorer mest lämpade ur ett helhetsperspektiv? Mer avancerade simuleringar och experimentella data behövs på hur batterier åldras i den här tillämpningen. Laddningsstrategier för hybridmaskinerna kan ha en betydande påverkan på hur batterierna åldras. Vidare behöver förståelsen för energianvändningen i skördare förbättras.

Denna pilotstudie emottog finansiering av Vinnova genom utlysningen "Fossilfria mobila arbetsmaskiner – 2022". Projektet leddes av Skogforsk och genomfördes i samarbete med Linköpings universitet, RISE och Danfoss.