En förarlös och självkörande batteridriven traktor som harvar och när batteriet tar slut själv kör till en flyttbar batteribytesrobot som står vid fältkanten. Efter att ha fått ett fulladdat batteri återvänder den ut på åkern för att fortsätta sitt arbete. Det låter som science fiction men är ett möjligt scenario inom en tämligen snar framtid.
I den statliga utredningen Vägen mot fossiloberoende jordbruk som släpptes sommaren 2021, finns tydliga riktlinjer på att en utveckling mot fossilfri drift av traktorer och arbetsmaskiner skyndsamt måste till för att uppnå klimatmålen. Vidare står det att ” Självkörande maskiner och nya system för att bruka marken finns på idé-stadiet men bör till 2045 vara verklighet.”
Utredarna pekar på olika scenarier på hur man kan nå fram till ett fossiloberoende jordbruk, men till syvende och sist handlar det om vad som är politiskt, ekonomiskt och praktiskt möjligt.
– Att satsa på biobränslen från skogen skulle kunna vara rimligt i länder som till exempel Sverige och Finland, säger Ola Pettersson, senior projektledare vid RISE, men då riktningen i andra länder pekar mot ett annat håll, och maskinutvecklarna behöver satsa på större marknadssegment än bara Norden, är det åt elektrifiering utvecklingen kommer gå.
Vi vill föra utvecklingen framåt och bereda mark för elektrifiering inom jord- och skogsbruk
Potentialen med eldrivna autonoma maskinsystem har undersökts teoretiskt, men än så länge finns det inga rent elektriskt drivna jordbrukstraktorer eller elhybrider på kommersiellt på marknaden som klarar tungt fältarbete, trots att det borde vara möjligt enligt de simuleringar som gjorts.
– Vi vill föra utvecklingen framåt och bereda mark för elektrifiering inom jord- och skogsbruk. Jämför till exempel med flygindustrin; för 5 år sedan ansågs det omöjligt att kommersiella flygplan skulle kunna drivas på el, men nu finns många olika sådana plan under utveckling, säger Jonas Engström, projektledare för projektet och verksamhetsledare för Testbädd digitaliserat jordbruk vid RISE.
Batteribyte kan vara en del av lösningen för tunga maskiner
Svårigheten med elektrifiering av tunga jordbruksmaskiner är att de kräver betydligt mer el än en personbil. Ett stort batteri blir för tungt och dyrt medan ett mindre batteri behöver laddas för ofta. För att minska vikt och samtidigt undvika de stillestånd som laddning av batterier i maskinen under arbete innebär, behövs därför en lösning med batterier som kan bytas direkt ute på fältet.
I ett forskningsprojekt, koordinerat av RISE, utvecklas ett modulärt batteribytessystem där batterierna inte sitter fast i en specifik maskin utan kan bytas vartefter det behövs. För ett autonomt maskinsystem behöver batteribytet dessutom ske automatiskt.
Liknande batteribytessystem, s.k. battery swapping, finns redan för personbilar på olika platser i världen, men då är man hänvisad till stationära lösningar. Några av de ledande aktörerna inom jordbruksmaskiner har visserligen tagit fram ett antal batteridrivna konceptmaskiner, men de har hittills stannat vid prototypstadiet. En viktig del för att komma vidare är att lösa hur maskinerna ska få tillgång till batterier och laddning på ett kostnadseffektivt sätt som fungerar i praktiken.
– Batteribyte är en tekniskt effektiv lösning till låga kostnader. Med en mobil bytesstation som placeras ute på åkern, hoppas vi kunna finna en automatiserad lösning som så småningom kan realiseras i produktion, berättar Ola Pettersson.
Ett batteribytessystem möter också behovet att många arbetsmaskiner är säsongsbundna vilket gör att batterierna även kan användas av andra arbetsmaskiner.
– Med ett modulärt batteribytessystem kan man tänka sig ett att en lantbrukare beställer ett antal uppladdade batterier till vårbruket som sedan lämnas tillbaka efteråt. Dessa batterier ska också kunna flyttas mellan olika maskiner. Det fina är att det kan fungera på en gård med ett antal batterier och några maskiner. Men ju fler batterier i omlopp, desto bättre utnyttjande och bättre ekonomi blir det i hela systemet, säger Jonas Engström.
En annan stor nytta med batterisystemet är att det möjliggör även för mindre maskintillverkare att få tillgång till state-of-the-art batterisystem. Arbetsmaskiner – till skillnad från personbilar – tas fram i små serier. Skogsmaskiner produceras till exempel endast i ett hundratal exemplar per år, vilket gör det mycket svårt att ta utvecklingskostnader för ett batterisystem för både en enskild tillverkare och en enskild maskinägare. Det här forskningsprojektet syftar till att på sikt möjliggöra introduktion av batteridrivna maskiner i branscher där det idag är svårt på grund av de höga tröskelkostnaderna när alla tillverkare måste ta fram sina egna batterisystem och dessutom behöver stå för hela kapitalkostnaden.
Bidrar till FN:s hållbarhetsmål
2.Ingen hunger
9.Hållbar industri, innovationer och infrastruktur
13.Bekämpa klimatförändringarna
Testbädd för autonoma elektrifierade maskiner
Inom projektet kommer man ta fram en prototyp för ett modulärt batterisystem, en prototyp för en mobil automatisk batteribytesrobot, samt prototyper för både en elektrifierad skogsmaskin och en elektrifierad autonom jordbruksmaskin.
Delar av projektet kommer att utföras i anslutning till den testbädd för digitaliserat jordbruk som RISE med partners driver vid Ultuna, utanför Uppsala.
‒ I testbädden provar vi bland annat hur nya autonoma och elektrifierade maskinsystem kan användas i jordbruket. Här arbetar vi redan med en prototyp för en förarlös eldriven traktor, Drever 120, som är den maskin vi kommer demonstrera batteribytesystemet med, berättar Jonas Engström.
Hur långt fram i tiden det kan vara innan vi ser resultatet att denna forskning ute på åkrarna i form av förarlösa traktorer som byter batteri med hjälp av en robot vid åkerkanten är naturligtvis svårt att säga. På grund av jordbrukets stora maskinpark och långsamma utbytestakt kommer förbränningsmotorn att spela en fortsatt stor roll under en lång tid framöver. Men riktningen framåt lär ändå bli elektrifiering av arbetsmaskiner.
– Själva motorn kan fortfarande vara en förbränningsmotor som kanske drivs av biogas som gården själv producerat, men transmissionen, d.v.s. den del som överför kraft från motorn kommer ändå att kunna vara elektrifierad, förutspår Ola Pettersson, och tillägger att biogasdrift eller vätgasdrift som regel kräver nya maskiner, men att det finns exempel på befintliga arbetsmaskiner som genomgått konvertering. Inget av detta finns dock på marknaden än.
– En eldriven maskin har inte bara mycket hög verkningsgrad, den kan dessutom styra med högre precision än en maskin med förbränningsmotor. Och med tanke på att precision är avgörande för digitaliserade autonoma fältmaskiner, pekar det på att elektrifiering inom jordbruket verkligen kommer att slå igenom, berättar Jonas Engström.
Ökad lönsamhet med minskade utsläpp
Projektet stärker den svenska fordonsindustrins internationella konkurrenskraft genom att utveckla, tillämpa och demonstrera ny energieffektiv och fossilfri nyckelteknik för eldrivna arbetsmaskiner. I projektet ingår även att undersöka hur ett modulärt batterisystem kan spridas och skalas upp.
Modulärt batteribytessystem för fossilfria eldrivna arbetsmaskiner
- Utveckling av ett batteribytessystem för arbetsmaskiner som bygger på innovationer från Powerswap AB och komponenter från Micropower AB.
- Färdigställande av en prototyp för en autonom eldriven jordbruksmaskin från Traktorarvid AB med komponenter från Regal Components AB och Micropower AB, samt styrsystem med öppen källkod från RISE.
- Elektrifiering av en skogsmaskin (skotare) från Malwa AB med komponenter från Regal Components AB och Micropower AB.
- Demonstration av batteribytessystemet och de båda eldrivna maskinerna i praktisk körning.
- Undersökning av hur batteribytesystemet kan skalas upp och spridas till andra tillämpningar, samt hur det kan påverka arbetsmiljö och jämställdhet i maskintunga branscher.