A mezőgazdasági gépek tervezésével kapcsolatos kihívások

A mezőgazdasági gépipar globális kihívásokkal néz szembe a fejlett technológia és gyakorlatok révén, amelyek növelik a termelékenységet, miközben csökkentik az üvegházhatású gázok kibocsátását.

A kihívások megértése

A mezőgazdasági berendezések változatos és gyakran komoly kihívást jelentő környezetben működnek, a kiterjedt területektől a zord terepen végzett munkákig. Ezek a gépek képezik a modern gazdálkodási gyakorlat gerincét, amelyek számos, a növénytermesztéshez és -gazdálkodáshoz nélkülözhetetlen, fontos feladatot látnak el. Nagy terhelésnek és hosszú üzemóráknak vannak kitéve, ami a kritikus alkatrészek kopásához és elhasználódásához vezet. A szélsőséges hőmérséklet, a nedvességnek való kitettség és a koptatóelemek, például a por és a törmelék szintén jelentős kihívást jelent a gépalkatrészek tartóssága és élettartama szempontjából. Ezenkívül a pontosság és a hatékonyság szükséglete az olyan feladatoknál, mint az ültetés, a betakarítás és a műtrágyázás, fejlett technológiákat és megbízható berendezéseket igényel.

A precíziós mezőgazdasági gyakorlatok, amelyek a valós idejű adatokra és a térbeli változékonyságra épülő bemenetek precíz alkalmazásán alapulnak, tovább hangsúlyozzák a pontos és érzékeny géprendszerek igényét. Az előbbieken túl komoly feladatokat ad a fejlesztőknek az elektromos- vagy dízelalapú működés is.

A technológia a válasz számos mezőgazdasági problémára

A világnak szüksége van a mezőgazdaságra, a gazdaságoknak azonban fejlődniük kell, hogy megfeleljenek a növekvő igényeknek. Bár minden gazdaságnak különböző kihívásokkal kell szembenéznie, néhány gyakori probléma megoldható az új technológiákkal. Egy nemzetközileg elfogadott mutató egy 1-től 12-ig terjedő skálán osztályozza az egyes gazdaságok gépesítési szintjét. Az 1-es szinten a kézi munka dominál, a 12-es szinten pedig az autonóm járművek jelenléte a meghatározó. Míg a fejlett országokban a gazdaságok legfejlettebb technológiákat (10 és 12 közötti szint) képviselő mezőgazdasági traktorokat és gépeket igényelnek, addig olyan országokban, mint Kína és Dél-Afrika, 9-es szintű járművekre mutatkozik kereslet.

Ugyanakkor például Indiában leginkább az 5. szintű gépekre van igény. Napjainkban már számos elem áll rendelkezésünkre ahhoz, hogy megértsük, hogyan változik a globális kereslet-kínálat egyensúlya, valamint előre kell látni a változást, és kidolgozni egy olyan stratégiát, amely lehetővé teszi a gépgyártó vállalkozások számára, hogy készen álljanak a globális kihívásokra. A mezőgazdasági gépeket gyártók számára az egyik fő kihívás az, hogy egyre hatékonyabb és pontosabb eszközöket biztosítsanak, amelyek kevesebb input felhasználásával és kisebb környezetterheléssel képesek növelni a termelést. Ennek fényében a precíziós gazdálkodás minden bizonnyal az első válasz ezekre a kihívásokra, mivel egyre fenntarthatóbb megközelítéssel képes növelni a termelékenységet, és pozitív hatással van a gazdálkodók bevételeire és ezáltal a potenciális jövőbeli gépállomány-fejlesztéseikre.

A legtöbbet hozzuk ki a modern technológiából

A mezőgazdasági szektor versenyigényei egyre összetettebbé teszik a mezőgazdasági gépekkel kapcsolatos vásárlói igényeket. Ezért a szisztematikus és strukturált megközelítések elengedhetetlenek az innovatív és hatékony termékek fejlesztésének támogatásához. Az egyik befolyásoló tényező az érintettek (gazdálkodók, termelővállalatok, befektetők stb.) igényeinek azonosítása, ami meghatározza a tervezés hatókörét. Egy másik tényező a működés fizikai kontextusa, mivel a javasolt tervnek funkcionálisnak kell lennie a földrajzi, éghajlati és domborzati viszonyoknak megfelelően kialakított helyen. Hasonlóképpen a gyártási folyamatok és gyakorlatok befolyásolják a tervezendő gépek típusát. A természetkímélő mezőgazdasági gyakorlat a talajművelés teljes vagy részleges csökkentésén és a vegetatív talajtakarás fenntartásán alapul. Eközben a precíziós mezőgazdaság a mezőgazdasági erőforrások fenntartható kezelésének koncepciója, a mezőgazdasági gépekbe beépített információs technológiák révén, mint például a globális helymeghatározó rendszerek (GPS), a távérzékelés és a földrajzi információs rendszerek.

A mai gyártóknak fenntarthatóságot és környezettudatosságot követelő környezetben kell eligazodniuk. Ez az elmozdulás arra ösztönzi őket, hogy újításokat hajtsanak végre, integrálva az olyan új technológiákat, mint az automatizálás és a robotika. Bár ezek az előrelépések kulcsfontosságúak a versenyképesség szempontjából, jelentős befektetéseket és új készségekben jártas munkaerőt igényelnek.

A szántóföldi gazdálkodók által elvárt innovációk

Ma már mindkét oldal (a gépgyártók és a gazdálkodók) az energiahatékonyságra összpontosít, mivel a költségek jelentős mértékben befolyásolják az eredményt. Mind az intelligens gazdálkodás, mind a precíziós gazdálkodási technológiák az érdeklődés fókuszába kerülnek a növekvő üzemi ráfordítási költségek miatt. Olyan innovációkra van szükség, amelyekkel optimalizálható a bemeneti felhasználás. A növényvédelem mechanikai és biológiai megoldásai egyre inkább a mezőgazdasági stratégiák részét képezik a vegyszeres növényvédelem kiegészítésének vagy helyettesítésének módjaként.

A hálózatba kapcsolt mezőgazdasági gépek közötti interoperabilitás és kompatibilitás egyre fontosabbá válik. Tényszerű, hogy sok megoldás még ma is csak részben működik, és továbbra is gondok vannak az adatok összesítésével és feldolgozásával. Ennek ellenére a „Big Data” és a mesterséges intelligencia (AI) a mezőgazdaság jövőbeli innovációja.

A gazdálkodók innovatívabb megoldásokat várnak a mérnököktől a növényvédelem területén, továbbá a növénynemesítéstől a klímaalkalmazkodás és a növénybetegségek (rezisztencia) terén is. Az előbbieken túl nagy a gazdálkodói várakozás az új technológiák fejlesztése iránt a műtrágya-gazdálkodás területén is.

A dízel kontra elektromos dilemma

Az elektromos járművek megtalálhatók a nagyvárosok utcáin és autópályákon, miközben egyes mezőgazdasági berendezések akkumulátorról üzemelnek, de a technológia egyelőre nem a nagy traktorokat vagy kombájnokat hajtja a szántóföldeken. Habár sok mezőgazdaságigép-gyártó teljesen elektromos hajtású berendezésekkel bővítette a kínálatát, ezek a fejlesztések főként kisebb berendezések, például kerti traktorok, fűnyírók stb. A fő probléma az akkumulátorkapacitás; a mai technológia még nem teszi lehetővé, hogy a szabadföldi gépek (nagy traktorok, kombájnok) a hét minden napján folyamatosan hosszú műszakokat dolgozzanak a szezonban. A fosszilis tüzelőanyagoktól való függés megszüntetésére irányuló törekvések ellenére nem lehet arra számítani, hogy a gazda a traktorát vagy a kombájnját bedugja a konnektorba, majd a feltöltést követően reggeltől estig tud vele dolgozni a földeken.

A mérnököknek az akkumulátor szempontjából olyan megoldást kell találniuk, amely jobb energiasűrűséget tud biztosítani. Ez azt jelenti, hogy megmaradna az elvárt üzemidő, de emellett drámaian csökkenne a térfogat és a súly. Így a gyakran kritikaként megfogalmazott talajtömörödés sem alakulna ki. Az akkumulátor egy töltésével ledolgozható munkaórák száma és a beruházási költségek is ellene hatnak az elektromos munkagépek elterjedésének. Ezután felmerül a töltés kérdése, ha a gép kint a földön, távol a bázistól dolgozik, ahol esetleg egy töltőpont nem könnyen érhető el. A nagy gépeknél továbbra is egyértelműen a belső égésű motort látják a gyártók az elsődleges energiaforrásnak, amely potenciálisan hibrid elektromos rendszert használ.

A fejlesztőmérnökök szerint az alternatív üzemanyagokkal, például a biometánnal kombinált hibridizáció utat találhat a nagy üzemeltetőkhöz, hogy elősegítse a fenntarthatóságot.

A hibridizáció türelmi időszakot biztosíthat a motor lökettérfogatának csökkentésére generátor segítségével, hogy lefedje az átmeneti időszakot, egészen addig, amíg az akkumulátortechnológia lehetővé teszi a teljesen elektromos, akkumulátoros gépek bevezetését. Fenntarthatósági szempontból, ha a belső égésű motorokat villamosítással kombinálják, a végeredmény mindenképpen előremutató technológia lehet.

Végső következtetés

Összességében azt mondhatjuk, hogy a gazdálkodókat olyan eszközök érdeklik, amelyek segítik őket a hozam és a termelékenység növelésében. A pozitív, reménykeltő megjegyzés az, hogy ezek az eszközök képesek megváltoztatni a mezőgazdasági termelők gazdálkodásának módszereit és módját a hatékonyság növelésével és korlátozott erőforrásaik lehető legokosabb felhasználásával.

Mindeközben a kisebb járművek és berendezések réspiacai a jövőben gyorsabban bővülhetnek. A nagyobb berendezések gyártói pedig finomítják és tesztelik a prototípusokat, hogy megbizonyosodjanak arról: azok olyan jól teljesítenek a terepen, mint a rajzasztalon. A legnagyobb gyártók (a John Deere-től a Steyrig) mindegyike rendelkezik már hibrid hajtású mezőgazdasági nagygépekkel a kínálati portfóliójában. A fejlesztések továbbra is mind három irányba (elektromos/hibrid/dízel) folynak. Lényeges súlyponteltolódás akkor várható az elektromos irányba, ha sikerül megoldást találni a jelenleg szűk keresztmetszetnek számító akkumulátorkérdésben.

Az elektromos járművek gazdaságokban történő széles körű elterjedésének konkrét időkerete nincs meghatározva. Az éghajlatvédők általában azt szeretnék, hogy a káros anyagok kibocsátáscsökkentése minél hamarabb bekövetkezzen.

Czékus Mihály