De Robotiller van HWodKa/Reedyk BV is door de FIRA (International Forum of Agricultural Robotics) en Future Farming genomineerd voor de prijs voor de “Best Concept Field Robot 2020”. De prijs wordt uitgereikt tijdens het jaarlijkse FIRA International Forum of Agricultural Robotics van 8 – 10 december.
 
 Veldrobot v5
Afb. 1 Het conceptueel ontwerp van de Robotiller. Het chassis steunt af op 6 elektrisch aangedreven, in hoogte verstelbare rollen. De rollen zorgen voor afsteuning, sturing en grondbewerking. Het chassis leent zich voor de montage van verschillende soorten grondbewerkingselementen, zoals schoffelmessen, vaste- of veertanden, een freesas etc. Het chassis omvat ook de opslagruimte voor de waterstof tanks. De modulaire power & brain pack omvat o.a. een 50kW waterstof brandstofcel, samen met een accupack goed voor een piekvermogen van 90kW. Eén van de onderscheidende kenmerken van de Robotiller is het lage gewicht, om bodemverdichting te vermijden. Voor een optimale gewichtsverdeling is de P&B-pack verschuifbaar aan het chassis gekoppeld. Een ander kenmerk is, dat de P&B-pack in beginsel uitwisselbaar is en zo kan dienen voor de energievoorziening voor andere toepassingen, zowel mobiel als stationair. De Robotiller is in feite één voorbeeld van deze toepassingen.
 
Voor de teelt van akkerbouwgewassen in de Hoeksche Waard is gemiddeld ongeveer 200 l dieselolie per ha per jaar nodig. Daarbij komt ongeveer 520 kg CO2 (2,6 kg CO2 per kg diesel) vrij. Ter vergelijking:  dit is ongeveer de helft van de hoeveelheid CO2 die je vastlegt wanneer je het organische stofpercentage jaarlijks met 0,04% weet te laten stijgen, zoals met het 4 promille initiatief nagestreefd wordt.
 
Het terugdringen van de CO2-uitstoot, met 40 – 65% in 2030 t.o.v. 1990, is onderdeel van de Europese Green Deal. Door het toepassen van dieselmotoren met een steeds hoger rendement snijdt het mes aan twee kanten: minder CO2-uitstoot en tegelijk minder brandstofkosten. Om grote stappen te zetten is echter een energietransitie nodig.
 
Bij het zoeken naar alternatieven voor diesel hebben we in de eerste plaats te maken met praktische afwegingen. In de akkerbouw is het hollen of stilstaan. Hollen vergt veel energie en je wil niet telkens moeten stoppen om te vullen of op te laden. Om die reden heb je een energiedrager nodig met een hoge energiedichtheid in kWh/kg én in kWh/l. Diesel is wat dit betreft moeilijk te verslaan, het bevat relatief veel energie per liter en per kilo, is vloeibaar bij kamertemperatuur en niet licht ontvlambaar.
 
Bij het zoeken naar alternatieven voor diesel voor de landbouw ligt het voor de hand om mee te liften met de ontwikkelingen in andere sectoren. De meest bekende vervangers voor diesel zijn waterstof en accu’s.
 

Tabel 1

 
Tabel 1 laat zien dat diesel veel energie per liter en per kilogram bevat. Waterstof bevat weliswaar bijna 3 keer zoveel energie per kg, maar het soortelijk gewicht bij atmosferische druk is bijzonder laag. Voor mobiele toepassingen wordt waterstof daarom onder hoge druk opgeslagen. Bij 700 bar, zoals bij waterstof-personenauto’s, neemt 1 kg waterstof een volume in van 23 l. Vergeleken met diesel vergt de opslag van waterstof, bij een druk van 700 bar, dus ongeveer 8x zoveel volume per kWh. Hierin is de hogere efficiency niet verdisconteerd.
 
 Provincie Zuid-Holland heeft de rol van waterstof in de energie- en grondstoffentransitie vastgelegd in de Waterstofvisie 2030 (-2050)(https://www.zuid-holland.nl/overons/bestuur-zh/gedeputeerde-staten/besluiten/2020/februari/18-februari/provinciale-waterstofvisie-strategie/ ). In de visienota worden door het Kernteam Waterstof vooral kansen gezien voor groene waterstof voor de industrie en (zware) mobiliteit.
 
Ploegen van kleigrond in de Hoeksche Waard vraagt ongeveer 25 l diesel per uur. Dit komt volgens tabel 1 bij benadering overeen met  95 kWh. Deze energie kan ook geleverd worden door een Li-ion accu van ca. 600 kg. Na een uur ploegen moet hij ingewisseld worden voor een volle accu. Opladen/verwisselen op het land is praktisch gezien geen optie. Een trekker met een waterstof-brandstofcel zou ongeveer 140 l waterstof (700 bar) nodig hebben. Vullen op het land met waterstof is wel praktisch haalbaar.
 
 
Tabel 2
(WTT: bron tot tank; TTW: tank tot wiel; WTW: bron tot wiel) (bron: https://www.co2emissiefactoren.nl/; indicatief)
 
Er wordt wel beweerd dat in de transitiefase, waarbij waterstof nog vooral ‘grijs’ geproduceerd wordt, de CO2-emissie van waterstof die van diesel ver overtreft.  Dit kan weerlegd worden door de berekening te betrekken op de hoeveelheid brandstof die nodig is om gedurende 1 uur 1 kW vermogen te leveren aan het wiel. Het resultaat van die berekening wordt getoond in tabel 3. Tabel 3 is gebaseerd op een combinatie van de data uit tabel 1 en 2.
 

Tabel 3

 
Uit tabel 3 blijkt dat waterstof al in de transitiefase van grijze naar groene waterstof een reductie van de CO2-emissie bewerkstelligt.
 
De verleiding is groot om de energieproductie op het akkerbouwbedrijf rechtstreeks te koppelen aan het energiegebruik door ‘achter de meterkast’  zonne- of windenergie via elektrolyse om te zetten in waterstof en die als 1) energiedrager te gebruiken voor o.a. de aandrijving van machines en voor de klimaatbeheersing in de bewaarschuur en 2) als energiebuffer voor de levering van elektriciteit aan het net. Technisch is dit mogelijk.
 
De productie van 1 kg waterstof kost ongeveer 53 kWh aan elektrische energie. Het energie-equivalent van 200 l diesel/ha/jaar is 46 kg waterstof. Stel dat 1 zonnepaneel 300 kWh/jaar levert, dan kan daarmee bijna 6 kg waterstof geproduceerd worden. Voor elke ha heb je dan ongeveer 10 zonnepanelen nodig. Hierbij is geen rekening gehouden met de energie die o.a. nodig is om de waterstof te comprimeren en te vervoeren.
Bij het gebruik van waterstof als buffer voor elektrische energie wordt de kanttekening geplaatst dat het rendement bij de omzetting van elektriciteit in waterstof vice versa 30 à 35% is .
  
In België wordt geëxperimenteerd met zonnepanelen die rechtstreeks waterstof produceren. Melding wordt gemaakt van een jaarproductie van 278 kWh/paneel, d.w.z. meer dan 8 kg waterstof per paneel (bron: https://www.ptindustrieelmanagement.nl/rd/nieuws/2019/03/nieuwe-zonnepanelen-produceren-direct-groene-waterstof-1012166) .
 
Een praktisch aspect van alternatieve energiedragers is het laden of vullen, wat dit betreft zijn we erg verwend met diesel. Het is aannemelijk dat we bij het gebruik van alternatieve energiedragers in het post-diesel tijdperk met een voorraad energie naar het perceel moeten om aan het werk te blijven. Voor robotisering vormt dit nog een uitdaging. De Robotiller is voorzien van 6 waterstoftanks van elk 50 l, met een gezamenlijke maximale energie-inhoud van ca. 150 kWh. Deze tanks kunnen op de robot gevuld worden. 
 
De energietransitie op het akkerbouwbedrijf is in grote mate afhankelijk van de ontwikkelingen in andere sectoren. Het is aannemelijk dat de  ontwikkelingen op het gebied van waterstof-brandstofcellen voor automotive toepassingen snel gaan, m.n. in Aziatische landen zoals China, Korea en Japan. Nederland maakt zich sterk voor de productie van waterstof. De infrastructuur voor de distributie van waterstof is onder meer bepalend voor wie er gebruik van kan en gaat maken. Komt waterstof via dit netwerk tot dichtbij of op het erf van de akkerbouwer? Interessant zijn de ontwikkelingen die betrekking hebben op de kleinschalige productie van energie, zoals op een akkerbouwbedrijf,  en de levering daarvan aan het net. Gaat waterstof hier een rol spelen als buffer? In dat geval is het gebruik van waterstof als energiedrager voor landbouwmachines geen grote stap meer.
 
201207 Veldrobot en energie
 
Afb. 2  Waterstof en de energiehuishuishouding van de boerderij van de toekomst?
 
Logo Veldrobot EU PZH lowres 

De Stichting de Hoeksche Waard op de Kaart, opgericht in 2005, is een initiatief van innovatieve Hoekschewaardse akkerbouwers. De stichting stelt zich ten doel om d.m.v. innovatie de vitaliteit van de grondgebonden landbouw te verbeteren en tegelijk voorwaarden te scheppen voor behoud cq ontplooiing van natuur en landschappelijke waarden.

 

De uitvoering van HWodKa-projecten wordt mede mogelijk gemaakt door:


Europees landbouwfonds voor plattelandsontwikkeling
ELFPO:

Europa investeert in zijn
platteland