Attrezzature e trattori alimentati a batteria
L’azionamento elettrico integrale di macchine e attrezzature agricole si sta sviluppando, anche se il limite della densità energetica delle batterie al momento disponibili frena la diffusione di questa soluzione, particolarmente rispettosa dell’operatore e dell’ambiente. Ulteriore problema è la mancanza di una soddisfacente autonomia, che nell’ambito agricolo spesso supera, a volte di gran lunga, le canoniche otto ore giornaliere
Proprio perché tale, è noto che ogni rivoluzione inizialmente preveda, storicamente parlando, un periodo più o meno lungo piuttosto confuso, durante il quale non emerge un orientamento univoco del cambiamento, che si chiarisce invece con il trascorrere del tempo. Dato che è stato ormai ampiamente accertato che prima o poi i combustibili fossili si esauriranno (oppure non sarà più opportuno sfruttarli, per gli elevati costi di estrazione, ma soprattutto per preservare l’ambiente), l’epoca attuale si sta necessariamente caratterizzando con il passaggio all’elettrico per ciò che riguarda il funzionamento dei veicoli. Specie per ciò che concerne quelli agricoli, trattore in primis, la rivoluzione è però solo agli inizi, e molti progressi devono ancora essere raggiunti o consolidati, specie in termini di autonomia. Sono infatti le batterie il principale problema attuale, considerando l’attuale pesante “gap” per quanto riguarda la cosiddetta “densità energetica” rispetto ai combustibili fossili (v. box).
Sul mercato sono in effetti già disponibili diversi modelli di trattori “full electric”, ma la loro diffusione è tuttora estremamente limitata, per gli elevati costi ma soprattutto per le notevoli limitazioni in termini di potenza disponibile e proprio di autonomia, che sostanzialmente relegano tali modelli a lavorazioni con carichi medio-leggeri. Si possono citare, in ordine sparso, il californiano Soletrac con pacco batterie da 25 kWh, lo svizzero Rigitrac con motore da 50 kW, l’indiano Farmtrac 25 da 15 kW e molti altri. Anche i marchi leader di mercato si sono mossi in tal senso: già nel 2016 John Deere ha presentato il SESAM (Sustainable Energy Supply for Agricultural Machinery) con due motori da ben 150 kW ciascuno, alimentati da batterie al litio da 130 kWh, ma senza dubbio è stato l’e100 Vario di Fendt l’esempio recente più assimilabile ai modelli tradizionali: dotato di motore da 50 kW e un pacco batteria Li-ion da 100 kWh a 650 V, garantisce secondo il costruttore un’autonomia in condizioni di impiego reali di 5 ore. Il trattore è dotato di una presa di potenza standard e di un circuito idraulico tradizionale, che permette l’accoppiamento con le normali operatrici disponibili in azienda, ma ovviamente è già pronto per azionare convenientemente tutte le attrezzature elettriche, con una potenza “boost” fino a 150 kW, per brevi periodi.
Se però si ammettono nel “parco trattori” full-electric anche i cosiddetti trattorini rasaerba, il panorama diventa più affollato, perché la quantità di energia che si può imbarcare rispetto alla limitata potenza tipicamente richiesta consente un’autonomia ragionevolmente lunga. Restando in Italia, la Del Morino di Caprese Michelangelo (AR) ha da qualche tempo in produzione Rino, un trattore rasaerba compatto da 640 kg di massa, dotato anche di un sollevatore con attacco a 3 punti anteriore da 300 kg di capacità e gestione con controllo della posizione e flottante, al quale possono essere accoppiate numerose attrezzature. Monta due motori elettrici da 24 Cv globali, alimentati con un battery pack Li-ion a 48 V da 18 kWh di capacità: il primo è dedicato alla trazione, mentre con il secondo vengono azionate le operatrici collegate. La ricarica delle batterie avviene in poco più di 8 ore con una potenza di 1,2 kW, ma il tempo si può dimezzare se la potenza a disposizione raddoppia. Oltre a lavorazioni tipiche nella manutenzione del verde (come taglio e mulching dell’erba, con trincia a coltelli o elicoidale, biotriturazione, aspirazione foglie e trasporto materiali) e di quella stradale (per piccole escavazioni e movimentazioni con benna e pala frontali e rimozione neve, anche con turbina), il costruttore mette a disposizione una serie di attrezzi per alcune operazioni tipiche di campo aperto, come una zappatrice (anche in versione interrasassi), un piccolo coltivatore e un erpice rotante, eventualmente completato con una seminatrice. La velocità massima del veicolo è di 16 km/h, e può affrontare pendenze sino al 15%.
Oltre ad una presa di corrente a bordo da un chilowatt per l’attacco di utensili esterni, è disponibile anche una “pensilina” dotata di pannelli fotovoltaici e inverter con accumulatore, per rendere indipendente (e gratuita) la ricarica del pacco batterie.
Analogamente, la Gianni Ferrari di Reggiolo (RE) ha in produzione due modelli di trattorini rasaerba full-electric, rispettivamente con piatto di taglio ventrale (GTM+) e frontale per mulching (GSR+). In particolare, quest’ultimo monta 3 lame da 112 cm di larghezza di lavoro, che ruotano a circa 3000 giri/min. La macchina, della massa di 395 kg, prevede due velocità di avanzamento: in quella più alta (di trasferimento) si raggiungono i 10 km/h. L’alimentazione elettrica si avvale di 8 pacchi batteria agli ioni di Litio da 54 V, per una capacità totale di 11 kWh circa. Il costruttore dichiara un’autonomia di 6-8 ore, con un tempo di ricarica di 5 ore. In abbinamento al trattorino, a richiesta offre un power-bank da 8 kW, per una ricarica veloce, seppur parziale, da effettuarsi per esempio nella pausa pranzo.
Le piccole attrezzature
Il limite della densità energetica delle moderne batterie attualmente disponibili non costituisce però un problema dove le potenze richieste sono limitate, ovvero per parecchie attrezzature ad uso manuale, dove il mercato presenta già una notevole offerta, come ad esempio motoseghe, soffiatori, decespugliatori, tosasiepi e forbici per potatura professionali, ma anche motocarriole e rasaerba, queste ultime però al momento prevalentemente destinate all’uso hobbistico.
I modelli di motoseghe
La disponibilità di modelli con motore elettrico alimentati a batteria è ormai generalizzata per barre di taglio da 25-35 cm. Le batterie, della capacità di 200/400 Wh e massa di circa un chilogrammo, sono installate direttamente nel corpo della macchina; per un’autonomia maggiore e quindi pesi superiori, si può ricorrere a kit indipendenti che si fissano alla cintura, collegati alla motosega mediante cavo, oppure pacchi batteria collocati in uno zaino, in questo caso per masse sino a 3-5 kg e capacità di un chilowattora. Con questa soluzione la maneggevolezza dell’attrezzo è sicuramente ottimizzata, ma la presenza del cavo può ostacolare l’operatività in contesti particolari (ad esempio nel tree climbing). In generale, è piuttosto arduo stimare la durata del lavoro con una singola carica, considerando che la motosega è tipicamente soggetta a punte molto variabili e discontinue di assorbimento energetico. Nell’uso intensivo, l’autonomia con accumulatori standard si può ridurre a poche decine di minuti, mentre un uso medio del performante pacco batteria a zaino può durare anche un’intera giornata di lavoro.
Il caso soffiatori
A causa della particolare operatività, che tipicamente prevede un funzionamento alla massima potenza pressoché continuo nel tempo, le medesime batterie applicate alle motoseghe riducono notevolmente l’autonomia dei soffiatori. Un modello di capacità limitata non dura più di 10 minuti, mentre i tipi a zaino arrivano a 2-3 ore, che peraltro è un tempo più che sufficiente per la ricarica di un secondo battery pack.
L’alimentazione dei decespugliatori
Anche queste macchine sono alquanto energivore, perché come i soffiatori funzionano per lunghi periodi con impegni di potenza vicini al massimo. Da tenere presente che i modelli a batteria non possono ancora competere in termini di prestazioni con quelli dotati del tradizionale motore endotermico, ma sono idonei a lavorare in molti frangenti, a parte gli interventi gravosi, come il taglio nei rovi, nei canneti ecc. Con batterie da 200-400 Wh si può lavorare per 1-2 ore, mentre si può raggiungere un’autonomia di un’intera giornata con il kit a zaino.
L’autonomia delle tosasiepi
Si tratta di macchine mediamente meno esigenti, sia dei soffiatori che delle motoseghe, per cui con gli accumulatori a bordo macchina si può lavorare anche un paio d’ore, mentre con le batterie portate a spalla si può completare la normale giornata lavorativa.
Forbici per potatura
Pur richiedendo una potenza relativamente alta per l’azionamento della lama di taglio, il funzionamento di questo utensile è molto discontinuo nel tempo, per cui anche batterie di limitato volume inserite nel corpo macchina (ad esempio della capacità di soli 80 Wh) possono garantire un’autonomia soddisfacente. Con elementi da meno di 500 g si può lavorare anche per 2-3 ore, il tempo necessario per ricaricare la seconda batteria. Con i modelli da 200/400 Wh indossati alla cintura si mantiene leggera e maneggevole la forbice e si può operare per mezza giornata e più, mentre con quelle a zaino addirittura la ricarica non deve necessariamente essere effettuata tutti i giorni.
Considerazioni economiche
Come facilmente intuibile, il prezzo di acquisto di una macchina agricola a batteria è sempre più alto (a volte di molto) rispetto all’equivalente modello dotato di motore endotermico. Per contro, il costo di esercizio, dovuto sostanzialmente al consumo di combustibile, fa sì che il maggiore investimento venga poi recuperato abbastanza rapidamente. Ciò è vero a maggior ragione per le piccole attrezzature ad uso manuale: un piccolo decespugliatore da 1 kW di potenza motore consuma tipicamente 0,75 l/h di miscela, per una spesa di 1,70 euro/h circa; in alternativa, nel medesimo tempo un’equivalente modello elettrico a batteria consumerà poco più di 1 kWh di energia elettrica, per un costo di 0,20 euro. Il risparmio è di ben 1,5 euro/h, ma può essere significativamente maggiore con altre attrezzature più energivore, come i soffiatori. È necessario poi tenere conto dei costi di manutenzione, che per i modelli a batteria sono inferiori, non dovendo comprendere ad esempio il lubrificante del motore e i filtri per l’olio e l’aria comburente.
La densità di energia delle batterie
Si tratta di una caratteristica fondamentale delle batterie, e si riferisce alla quantità di energia che può essere accumulata per unità di massa (o di volume). Infatti, il motivo principale che ancora ostacola una larga diffusione dei veicoli elettrici è proprio questa peculiarità, che tuttora “paga dazio” rispetto ai combustibili fossili. Per esempio, quando è soggetto a combustione in motori diesel (ovvero si considera il suo potere calorifico inferiore), un chilogrammo di gasolio sviluppa quasi 12 kWh di energia, contro i 0,3-0,4 kWh di energia accumulata nella medesima massa della migliore batteria attuale. In altre parole, in linea di principio la densità energetica del gasolio è di ben 30-40 volte superiore a quella delle più evolute batterie oggi disponibili.
Per un confronto più realistico, è necessario però anche tenere conto dell’effettivo impiego delle due soluzioni applicate ai veicoli, ovvero considerare le importanti dispersioni energetiche del motore endotermico dovute al suo normale funzionamento (sostanzialmente sotto forma di calore, generato dagli attriti interni e contenuto nei fumi di scarico), molto più intense rispetto al motore elettrico. Inoltre, le tipiche prestazioni di quest’ultimo fanno sì che il rendimento globale del veicolo sia significativamente migliore rispetto al funzionamento con il propulsore endotermico.
In definitiva, il vantaggio dell’alimentazione con il combustibile fossile si riduce a 12-15 volte, che comunque rimane un “gap” enorme per le attuali batterie, specie se si pensa alle applicazioni agricole, dove un’ottimale autonomia della macchina, ovvero il trattore, dovrebbe prevedere fino a 10-12 ore giornaliere di lavoro pesante (per esempio per effettuare un’aratura profonda).
In realtà, se la tecnologia dei motori alimentati a combustibili fossili è ormai ampiamente matura, quella dei motori elettrici alimentati a batteria è in piena evoluzione e assai promettente in termini di efficienza. Sono infatti in corso molti studi per tipologie nuove (in alcuni casi addirittura rivoluzionarie) di batteria, in grado di aumentare moltissimo la densità di energia. Ad esempio, le batterie litio/ceramica ad elettrolita solido e ancor di più quelle zinco/aria o altri metalli/aria fanno molto ben sperare circa il loro sviluppo, non solo per l’aumento di densità di energia, ma anche per altre molteplici caratteristiche che devono necessariamente essere considerate, come i tempi di ricarica, la durata della vita utile, le prestazioni alle basse e alte temperature, la dissipazione del calore dovuto all’effetto Joule, ecc.
