Trendy w napędach przemysłowych – silniki wodorowe, elektryczne i hybrydowe w praktyce

Zdjęcie: ool24.pl

W dużej hali produkcyjnej, między linią montażu a magazynem wysokiego składowania, dźwięk pracy maszyn od lat jest taki sam: pomruk silników spalinowych, szum sprężarek, rytmiczna praca przenośników. Zmieniają się tylko detale. Najpierw pojawiły się normy emisji, potem raporty ESG, aż w końcu do słownika inżynierów na stałe weszły słowa: dekarbonizacja, ślad węglowy, neutralność klimatyczna. To już nie jest teoretyczna dyskusja z konferencji. Dla wielu firm wybór napędu do nowej maszyny stał się decyzją strategiczną, która będzie mieć konsekwencje przez najbliższe 10–15 lat.

Do niedawna odpowiedź była prosta – nowoczesny diesel i ewentualnie gaz w zastosowaniach stacjonarnych. Dziś obok klasycznych silników spalinowych na stołach projektowych leżą koncepcje napędów wodorowych, elektrycznych i hybrydowych. Producenci napędów, tacy jak Deutz, budują portfolio, w którym obok silników wysokoprężnych rozwijają jednostki wodorowe oraz kompletne systemy elektryczne z wysokowoltowymi bateriami i rozwiązaniami do szybkiego ładowania. Dla użytkownika oznacza to, iż trzeba nauczyć się poruszać między wieloma technologiami i świadomie wybierać tę, która najlepiej pasuje do specyfiki aplikacji.

W tym artykule przyglądamy się praktycznej stronie trendów w napędach przemysłowych. Zobaczysz, jak realnie wygląda wdrożenie silników wodorowych, elektrycznych i hybrydowych w maszynach i urządzeniach, jakie są ich zalety, ograniczenia i dla jakich zastosowań mają dziś największy sens. Na koniec pokażemy też, jak rozsądnie podejść do wyboru napędu oraz roli partnerów technicznych, którzy potrafią połączyć klasyczny silnik spalinowy z nowymi technologiami w jednym systemie.

Od klasycznego diesla do napędów niskoemisyjnych – co się zmienia w przemyśle?

Przez dekady podstawą napędów przemysłowych były silniki wysokoprężne i gazowe. Było to naturalne – wysoka gęstość energii paliwa, prosta infrastruktura tankowania, znana technologia i przewidywalny koszt eksploatacji. Producenci, tacy jak Deutz, zbudowali na tym mocną pozycję, dostarczając silniki do maszyn rolniczych, budowlanych, górniczych, portowych i wielu innych, w zakresie mocy do około 620 kW.

Dziś jednak na decyzje zakupowe wpływają dodatkowe czynniki:

• zaostrzające się normy emisji spalin i CO₂,
• wymagania klientów końcowych i inwestorów dotyczące śladu węglowego,
• rosnące koszty paliw kopalnych oraz zmienność cen,
• programy wsparcia dla rozwiązań nisko- i zeroemisyjnych,
• wymagania miast i operatorów infrastruktury (np. ograniczenia dla maszyn spalinowych w określonych strefach).

Producentom napędów nie wystarcza już rozwijanie kolejnej generacji diesla. Firmy wdrażają podwójne strategie, w których z jednej strony optymalizują klasyczne silniki spalinowe, a z drugiej intensywnie inwestują w napędy wodorowe i elektryczne, integrując je w ramach nowych segmentów biznesowych. Z punktu widzenia użytkownika oznacza to istotną zmianę. Zamiast jednego oczywistego rozwiązania pojawia się kilka realnych opcji, z których każda ma swoje miejsce.

Silniki wodorowe w praktyce

Wodór od lat pojawia się w dyskusjach o przyszłości napędów, ale dopiero niedawno zaczął wchodzić do konkretnych projektów przemysłowych. Jednym z podejść jest wykorzystanie wodoru w silnikach spalinowych z zapłonem iskrowym lub samoczynnym, projektowanych specjalnie do tego paliwa. Deutz rozwija takie jednostki jako część swojego „zielonego” portfela, traktując je jako drogę do dekarbonizacji zastosowań off-highway, gdzie pełna elektryfikacja bywa trudna.

Jak działa silnik wodorowy i czym różni się od klasycznego diesla?

Silnik wodorowy może z zewnątrz wyglądać bardzo podobnie do znanego silnika spalinowego. Główna różnica to paliwo i sposób jego przygotowania do spalania. W zależności od konstrukcji wykorzystywany jest wodór sprężony (H₂) doprowadzany do silnika przez dedykowany układ zasilania, wyposażony w zawory, reduktory i zabezpieczenia. Sama komora spalania oraz elementy układu dolotowego i wydechowego są przystosowane do innych warunków spalania oraz adekwatności fizycznych wodoru.

Kluczowa przewaga to możliwość znaczącego ograniczenia emisji CO₂ przy zachowaniu znanej architektury silnika. Dla użytkownika oznacza to łatwiejsze przejście z diesla na wodór w aplikacjach, w których liczy się wysoka moc i ciągła praca, na przykład w maszynach stacjonarnych czy ciężkich urządzeniach off-highway.

Zastosowania, w których wodór ma największy sens

Silniki wodorowe dziś najłatwiej wdraża się tam, gdzie:

• maszyna pracuje w jednym miejscu lub na ograniczonym obszarze (ułatwia to budowę lokalnej infrastruktury tankowania),
• zapotrzebowanie na moc jest wysokie, a praca ma charakter ciągły,
• priorytetem jest redukcja emisji CO₂ bez rezygnacji z szybkiego tankowania,
• pełna elektryfikacja byłaby zbyt kosztowna lub wymagałaby niedostępnej infrastruktury zasilania.

Przykłady to generatory prądotwórcze, zestawy kogeneracyjne, duże maszyny budowlane i górnicze czy ciężki sprzęt w przemyśle, który pracuje wewnątrz zakładów z własnymi źródłami energii, w tym z OZE (np. zasilanie elektrolizerów produkujących wodór na miejscu).

Ograniczenia i wyzwania

Największym wyzwaniem dla silników wodorowych nie jest sama technologia jednostki, ale otoczenie:

• dostępność „zielonego” wodoru o odpowiednich parametrach,
• koszty budowy i certyfikacji infrastruktury tankowania,
• regulacje bezpieczeństwa,
• standaryzacja komponentów i procedur.

Z tego powodu wodór w napędach przemysłowych to dziś głównie projekty pilotażowe, wdrażane z myślą o docelowej skali w perspektywie kilku–kilkunastu lat. Dla wielu firm może to jednak być sensowna droga na rynkach, gdzie presja na redukcję emisji jest szczególnie silna.

Napędy elektryczne – od magazynu po maszyny off-highway

Elektryfikacja to dziś najbardziej widoczny trend w napędach przemysłowych. Silniki elektryczne od lat pracują w urządzeniach stacjonarnych, ale dopiero rozwój baterii wysokonapięciowych i systemów zarządzania energią otworzył drogę do szerokiego wykorzystania ich w maszynach mobilnych. Deutz rozwija w tym obszarze kompletne systemy elektryczne, w tym napędy akumulatorowe off-highway oraz rozwiązania do szybkiego ładowania i zaawansowane systemy bateryjne wysokiego napięcia.

Gdzie elektryczny napęd sprawdza się najlepiej?

Najbardziej naturalne środowisko dla napędów elektrycznych to logistyka i praca w przestrzeniach zamkniętych. Wózki widłowe, pojazdy magazynowe i maszyny poruszające się wyłącznie po halach korzystają z tego, iż silnik elektryczny nie emituje spalin w miejscu pracy, a do tego jest cichy i bardzo precyzyjny w sterowaniu momentem obrotowym. Równie dobrze elektryfikacja sprawdza się w maszynach komunalnych pracujących w miastach, gdzie ograniczenia dotyczące emisji i hałasu są szczególnie wyraźne. Dodatkowym atutem są przewidywalne cykle pracy takich maszyn – łatwiej zaplanować ładowanie w naturalnych przerwach między zadaniami.

W wielu halach produkcyjnych i centrach logistycznych przejście z napędu spalinowego na elektryczny stało się już standardem. Nie chodzi wyłącznie o wizerunek czy „zielony” marketing, ale o realne korzyści operacyjne, w tym mniejszy hałas, brak lokalnych emisji, lepsze warunki pracy operatorów i możliwość precyzyjnego sterowania prędkością oraz momentem.

Elektryczne napędy off-highway

Dużo większym wyzwaniem jest elektryfikacja ciężkich maszyn off-highway, takich jak koparki, ładowarki, maszyny rolnicze czy górnicze. Te urządzenia pracują często daleko od stałej infrastruktury, w długich cyklach, przy dużych obciążeniach. W takich warunkach kluczowym problemem staje się masa i koszt pakietu bateryjnego oraz konieczność zapewnienia szybkiego ładowania w trudnym terenie. W praktyce oznacza to, iż pełna elektryfikacja nie zawsze jest opłacalna, a niekiedy wręcz technicznie niewygodna.

Dlatego w segmencie ciężkich maszyn projektanci coraz częściej sięgają po rozwiązania hybrydowe lub koncepcje wymiennych pakietów bateryjnych. Zadaniem producenta napędu nie jest wtedy na siłę elektryfikować całą maszynę, ale dobrać taki układ, który zapewni wymagany profil pracy i jednocześnie ograniczy zużycie paliwa oraz emisje. To obszar, w którym szczególnie liczy się doświadczenie firm potrafiących łączyć klasyczne silniki spalinowe z nowymi technologiami, jak robi to Deutz.

Zalety i ograniczenia napędów elektrycznych

Napęd elektryczny daje przemysłowi kilka bardzo konkretnych korzyści – wysoką sprawność energetyczną, świetną sterowalność momentu, brak lokalnych emisji spalin i znacząco niższy poziom hałasu. Przy dobrze zaprojektowanym systemie serwis takim maszynom też zwykle się upraszcza, bo odpada wiele typowych dla silników spalinowych elementów obsługowych.

Po drugiej stronie są wyzwania, w tym zasięg i czas pracy na jednym ładowaniu, konieczność budowy infrastruktury ładowania, wyższe koszty inwestycyjne oraz kwestie recyklingu i bezpieczeństwa baterii. W praktyce napęd elektryczny najbardziej opłaca się tam, gdzie maszyna ma powtarzalny cykl pracy, a ładowanie można wpisać w naturalne przerwy operacyjne, zamiast dopasowywać cały proces produkcyjny do gniazdka lub stacji ładowania.

Rozwiązania hybrydowe – kompromis między zasięgiem a emisjami

Hybrydyzacja napędów przemysłowych to odpowiedź na sytuacje, w których czysty napęd elektryczny nie zapewnia wystarczającego zasięgu lub mocy, a jednocześnie chcemy ograniczyć zużycie paliwa i emisje w porównaniu z klasycznym dieslem. Rozwiązania hybrydowe mogą przyjmować różne formy – od prostego wspomagania elektrycznego po zaawansowane układy równoległe lub szeregowe.

Jak działa napęd hybrydowy w maszynach przemysłowych?

W praktyce hybrydy wykorzystuje się najczęściej do:

• odzyskiwania energii hamowania i jej ponownego wykorzystania,
• wspomagania silnika spalinowego przy szczytowych obciążeniach (tzw. peak shaving),
• pracy w trybie zeroemisyjnym na krótkich odcinkach, na przykład wewnątrz hal.

Silnik spalinowy może zostać zoptymalizowany pod pracę w bardziej stałych warunkach, a silnik elektryczny dodaje moc wtedy, gdy jest najpotrzebniejsza. Dzięki temu udaje się obniżyć zużycie paliwa, a w wielu przypadkach również zmniejszyć rozmiar samego silnika spalinowego.

Gdzie hybryda ma największy sens?

Napędy hybrydowe dobrze sprawdzają się w:

• maszynach budowlanych pracujących w cyklu praca–podjazd–praca,
• pojazdach komunalnych poruszających się po miastach,
• sprzęcie portowym i terminalowym, gdzie częste zmiany obciążenia sprzyjają odzyskowi energii,
• maszynach wymagających krótkotrwałego, wysokiego zapotrzebowania na moc.

Dla użytkownika korzyścią jest niższe zużycie paliwa, redukcja emisji oraz możliwość pracy w trybie cichym w określonych strefach. Wadą są wyższe koszty inwestycyjne i większa złożoność systemu, co zwiększa wymagania wobec serwisu.

Jak dobrać napęd do aplikacji przemysłowej?

W obliczu tylu opcji najgorszym możliwym podejściem jest wybór technologii tylko dlatego, iż jest modna. Żeby napęd rzeczywiście pracował efektywnie przez lata, trzeba spojrzeć na kilka kluczowych elementów:

• profil pracy maszyny (ciągły, cykliczny, start–stop),
• zapotrzebowanie na moc i moment w czasie,
• dostępność paliw i energii w lokalizacji,
• wymagania środowiskowe i regulacyjne,
• docelowy horyzont czasowy inwestycji,
• kompetencje serwisowe dostępne w regionie.

W praktyce oznacza to często konieczność analizy danych z rzeczywistej eksploatacji i wspólnej pracy z producentem napędu oraz lokalnym partnerem serwisowym. Firmy takie jak Deutz mogą zaproponować silniki wysokoprężne, wodorowe, elektryczne i hybrydowe w jednym portfolio, ale to dopiero rozmowa o konkretnych warunkach pracy wskazuje najlepsze rozwiązanie.

Na etapie wdrożenia bardzo dużo zależy od partnerów po stronie serwisu i integracji. To oni później odpowiadają za:

• prawidłowy montaż i uruchomienie napędu,
• dobór konfiguracji pod konkretną maszynę,
• bieżącą diagnostykę i aktualizacje oprogramowania,
• planowanie przeglądów i części zamiennych.

Dlatego wiele firm korzysta z wyspecjalizowanych serwisów, które znają zarówno klasyczne silniki Deutz, jak i nowe technologie wodorowe czy elektryczne. Przykładem takiego partnera jest serwis https://www.bthfast.pl/, który przez lata zajmuje się obsługą jednostek Deutz w maszynach rolniczych, budowlanych i przemysłowych, a dziś coraz częściej wspiera klientów także w przejściu do nowszych rozwiązań napędowych.

Podsumowanie – co warto śledzić w najbliższych latach?

Trendy w napędach przemysłowych nie są już abstrakcyjną dyskusją o przyszłości. Silniki wodorowe, elektryczne i hybrydowe realnie wchodzą do zastosowań przemysłowych, choć każde z tych rozwiązań ma dziś inne miejsce na krzywej dojrzałości. Diesel i gaz pozostaną ważne jeszcze przez lata, ale ich rozwój będzie szedł ręka w rękę z dekarbonizacją i współistnieniem z napędami alternatywnymi.

Najbliższe lata prawdopodobnie przyniosą:

• dalszy rozwój silników wodorowych w zastosowaniach stacjonarnych i ciężkich off-highway,
• upowszechnienie napędów elektrycznych w logistyce, maszynach komunalnych i części sprzętu budowlanego,
• coraz szersze wykorzystanie rozwiązań hybrydowych jako pomostu między światem spalinowym a elektrycznym,
• rosnące znaczenie partnerów serwisowych, którzy potrafią spiąć różne technologie w spójny ekosystem.

Dla użytkowników kluczowa będzie nie tylko znajomość technologii, ale przede wszystkim umiejętność dobrania jej do konkretnej aplikacji i zapewnienie sobie wsparcia na etapie całego cyklu życia maszyny. Tam, gdzie za przemyślanym wyborem napędu stoi doświadczony partner techniczny, nowe trendy przestają być ryzykiem, a stają się realną przewagą konkurencyjną.

---

*- Artykuł sponsorowany.