[Chuyên mục Kim Yong-ju] Hiện trạng phát triển máy kéo pin nhiên liệu hydro

[Chuyên mục Kim Yong-ju] Giáo sư Khoa Kỹ thuật Cơ khí Hệ thống Nông nghiệp Thông minh, Trường Đại học Nông nghiệp và Khoa học Sự sống, Đại học Quốc gia Chungnam

Máy kéo pin nhiên liệu hydro là một dự án quy mô lớn của Bộ Nông nghiệp, Thực phẩm và Nông thôn, được triển khai từ năm 2022 trong 5 năm với kinh phí khoảng 300 tỷ won. Dự án này do Đại học Quốc gia Chungnam chủ trì, với sự tham gia của Hyundai Motor Group cung cấp pin nhiên liệu hydro, cùng các doanh nghiệp sản xuất máy nông nghiệp hoàn chỉnh như LS Mtron, Daedong, TYM và tổng cộng 19 cơ quan, có thể nói là dự án đơn lẻ lớn nhất của Bộ Nông nghiệp, Thực phẩm và Nông thôn. Nghiên cứu này được cấu thành bởi 4 nhóm nghiên cứu để thiết kế máy kéo pin nhiên liệu hydro cấp 110kW. Bao gồm nhóm thiết kế hệ truyền động E-power train và máy kéo, nhóm thiết kế hệ thống truyền động và khung gầm, nhóm thiết kế hệ thống năng lượng và nhóm an toàn.

Ngoài việc phát triển máy kéo pin nhiên liệu hydro đầu tiên trên thế giới, dự án này còn có nhiều khía cạnh mang tính thách thức. Trước hết, thách thức lớn nhất là áp dụng công nghệ pin nhiên liệu hydro, vốn gần đây mới được ứng dụng cho ô tô thân thiện môi trường, vào máy kéo. Để làm được điều này, cần thiết kế và tối ưu hóa hệ thống năng lượng để có thể đáp ứng các công việc liên tục tải nặng, đồng thời cần cải thiện nhiều luật·chế độ khác nhau.
Đặc biệt, để áp dụng các thiết bị hydro áp suất cao cho máy kéo, cần rà soát và sửa đổi các luật liên quan. Nhóm nghiên cứu trước tiên đã đăng ký cơ chế sandbox để phát triển phương tiện, và dựa trên những nội dung thu được trong quá trình phát triển, đã hoàn tất chuẩn bị để ban hành mã thử nghiệm thông qua nhiều cuộc họp tư vấn nhằm xây dựng quy định. Từ năm 2027, các quy định pháp luật liên quan sẽ được ban hành, và mọi công tác chuẩn bị đã được hoàn tất để máy kéo pin nhiên liệu hydro có thể được thương mại hóa cả về mặt thể chế.

Thứ hai là thiết kế một nền tảng máy kéo mới. Theo truyền thống, tất cả máy kéo được phát triển trong nước đều có kết cấu không khung(Frameless construction), trong đó động cơ·hộp số·cầu sau·vỏ được kết nối để đỡ tải trọng thân xe. Người vận hành đặt ghế lái lên phía trên hộp số của máy kéo, ngồi lên và làm việc. Kết cấu này có ưu điểm là có thể áp dụng công nghệ điện hóa bằng cách sử dụng nguyên trạng các bộ phận cốt lõi hiện có, nhưng lại có hạn chế về không gian khi lắp đặt các bộ phận pin nhiên liệu hydro đa dạng như pin nhiên liệu hydro, bình hydro, v.v..

Do đó, nếu lắp bình hydro vào kết cấu máy kéo hiện có, phải áp dụng phương thức đặt bình hydro trên nóc xe giống như máy kéo pin nhiên liệu hydro của Kubota, nhưng với kết cấu này, khó bảo đảm an toàn cho bình hydro khi bị lật. Ngoài ra, do phải phát triển một phần mái chuyên dụng bao gồm cả bình hydro nên cũng khó áp dụng cho nhiều dòng máy kéo khác nhau.

Để khắc phục những hạn chế này, dự án đã thiết kế một khung chuyên dụng cho máy kéo pin nhiên liệu hydro giúp dễ dàng lắp đặt bình hydro, và sử dụng khung này để thiết kế một nền tảng chuyên dụng cho pin nhiên liệu hydro. Có thể nói nền tảng này là một thử nghiệm mới, cho đến nay vẫn chưa được áp dụng trong lĩnh vực máy nông nghiệp trong nước. Nền tảng chuyên dụng có ưu điểm là vừa bảo đảm không gian cần thiết để lắp đặt hệ thống pin nhiên liệu hydro, vừa có thể được nhiều doanh nghiệp máy nông nghiệp sử dụng chung. Cuối cùng, điểm đáng chú ý trong việc dùng chung nền tảng của dự án này là nó được thiết kế để vượt ra ngoài việc dùng chung giữa các doanh nghiệp máy nông nghiệp, cho phép cả phương tiện có người lái và không người lái có cùng một nền tảng.

Nền tảng dùng chung pin nhiên liệu hydro được thiết kế để có thể lắp tất cả các bộ phận truyền động như mô-tơ, bộ nghịch lưu, hộp số và các thiết bị năng lượng như bình hydro ở phần dưới khung gầm, vì vậy các doanh nghiệp máy kéo trong nước có ưu điểm là có thể tận dụng toàn bộ nền tảng thông qua việc lắp cabin riêng của mình, đồng thời cũng có ưu điểm là có thể sử dụng ở chế độ không người lái bằng cách loại bỏ cabin. Do đó, có thể nói dự án pin nhiên liệu hydro này là một nhiệm vụ đầy thách thức, vừa phát triển công nghệ pin nhiên liệu hydro, vừa xác nhận khả năng dùng chung một nền tảng điện hóa mới.

Đặc biệt, để phản ánh đặc tính làm việc của máy kéo, nền tảng máy kéo pin nhiên liệu hydro được cấu thành bởi 3 loại mô-tơ gồm mô-tơ di chuyển, PTO mô-tơ, và mô-tơ thủy lực để vận hành máy kéo. Kết cấu này có thể sở hữu cấu trúc hộp số tương đối đơn giản so với động cơ đốt trong hiện có, qua đó có thể nâng cao hiệu suất truyền lực. Ngoài ra, vì bộ nguồn pin nhiên liệu hydro có hiệu suất cao hơn động cơ là nguồn động lực của động cơ đốt trong, nên có ưu điểm là có thể thực hiện công việc nông nghiệp hiệu quả hơn khi sử dụng cùng một nguồn năng lượng.

Đề tài máy kéo pin nhiên liệu hydro hiện đã hoàn tất phát triển như một nguồn năng lượng thân thiện môi trường mới, một nền tảng chuyên dụng điện hóa có thể dùng chung, và một nền tảng thế hệ tiếp theo có thể áp dụng đồng thời cho cả có người lái và không người lái, đồng thời đang thực hiện các thử nghiệm để ổn định phương tiện cuối cùng. Để kiểm chứng hiệu suất của máy kéo, việc thử nghiệm đang được tiến hành theo cùng phương pháp như máy kéo động cơ đốt trong hiện có, dựa trên phương pháp thử nghiệm hiệu suất máy kéo của Cơ quan Xúc tiến Công nghệ Nông nghiệp Hàn Quốc, tuy nhiên hiện cần áp dụng một phương pháp thử nghiệm riêng do cấu hình 3 mô-tơ. Phương pháp thử nghiệm này, ngoài pin nhiên liệu hydro, còn có thể được sử dụng cho tất cả các máy kéo điện vận hành hoặc làm việc bằng cách dùng một hoặc nhiều mô-tơ thay cho động cơ đốt trong hiện có, và thông qua nghiên cứu này, phương pháp thử nghiệm đó đang được phát triển.

Hiện nay, máy kéo pin nhiên liệu hydro đã hoàn tất phát triển nguyên mẫu cho cả máy kéo có người lái và không người lái, đã hoàn thành thử nghiệm hiệu suất và kết thúc công tác chuẩn bị cho thương mại hóa. Tuy nhiên, để sử dụng thực tế tại các nông hộ, cần cải thiện các luật·chế độ, cũng như các quy định về sạc nạp, an toàn, v.v.. Đồng thời, cũng cần thiết lập các khoản hỗ trợ, chẳng hạn như trợ cấp cho máy nông nghiệp thân thiện môi trường, nhằm mở rộng thị trường.