독일 엔지니어들은 자율성을 높이기 위해 수소 탱크를 트랙터 바퀴에 통합했습니다.

독일 엔지니어들은 농업용 트랙터에 수소를 저장하기 위한 혁신적인 개념을 개발했습니다. 이 제안은 압력 탱크를 지붕이나 객실 아래에 부착하는 대신 기계의 속이 빈 바퀴의 내부 공간을 탐색합니다. 이 접근 방식은 공간과 무게 제한을 해결하여 장비의 기능을 손상시키지 않으면서 일상 작업에서 더 큰 자율성을 허용하는 것을 추구합니다.

이 프로젝트는 농업에서 대체 연료로 전환하는 과정에서 반복적으로 발생하는 문제를 해결합니다. 트랙터는 사용 가능한 부피가 제한되어 있으며 추가되는 수소 킬로그램은 기계의 균형과 전반적인 성능에 영향을 미칩니다. 엔지니어는 바퀴에 저장 공간을 재분배함으로써 차체에 다른 구성 요소나 도구를 위한 공간을 확보할 뿐만 아니라 무게를 무게 중심에 더 가깝게 배치합니다.

• 농업용 트랙터 바퀴는 내부 용적이 상당한 견고한 구조를 가지고 있습니다.
• 이 공간은 하중 지지 능력을 방해하지 않고 압력 저장소를 수용할 수 있습니다.
• 통합에는 수소를 회전 구성 요소로 안전하게 전달하기 위한 기술 솔루션이 필요합니다.

Fendt Helios와 같은 프로토타입의 현재 스토리지 문제

Lower Saxony의 H2Agrar 프로젝트의 일부로 개발된 Fendt Helios 프로토타입은 지붕에 장착된 압축 수소 탱크 5개를 사용합니다. 각 탱크는 최대 700bar에서 4.2kg의 수소를 저장하며, 한 번 충전할 때마다 총 약 21kg의 수소를 저장합니다. 이 구성을 사용하면 수행되는 작업에 따라 현장에서 5~8시간의 작업이 가능합니다.

100kW 연료전지는 25kWh 배터리의 지원을 받아 수소를 전기로 변환합니다. 이 시스템은 100kW 전기 견인 모터와 보조 구성 요소에 전력을 공급합니다. 테스트 결과 다양한 농업 활동에서 성능이 유사한 출력을 가진 기존 디젤 트랙터의 성능과 동일하다는 것이 입증되었습니다.

현재 자율성의 한계는 보다 효율적인 대안을 찾는 동기를 부여합니다. 천장형 탱크는 공간 제약을 완전히 해결하지 않고도 기존 구성에서 실질적인 최대치를 나타냅니다.

기술 솔루션으로 탱크를 바퀴에 통합

바퀴를 탱크로 변환한다는 아이디어는 현재 기계 및 이동 기능만 제공하는 구조를 활용합니다. 엔지니어들은 회전 및 지속적인 응력 하에서 무결성을 유지할 수 있는 내부 저장소가 있는 휠을 설계할 가능성을 평가하고 있습니다. 이 구성에는 압력 관리 및 안전한 재급유를 위한 고급 시스템이 필요합니다.

TU Braunschweig와 같은 기관을 포함한 H2Agrar 프로젝트의 파트너는 다양한 탱크 옵션과 치수를 분석합니다. 부피당 수소의 에너지 밀도는 고압에서도 디젤의 에너지 밀도보다 낮게 유지되므로 기계에서 사용 가능한 모든 센티미터를 최적화하는 것이 필수적입니다.

Röchling Engineering Plastics와 같은 회사는 고압 용기용 탄소 섬유 강화 재료에 대한 전문 지식을 제공합니다. 바퀴형 접근 방식은 현재 프로토타입에서 관찰되는 한계를 극복하기 위해 탐구되는 방향을 나타냅니다.

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H2Agrar 프로젝트 구조와 그린수소 생산

H2Agrar 프로젝트는 니더작센 주에서 약 760만 유로의 자금을 지원받아 2021년 2월에 시작되었습니다. 이 계획은 Emsland 지역의 농업 응용 분야에서 수소의 생산, 저장 및 사용을 통합된 방식으로 보여줍니다. 두 대의 Fendt Helios 프로토타입은 공식적인 3년 기간 이후에도 현지 농장에서 계속 작동됩니다.

수소는 16개의 터빈을 갖춘 지역 풍력 발전 단지에서 생성됩니다. 1MW의 두 전해조는 각각 현장에서 하루 최대 900kg의 수소를 생산합니다. 이 연료는 지역 가스 네트워크에 주입되어 총 저장 용량이 480kg인 350bar 및 700bar의 수소를 공급할 수 있는 특정 충전소에 공급됩니다.

기존 프로토타입을 사용한 발전 및 현장 테스트

Fendt Helios 트랙터는 2024년 수확 작업에서 테스트되었으며, 높은 부하에서 실제 소비 데이터를 생성했습니다. 이 정보는 새로운 스토리지 구성 개발을 안내합니다. 통합 바퀴 개념은 현재 지붕에 있는 탱크가 허용하는 것 이상으로 실질적인 자율성을 확장하기 위한 대안 중 하나로 보입니다.

연방 데이터에 따르면 농업 기계는 독일 농업 전체 배출량의 약 8.5%를 차지합니다. 수소 프로토타입을 사용한 지속적인 테스트는 Fendt의 청정 에너지 전략의 일부이며, 재생 가능한 연료를 사용하는 배터리 전기 옵션 및 디젤 엔진과 함께 지속 가능한 솔루션을 평가합니다.

기술 세부 사항 및 엔지니어링 고려 사항

모든 회전 휠 저장 시스템은 지속적인 수소 전달, 진동 및 이동 시 압력 유지와 같은 문제를 해결해야 합니다. 엔지니어들은 차량에 과도한 복잡성을 추가하지 않으면서 안전성과 내구성을 보존하는 재료와 디자인을 연구합니다.

제안은 아직 개념 단계에 있으며 기능적 프로토타입 구축에 대한 확인은 없습니다. 연구자들은 트랙터 및 토목 건설 장비에 적용하기 위한 기술적 타당성을 계속 평가하고 있습니다.