Biträdande professor i lantbruksteknologi Antti Lajunen är hemma från en bondgård. Det är inte med särskilt vemod som han minns traktorerna på 1970- och 1980-talet, trots att de till skillnad från föregående årtionden hade synkroniserade växlar, stoppad sits och skyddshytt. Några andra bekvämligheter hade man däremot knappt hört talas om. Det var först på 1990-talet som lantbrukarens mobila kontor fick steglös växellåda, täta hytter och luftkonditionering.
Lajunen började arbeta vid Agrikultur-forstvetenskapliga fakulteten vid Helsingfors universitet i början av juni. Tidigare hade han i sin forskning främst fokuserat på tekniken i stadsbussar och arbetsmaskiner, och under de senaste åren särskilt på möjligheten att elektrifiera deras kraftöverföring. På det ämnet disputerade han 2014 vid Aalto-universitetet.
De krav som ställs på prestandan hos bussar och arbetsmaskiner kan variera stort från den ena användningssituationen till den andra. Det som krävs av en elektrifierad stadsbuss som främst kör på rätt släta vägar är en lång aktionsradie, medan en eltraktor som bökar i en höståker behöver rå kraft.
– När drivlinan i arbetsmaskiner elektrifieras hänger problemen oftast inte ihop med aktionsradien, utan med prestandan. Dessutom är den teknologi som används för elektrifiering mer komplex än när man använde traditionella blyackumulatorer. Nu krävs högspänning, mycket diagnostik, värmekontroll, kraftelektronik och dessutom även systemövervakning.
Liten efterfrågan, litet utbud
Att elektrifiera kraftöverföringen hos arbetsmaskiner har inte varit ett lika stort föremål för designernas intressen som till exempel elbilar. Ur industrins perspektiv handlar det till exempel om försäljningsvolym – det säljs fler bilar än traktorer och andra arbetsmaskiner. De som köper arbetsmaskiner har inte heller särskilt aktivt frågat efter eldrivna alternativ till maskiner med förbränningsmotor. Det finns visserligen redan elektrifierade tunga nyttofordon, men i Finland påträffas de sällan.
– Till exempel har det funnits eldrivna sopbilar i Paris i över tio år. De är så tysta att soporna kan hämtas mitt i natten om man så önskar. Men vi har kanske inte sådan rusning i trafiken som skulle hindra sophämtning dagtid. Det är kanske därför som man inte på allvar begrundat de möjligheter som elektrifieringen skulle kunna erbjuda, konstaterar Lajunen, som bott i Frankrike i flera år.
Nu störst nytta av att elektrifiera mindre maskiner
Elektrifieringen av tunga arbetsmaskiner är kanske ännu inte inom synhåll, men i fråga om små maskiner har man redan kommit långt. Utvecklingen påskyndas av ett EU-direktiv som träder i kraft vid ingången av 2019 och gäller alla arbetsmaskiner oberoende av effektklass. Tidigare fanns det inga som helst utsläppskrav på arbetsmaskiner med mindre effekt än 19 kilowatt, t.ex. kompaktlastare.
– I princip var de värsta miljöbovarna ofta gräsklippare med sidventilsmotorer. Tekniken utvecklades på 1950-talet och behövde inte vidareutvecklas innan utsläppskraven skärptes på 2000-talet och användningen av gräsklippare med gammal teknologi sjönk drastiskt. Det ska bli intressant att se hur utvecklingen går i fråga om stora arbetsmaskiner med förbränningsmotorer – kommer man att lägga till katalysatorer och annan teknik för avgashantering eller kommer man att använda andra tekniska lösningar för att pressa ner utsläppen till den nivå som krävs.
Virtuell design och modellering öppnar för nya möjligheter
I fråga om teknisk utveckling är planeringen i nyckelposition, vare sig det handlar om att elektrifiera kraftöverföring eller om annan utveckling. Vid planering av arbetsmaskiner är utmaningarna till exempel mindre serier än i fråga om personbilar och komponenter som ofta tillverkas enskilt. På grund av dessa faktorer är det inte ekonomiskt sett vettigt att tillverka prototyper av precis alla maskiner.
Virtuell design skulle förenkla planeringsprocessen på många sätt och leda till att enskilda delar inte behöver vara färdiga produkter innan de har blivit godkända i en virtuell fas.
– I tillverkningen av personbilar går utvecklingen redan i den riktningen. Om 5–10 år planeras och tillverkas nya personbilar i praktiken helt och hållet virtuellt innan de kommer till test som riktiga bilar.
En av de stora nyttorna som Antti Lajunen ser med virtuell design och modellering är att kunna granska hur maskinerna beter sig i situationer som man i verkligheten inte skulle kunna testa dem i på ett tillförlitligt sätt. Sådana specialsituationer är till exempel utkörningar eller att en arbetsmaskin fastnar i mossen.
Antti Lajunen medger att simulering inte heller är helt problemfritt.
– Det mest utmanande är att uppfatta vilka möjligheter ny teknologi erbjuder. Det är självklart att vi inte ens kan sakna sådant som vi ännu inte vet om. Att säga att alla datamodeller är felaktiga men att en del av dem är nyttiga stämmer ganska bra.
I sin egen forskning skulle Lajunen vilja fokusera på att utnyttja modellering och simulering på ett effektivt sätt i virtuella miljöer.
– Om man till exempel skulle vilja undersöka traktordäckens egenskaper och hur de inverkar på fästet i samband med jordbearbetning, hur noggrann modellering skulle då krävas för att kunna bedöma fästet utan massiva fältprov? Det finns olika programvaror, men hur tillförlitliga är de? Hur skulle man kunna göra det lättare att bedöma om en modell fungerar i verkligheten? Hur kan man i framtiden bättre utnyttja redan existerande stora datamängder, det vill säga big data? funderar Antti Lajunen.