Lappeenrannassa LUT-yliopiston konetutkijat kehittävät kaivinkoneisiin sähköllä toimivaa mekaniikkaa, jolla työkoneiden tehot nousevat ja päästöt vähenevät.
Työmailla ja teollisuudessa käytettävistä liikkuvista työkoneista syntyvät hiilidioksidipäästöt muodostavat noin 5 prosenttia Suomen hiilidioksidipäästöistä.
Suurista päästöistä huolimatta työkoneiden hiilidioksidipäästöjä ei säännellä EU-tasolla mitenkään, eikä niiden leikkaamiseksi ole tehty suunnitelmaa.
Asiantuntijoiden mukaan ratkaisu päästöjen hillitsemiseksi on työkoneiden dieselhydraulisten tehonsiirtojen korvaaminen sähkömoottoreilla ja akuilla.
Teknologinen kehitys sähköistämisen taustalla käy kuumana, mutta markkinoille tulleet raskaan sarjan koneet ovat vielä noin kolme kertaa polttomoottorisia kalliimpia. Suomessa sellaisia ei vielä edes ole.
Liikkuvien työkoneiden kirjo on laaja
Liikkuvilla työkoneilla tarkoitetaan teollisuudessa ja rakennustyömailla käytettäviä koneita, kuten kaivinkoneita ja pyöräkuormaajia.
Suomessa työkoneet toimivat pääsääntöisesti diesel-polttoaineella, ja selvästi iäkästä kalustoa on käytössä huomattavan paljon.
Kaivoksissa ja satamissa on jo pitkään ollut raskaita koneita, jotka on kytketty sähkövirtaan kaapelilla. Tutkimuksessa keskitytään nyt siihen, miten sähköiset työkoneet saataisiin irti kaapeleista ja toimimaan akun varassa.
– Diesel-polttoaineen energiatiheys on 30-kertainen verrattuna nykyisiin litium-ion-akkuihin. Jos siis akuilla halutaan samanlaista toiminta-aikaa kuin dieselkäyttöisellä koneella on, työkoneen koko ja paino kasvavat huomattavasti, sanoo Lappeenrannan–Lahden teknillisen yliopiston LUTin konetekniikan professori Heikki Handroos.
Pienikokoiset työkoneet kuten minikaivurit, joissa on ladattavat akut, yleistyvät suurten kaupunkien rakennustyömailla. Maa- ja metsätaloudessa käytettävien koneiden tilanne on mutkikkaampi, koska latauspisteiden järjestäminen on vaikeaa.
Yhä useammat kaupungit haluavat tehdä työmaista yhä vähäpäästöisempiä. Esimerkiksi Tukholma on päättänyt kieltää dieselkäyttöiset työmaakoneet ydinkeskustassa vuoden 2024 loppuun mennessä.
Kaikki koneissa muuttuu
LUTin älykkäiden koneiden laboratoriossa on simulaattori, jolla voi ajaa virtuaalista puukuormainta tai pyöräkuormaajaa. Sen kuljettajan penkki, ratti ja ohjaustikku antavat kuljettajalle aidontuntuisen käyttäjäkokemuksen.
Ennen kuin työkoneen dieselmoottori voidaan korvata sähköisellä, on koneen toimilaitteiden kuten vaikkapa hydraulisten nostimien energiatehokkuutta parannettava. Simulaattori auttaa tarkastelemaan eri komponenttien vaikutusta koneen toimintaan.
– Polttomoottorisissa tehonsiirtojärjestelmissä kulutetaan tällä hetkellä yli jopa 60 prosenttia energiasta lämmöksi. Ratkaisuna kehitämme osittain ja kokonaan sähköistettyjä tehonsiirtolinjoja, sanoo professori Heikki Handroos.
Tulevaisuuden sähköiset työmaakoneet tulevat eroamaan ulkonäöltään huomattavasti nykyisistä koneista, koska sähkömekaaniset ja -hydrauliset toimilaitteet ovat suuria ja raskaita.
Tämän takia koneen runkoa on vahvistettava ja kaikkien osien yhteensopivuus suunniteltava uudelleen.
Teollisuus etsii ratkaisuja
LUT-yliopiston sähkö- ja konetekniikan tutkijat tekevät yhteistyötä kansainvälisen sähkömoottoreita ja niiden ohjauksessa käytettäviä tehoelektroniikkajärjestelmiä valmistavan Danfoss Editronin kanssa.
Suuryritys Danfoss kertoi hiljattain laajentavansa tuotantoaan Lappeenrannassa. Uuteen tehtaaseen on tarkoitus sijoittaa tuotekehitys-, testaus- ja tuotantotilat sekä sähkömoottorien ja tehoelektroniikan kokoonpanolinjat.
