(Nie)ziemski transport

Robot małpa, elektryczny dron, czy gigantyczny zeppelin to zaawansowane technologie, które transportują drewno bez kontaktu z gruntem, łącząc efektywność pozyskania surowca z ochroną gleby.  


Zrywka drewna wymaga starannego zaplanowania przebiegu szlaków operacyjnych. Stanowią one podstawowy element infrastruktury roboczej lasu, umożliwiający transport surowca z powierzchni, na której został pozyskany, do dróg wywozowych.

Ich celem jest zapewnienie efektywności pozyskania drewna przy jednoczesnym ograniczaniu negatywnego wpływu na środowisko leśne. Szlaki te, wyznaczane przed rozpoczęciem pierwszych cięć na danej powierzchni, będą użytkowane podczas kolejnych ich nawrotów.

Degradacja gleby
Szlaki operacyjne są tym miejscem, gdzie najbardziej uwidacznia się negatywny wpływ maszyn leśnych na glebę. Proces ugniatania prowadzi do trwałych, negatywnych zmian w strukturze gleby.

W zależności od rodzaju gleby, proces regeneracji jej właściwości fizycznych po dokonanej zrywce trwa co najmniej 20 lat. Oznacza to, że skutki jednorazowego zabiegu pozyskania drewna mogą być odczuwalne przez następne cykle gospodarcze. Intensywne użytkowanie szlaków sprzyja zwiększonemu spływowi powierzchniowemu, erozji gleby oraz wymywaniu pierwiastków, w tym rtęci do wód powierzchniowych.

Zmiany te zaburzają stosunki wodno-powietrzne gleby i wpływają negatywnie na aktywność organizmów glebowych. W efekcie dochodzi do pogorszenia jakości siedlisk leśnych.

Zjawisku temu towarzyszy zwiększona emisja gazów cieplarnianych z gleby leśnej, stanowiącej jeden z największych lądowych rezerwuarów węgla. 
Badania naukowe wskazują, że kluczowym czynnikiem degradacji jest nie tyle jednostkowy nacisk maszyny na podłoże (gdyż często nie jest on znaczny), co częstotliwość jej przejazdów.

Postępująca fragmentaryzacja prac gospodarczych ze względów przyrodniczych powoduje, że coraz większe powierzchnie lasów mogą być regularnie rozjeżdżane przez maszyny leśne.

Z tego względu coraz częściej podkreśla się potrzebę racjonalnego planowania zrywki w oparciu o aktualne dla danego terenu warunki. Do tego niezbędna jest możliwość dokładnego monitorowania stanu gleby.

Stare szlaki, nowe sposoby

Kluczową rolę w tym monitoringu odgrywają mapy przejezdności (ang. soil trafficability maps). Opracowywane są one na podstawie danych topograficznych, hydrologicznych, w tym wskaźnika głębokości do zwierciadła wody DTW (ang. Depth-to-Water), oraz właściwości fizycznych gleby. 

Mapy te są obecnie skandynawskim standardem w projektowaniu sieci szlaków, umożliwiając precyzyjne wyznaczanie stref o najwyższym ryzyku degradacji gleby. Wspomaga to planowanie tras zrywki z dbałością
o ochronę gleby, przy jednoczesnej optymalizacji logistyki całego procesu.

Przykładem wdrożenia tego typu rozwiązań jest szwedzki system BestWay, zaprojektowany w celu optymalizacji przebiegu szlaków zrywkowych z uwzględnieniem warunków terenowych oraz ochrony gleby.
Uzupełnieniem metody są dane operacyjne pozyskiwane bezpośrednio z maszyn leśnych, obejmujące informacje z magistrali CAN-bus (Controller Area Network) zapisane w standardzie StanForD, rejestrowane
podczas wcześniejszych przejazdów na danym terenie.

Analiza zużycia paliwa harwestera lub forwardera przy stałej prędkości i na płaskim terenie pozwala pośrednio ocenić opory ruchu, a tym samym przejezdność gleby na danym odcinku szlaku. Idąc dalej, zainstalowany
na maszynie, czy też bezpośrednio w glebie system czujników wilgotności gleby w czasie rzeczywistym wspomaga dynamiczne zarządzanie siecią zaprojektowanych szlaków.

Natomiast w monitoringu terenów pozrywkowych coraz większą rolę odgrywają metody fotogrametryczne (tworzenie precyzyjnych map 3D terenu za pomocą serii nakładających się zdjęć) oraz skaning laserowy (LiDAR) z pułapu bezzałogowych statków powietrznych (dronów). Pozwalają one na identyfikację stref degradacji gleby, a dzięki integracji z konwolucyjnymi sieciami neuronowymi (CNN) oferują perspektywę niemal ciągłego, zautomatyzowanego monitoringu oddziaływania zrywki na środowisko glebowe. Takie podejście pozwala nie tylko ocenić skutki wykonanych zabiegów, ale także wykorzystać te informacje do precyzyjniejszego planowania 
kolejnych szlaków operacyjnych pod kątem maksymalnej ochrony środowiska glebowego.

Mniej inwazyjna zrywka Zrywkę można również prowadzić bez tworzenia szlaków operacyjnych. Zrywka kolejką linową to sprawdzona od ponad stulecia, w Polsce od lat 50. ubiegłego wieku, metoda pozyskiwania drewna
w warunkach górskich. Stanowi ona kluczową alternatywę na stromych zboczach, gdzie ograniczenia trakcyjne wykluczają użycie ciężkich maszyn leśnych.
Metoda ta bazuje na systemie masztu, wciągarek, lin nośnych i roboczych oraz wózka biegowego, który porusza się wzdłuż linii, transportując drewno z miejsca pozyskania do składu przy drodze leśnej. Instalacja systemów linowych charakteryzuje się dużą pracochłonnością, a proces załadunku wózka wymaga bezpośredniego zaangażowania fizycznego operatora.

Wysoki nakład pracy wymusza poszukiwanie nowoczesnych rozwiązań usprawniających tę formę zrywki drewna. Jednym z dostępnych już rozwiązań są algorytmy automatycznie rozpoznające poszczególne fazy cyklu zrywki linowej. W połączeniu z instalacją systemów nawigacji satelitarnej umożliwiają one automatyczny monitoring wydajności zrywki (dystans, liczba cykli, czas), co znacząco ogranicza konieczność wykonywania ręcznych pomiarów terenowych.

Stosuje się również czujniki naciągu liny, które pozwalają na dynamiczną kontrolę obciążeń w czasie rzeczywistym i podnoszą bezpieczeństwo pracy. Natomiast wykorzystanie danych LiDAR wspomaga planowanie przebiegu korytarzy liniowych, co ma istotny wpływ na koszty instalacji i eksploatacji systemu oraz jego oddziaływanie na środowisko.

Innowacje obejmują również układy napędowe. W 2015 roku austriacki producent Koller Forsttechnik zaprezentował system kolejki linowej o napędzie hybrydowym K507e-H, wyznaczając nowe standardy ekologiczne w zrywce. Dodatni bilans energii tworzony podczas jazdy wózka w dół pod wpływem grawitacji, pozwala na odzyskanie około 2,56 kWh energii na cykl, co przekłada się na oszczędności paliwa aż do 0,55 l/m3. W 2023 roku
producent wprowadził na rynek lżejszą wersję hybrydy (K410e-H) dedykowaną do trzebieży.

Pozyskiwanie surowca o unikalnych parametrach, takiego jak drewno rezonansowe, w niedostępnych partiach gór wymusza niekieprywatnej sieci 5G, co umożliwia podgląd drona w czasie rzeczywistym
i w razie potrzeby szybkie przejęcie sterowania. Analogicznie do rozwiązania nowozelandzkiego, droga do pełnej komercjalizacji technologii jest jeszcze długa. Kluczową barierą dla dronów o wysokim udźwigu
jest niska autonomia energetyczna, wymuszająca częste przerwy na wymianę baterii. Mimo to prace nad dronem do trzebieży nabierają tempa, czego dowodem jest strategiczna współpraca z gigantem
leśnym Sveaskog, zaplanowana od 2028 roku.

Francusko-kanadyjski latający wieloryb

Na ostatni ogień idzie futurystyczny projekt transportu (w tym zrywki) drewna sterowcem. Rozwijany od 2012 roku przez obecnie francusko--kanadyjską spółkę Flying Whales sterowiec LCA60T (tzw. latający wieloryb)
ma ambicję stać się przełomem w zrównoważonej gospodarce leśnej oraz w innych sektorach działających w trudnym terenie, min. w energetyce czy górnictwie. Jego głównym zadaniem będzie transport ciężkich
ładunków – w tym surowca drzewnego – z trudno dostępnych terenów bez konieczności budowy szlaków operacyjnych czy dróg leśnych.

LCA60T to imponująca konstrukcja o 200 metrach długości, 50 metrach średnicy i masie 100 t, wyposażona w ładownię o długości 96 m. Siłę nośną zapewnia około 200 tysięcy metrów sześciennych helu zgromadzonego
w odizolowanych komorach. Maszyna posiada rozproszony układ napędowy składający się z 32 silników elektrycznych, co ułatwia pionowy jej start oraz precyzyjne manewrowanie. Stabilność konstrukcji podczas rozładunku zapewnia system balastowy, który równoważy masę wyładowywanego towaru pobieraną z naziemnych zbiorników wodą.

Sterowiec unoszący się nad koronami drzew eliminuje znaczną część problemów związanych z ciężkim sprzętem zrywkowym i transportowym. Według koncepcji konstruktorów, jeden lot może zastąpić kurs dwóch samochodów ciężarowych – sterowiec będzie w stanie zabrać do 60 ton drewna załadowanego wciągarką w ciągu 30 minut. Poruszać się on będzie z prędkością przelotową około 80 km/h na pułapie 3000 metrów.
Konstrukcja pozwoli na bezpieczny załadunek oraz rozładunek nawet przy wietrze wiejącym z prędkością do 40 km/h. Według szacunków, wykorzystanie technologii hybrydowej pozwoli ograniczyć emisję
gazów cieplarnianych transportu drewna do 60 proc. Potencjał tego konceptu potwierdził jeden z kluczowych zakładów przetwórczych drewna w prowincji Quebec – Chantiers Chibougamau, który oszacował, że aż 10 proc.
pozyskiwanego przez nich surowca mogłoby być transportowane „Latającym Wielorybem”.

Zaplanowane na przyszły rok loty testowe rozstrzygną, czy rozwiązanie to zapoczątkuje nową erę w logistyce drewna, czy też – wzorem wielu innych wizji – pozostanie tylko technologicznym marzeniem, zbyt
kosztownym dla sektora leśno-drzewnego. 
dr inż. Marta Trzcianowska Instytut Inżynierii MechanicznejSGGW w Warszawie.