Ajoneuvon vaihtoehtoiset polttoaineet

Ajoneuvojen vaihtoehtoiset polttoaineet tarkoittavat muita kuin fossiiliseen mineraaliöljyyn perustuvia ajoneuvon energianlähteitä.

Kaasu
Ajoneuvot voivat toimia erilaisilla kaasuilla, kuten maakaasulla, nestekaasulla tai biokaasulla. Polttomoottori voi toimia myös kaasumaisella vedyllä. Häkäkaasulla toimivia polttomoottoriautoja käytettiin Suomessa viime sodan aikana. Näissä häkä saatiin aikaan puuhiilestä.

Kaasun käyttö polttoaineena vähentää saasteita, sillä se palaa öljyä puhtaammin. Olemassa olevat bensiinikäyttöiset autot voidaan muuttaa maakaasulla käyviksi, mutta nykyään yhä suurempi osa maailman autoista valmistetaan suoraan kaasukäyttöisiksi. Pienemmissä kaasukäyttöisissä autoissa on usein myös bensiinitankki, mutta suuremmissa autoissa on pelkkä maakaasusäiliö. Maakaasuauton hankintaan houkuttelee polttoaineen edullinen hinta sekä matalammat hiilidioksidi-, typenoksidi- ja hiukkaspäästöt. Autojen polttoaineeksi maakaasu myydään massan mukaan, maakaasun hinta on noin 1,30 euroa per kilo. Bensalitraa vastaavaksi energiaksi laskettuna maakaasu maksaa noin 0,832 euroa.

Maailmassa oli vuonna 2006 noin 5,7 miljoonaa kaasukäyttöistä kulkuneuvoa. Eniten kaasukäyttöisiä kulkuneuvoja on Argentiinassa, Brasiliassa ja Pakistanissa. Euroopassa ne ovat suosittuja Italiassa (433 000 kpl), Ukrainassa (100 000 kpl), Venäjällä (75 000 kpl), Saksassa (55 300) ja Ruotsissa (14 530). Jonkin verran autoja on myös Ranskassa (10 200) ja Valko-Venäjällä (5 500). Maakaasun hinta on näissä Euroopan maissa 40–80 % bensiinin hinnasta. Joissakin Euroopan maissa ja Japanissa, jossa kaikki taksit liikkuvat kaasulla, kaasuautot käyttävät pääasiassa nestekaasua. Nestekaasun etu on sen varastointi maakaasua huomattavasti pienemmässä paineessa, jolloin voidaan käyttää kevyempää kaasupulloa.

Kaupunkilinja-autot, jäteautot, jakeluautot, taksit ja yksityiset henkilöt mukaan lukien maakaasuajoneuvojen lukumäärä Suomessa oli vuonna 2011 noin 800. Helsingin Bussiliikenne Oy ja Tammelundin Liikenne Oy omistavat tällaisia maakaasubusseja.

Helsingin Malmilla avattiin Suomen ensimmäinen julkinen maakaasuautojen tankkauspiste kesäkuussa 2005. Suomessa on 16 julkista maakaasun tankkausasemaa (2011) ja Gasumin on tarkoitus rakentaa lähivuosien aikana 30 aseman verkosto. Ruotsissa tankkauspisteitä on jo nyt yli 160, Saksassa 900, Italiassa 850, Itävallassa 210 ja Venäjällä 240. Euroopassa käytetään standardeja maakaasun tankkausliittimiä henkilöautoille NVG-1 ja raskaalle kalustolle NVG-2.

Sähkö

Sähkön käyttö autojen voimanlähteenä ulottuu kauemmaksi historiaan kuin nestemäisten polttoaineiden. Ensimmäiset sähköautot valmistettiin 1830-luvulla, mutta ne yleistyivät vasta 1880-luvulla. 1920-luvulle asti sähköautot olivat suositumpia, kuin vuonna 1885 kehitetty polttomoottoriauto.

Helsingin palolaitos otti vuonna 1909 käyttöön Suomen ensimmäisen sähköauton. Sähköinen paloauto oli käytössä 1920-luvun taitteeseen asti. Sähköautot alkoivat menettää suosiotaan polttomoottoreille kasvavan öljyteollisuuden ja halvan polttoaineen myötä.

Tyypillisessä sähköautossa sähkö varastoidaan akkuihin, jotka ladataan yleisestä sähköverkosta. Akuilta sähkömoottorille siirtyvää tehoa hallitaan nopeudensäätöpolkimella ja sähkömoottori pyörittää vetoakselien välityksellä pyöriä tai sähkömoottorit voidaan integroida pyörien sisään. Sähköautoissa ei tarvita vaihdelaatikkoa, koska tyypillisissä sähkömoottoreissa on tarpeeksi vääntöä kierrosalueen alusta alkaen. Sen sijaan sähköautoissa on ajosuunnanvalitsin, jossa on yleensä ainakin neljä asentoa: vapaa (N), normaali ajo (D), peruutus (R) ja pysäköinti (P).

Akkuun perustuva sähköauto on vuokaaviotasolla murskaavan yksinkertainen verrattuna polttomoottori- tai hybridiautoihin. Tästä on seurauksena se, että vikaantumisherkkyys on paljon pienempi kuin perinteisillä autoilla. Sen käyttö ei myöskään saastuta lainkaan, mikäli lataamiseen käytettävä sähkö tuotetaan saasteettomasti. Myös nykyaikaisilla kivihiilivoimaloilla tuotettu sähkö on ympäristöystävällisempää kuin auton bensiinimoottorin tuottama energia.

Kehittymätön akkuteknologia on toistaiseksi estänyt sähköautojen yleistymisen, vaikka kehitystä on toki vuosien varrella tapahtunut. 1990-puolivälillä tapahtui Kaliforniassa sähköautojen käytön voimakas lisääntyminen pakokaasujen vähentämiseen tähtäävän lainsäädännön voimalla. Tällöin useat autovalmistajat toivat markkinoille kaupunkiautoiksi sopivia malleja. Nämä autot vedettiin pois markkinoilta (ja kerättiin pois kuluttajilta), sen jälkeen kun Kalifornian ilmastolautakunta oli päättänyt luopua myytävien nollapäästö-autojen kiintiöistä.

Öljyn hinnan kallistuessa ennustetaan sähköautojen uutta tulemista. Akkutekniikka on kehittynyt 2000-luvulla ja aikaisemmasta alle 200 kilometrin säteestä päästään jopa 300–500 kilometrin säteeseen. Akkujen latausajat ovat myös lyhentyneet, uudemmilla akkuteknologioilla akut voidaan pikaladata jopa alle puolessa tunnissa noin kolmeen neljäsosaan täydestä latauksesta. Akkujen hinta on edelleen rajoittava tekijä: sähköautolle voidaan antaa joko hetkellisesti paljon suorituskykyä (katusportit) tai kohtuullisen pitkä ajomatka mutta maltillisilla tehoilla. Tyypillinen akuston latauksen energiamäärä on murto-osa bensiini- tai dieseltankillisen energiamäärästä.

Poliittisella tuella saataisiin sähköautoille latausmahdollisuudet julkisille paikoille, kuten tehtiin Turussa 1990-luvulla. Ruotsissa ja Norjassa ekoautoja tuetaan maksuttomalla pysäköinnillä ja tietullittomuudella. Sähköauton käyttöönotto ei kuitenkaan ole riippuvainen julkisista latausasemista tai latauksen nopeudesta, sillä keskimääräisessä päivittäisessä ajossa nykyinen toimintasäde on jo täysin riittävä: kotona auton voi ladata yön yli ja työpäivän aikana työpaikan pistokkeesta. Eräs ratkaisu rajattuun toimintasäteeseen on luoda akustoille standardi, jolloin akku voidaan pidemmillä matkoilla vaihtaa huoltoasemalla muutamassa minuutissa. Toisaalta vuoteen 2023 mennessä toimintamatkat ovat kehittyneet huimasti Nissan Leafin ensimmäiseen sukupolveen verrattuna, kotilataus taloyhtiöissä on yleistynyt, autojen pikalataustehot ovat nousseet ja julkisia DC-pikalatureita sekä suurteho-DC-latureita on niin paljon, että keskustelu toimintamatkasta on käytännössä menettänyt merkityksensä.

Aurinko
Sähköauto voidaan varustaa aurinkokennoilla, jolloin saadaan aikaan aurinkoenergialla kulkeva auto, "aurinkoauto". Auringosta saatavan energian suhteellisen niukkuuden vuoksi aurinkoautot rakennetaan keveiksi ja samalla yritetään maksimoida aurinkokennojen pinta-ala. Aurinkoautoissa on mukana myös pieni akku, jolla saadaan enemmän tehoa kiihdytyksiin ja varmistetaan sujuvaa kulkua puolipilvisellä säällä.

Biopolttoaineet

Biopolttoaineet käyvät sekä diesel- että bensiinimoottoreihin korvaamaan fossiilisia polttoaineita. Biopolttoaineita ovat muun muassa biodiesel, biokaasu ja etanoli.

Biokaasu
Biokaasu on pääosin metaania ja ominaisuuksiltaan lähellä maakaasua. Biokaasun polttoainekäyttö säästää ympäristöä jo kasvihuonekaasujen osalta, sillä biokaasuauto lasketaan nettopäästöiltään hiilidioksidineutraaliksi. Noin 60 kiloa ruokajätettä riittää tuottamaan kaasun noin 100 kilometrin ajomatkalle, ja lehmän vuosituotanto lantaa noin 4 000 kilometrin ajomatkalle. Pakoputkesta tulee lähinnä vettä ja hiilidioksidia, joka on uusiutuvaa. Lisäetuna biokaasun laajemmasta käytöstä olisi muun muassa riskialttiiden öljykuljetusten väheneminen.

Etanoli
Etenkin Saksassa, Yhdysvalloissa ja Ruotsissa biopolttoaineita tai niiden seoksia öljypohjaisten polttoaineiden kanssa saa laajasti polttoaineiden jakeluasemilta. Muutama prosentti etanolia voidaan sekoittaa bensiiniin ilman ongelmia moottorin toiminnan suhteen. Tätä on suunniteltu tehtäväksi myös Suomessa mahdollisesti jo vuoden 2008 alusta, vaikka kotimaiset polttoaine-etanolitehdashankkeet eivät käynnistyneetkään. Moottorin säätöjä muuttamalla polttomoottori saadaan toimimaan myös 85- tai jopa 100-prosenttisella (E85 tai E100).

Metanoli

Metanolia on käytetty ajoneuvojen polttoaineena hyvällä menestyksellä Kaliforniassa ja Indianapolis 500 autokilpailuissa vuosina 1965–2006. Metanolia valmistetaan tavallisimmin maakaasusta, mutta sitä voidaan valmistaa myös biomassasta, kuten jätepuusta. Etanolin valmistuksessa tavallista mikrobikäymistä ei metanolin valmistuksessa tarvita.

100-prosenttinen biodiesel
Suomessa Neste Oil on kehittänyt Neste Green Diesel 100% -polttoaineen, jonka koko elinkaaren hiilidioksidipäästömäärät ovat Nesteen omien arvioiden mukaan aiempiin dieseleihin verrattuna 40–80 prosenttia pienemmät. Kyseessä on kokonaan mineraaliöljytön biodiesel, jota tulee olemaan tarjolla dieselpolttoainetta tarvitseville ajoneuvoille. Tämä 100-prosenttinen biodiesel oli vuonna 2010 koekäytössä Nesteen omilla polttoaine-asemilla, ja sen arvioitiin tulevan pian kaupalliseen jakeluun.

Synteettiset polttoaineet
Fischer-Tropsch-menetelmälla voidaan valmistaa synteettisiä polttoaineita - sekä ottomoottoreihin että dieselmoottoreihin - synteesikaasusta (vedyn ja hiilimonoksidin seoksesta. Reaktorissa vedyn ja hiilimonoksidin seos konvertoidaan noin 300–400 °C:n lämpötilassa ja 10–40 bar paineessa hiilivedyiksi.

Fischer-Tropsch -synteesi on varteenotettava vaihtoehto siellä, missä on saatavana runsaasti halpaa hiiltä tai biomassaa. Saksa valmisti toisen maailmansodan aikana lähes kaiken tarvitsemansa dieselöljyn ja suuren osan bensiinistään synteettisesti. Etelä-Afrikan tasavalta kehitti apartheidin aikana Fischer-Tropsch -teknologiaa yhä pidemmälle ja kykeni näin kiertämään öljysaarron. Nykyään Etelä-Afrikan tasavallan kansallinen öljy-yhtiö, Sasol, valmistaa kaiken Etelä-Afrikan tarvitseman moottoripolttoaineen synteettisesti kivihiilestä.

Suomessa polttoaineen valmistaminen Fischer-Tropsch-synteesillä turpeesta voi muodostua varteenotettavaksi vaihtoehdoksi raakaöljyn hinnan noustessa.

Vety

Öljystä (tai maakaasusta) on reformoinnilla mahdollista valmistaa vetyä, jolla voidaan käyttää polttokennosta energiansa saavaa autoa. Useimmissa tällaista polttoaineenkäyttöä hahmottelevissa suunnitelmissa tarkoitus olisi hyödyntää olemassa olevaa polttoaineen jakeluverkkoa ja tehdä reformointi autossa olevalla laitteistolla. Vaikka polttokennon päästöt ovatkin yksinomaan vettä, syntyy reformoinnista yhtä paljon hiilidioksidia kuin syntyisi jos sama määrä öljyä poltettaisiin moottorissa. Näiden päästöjen suhde polttoaineketjun yli syntyviin päästöihin on siis sama 80–20.

Vetypolttokennon hyötysuhde autossa voi käytännössä olla noin 60 %, mutta koska katalyyttisessä reformoinnissa menetetään hiilen poltosta saatava energia, tulee hyötysuhteeksi parhaimmillaan noin 40 %. Tämä on silti selvästi parempi kuin polttomoottorilla: verrattuna polttomoottoriin päästöjä syntyy noin 60 % vähemmän. Tätä nykyä reformoinnille perustuvien polttokennoautojen hyötysuhde on noin 25 % (McCormick, 2001), mikä riittää alentamaan päästöjä noin 40 %.

Ydinenergia
Ford esitteli 1950-luvun lopulla Ford Nucleon -nimisen ydinkäyttöisen auton konseptipienoismallin. Ajoneuvo olisi muodostunut etuosan matkustajatilasta ja takaosassa sijaitsevasta reaktoriyksiköstä. Yhtään toimivaa ajoneuvoa ei rakennettu. Ydinkäyttöisten autojen ongelmana on reaktorien ja niiden vaatimien säteilysuojien suuri massa.

Lähteet 
 Spadaro, J. et al.: Greenhouse Gas Emissions of Electricity Generating Chains, IAEA Bulletin Vol.42, Wien, 2000
 McCormick, J: Fuel Cell Breakthrough, Popular Science, New York, helmikuu 2001
 http://www.gasforeningen.se/Media/FAQ/Fordonsgas.aspx

Viitteet

Aiheesta muualla 
Artikkeli aurinkoautoista: metallitekniikka 
Tietoa bio- ja maakaasuautoista: biokaasuauto.fi

Autotekniikka
Ympäristötekniikka