Sittenkin polttokenno ja vetyauto

©2015, Lesley Ann Miller Courtesy of Toyota Racing

Nollapäästöisissä sähkömoottorilla kulkevissa autoissa on kaksi päälinjaa: Sähköautot ja vetyautot. Näistä ensimmäisiä on teillä Suomessakin jo yli tuhat, niistä suurin ja kaunein on amerikkalainen Tesla. Vetyauto on sekin sähköauto, mutta energia ei ole ladattu akustoon vaan tuotu vetynä tankkiin, josta sitä polttokennon kautta tuotetaan sähköksi.

Polttokenno ja vetyauto perustuu sähkökemialliseen ilmiöön, jossa varastoitu vety yhdistyy ilman happeen. Tällöin syntyy sähköä sekä vesihöyryä. Vety tuotetaan tavallisesti maakaasusta, eli se voidaan ajatella fossiilisena polttoaineena. Nollapäästöautossa vety on kuitenkin tuotettaisiin vedestä, elektrolyysillä hajoittamalla. Tällöin vaikkapa merivettä hajoitetaan vedyksi ja hapeksi; vety varastoidaan ja happi vapautetaan ilmakehään.

Vetypolttokenno on maantiellä vielä hyvin harvinainen, vaikka autoja on ollut eri intensiteetillä kehitteillä jo vuosikymmeniä.

Teslan Elon Musk on kuuluisassa lausahduksessaan tuominnut vedyn käytön: “Vety? Se sopii paremmin rakettimoottoreihin kuin autoihin.” Muskilla on lehmänsä ojan pohjalla, tekeehän hän itse sekä sähköautoja että raketteja.

Muskin perustelu vedyn kelvottomuudesta nojaa kahteen pääargumenttiin: Vety on hyvin tehotonta tehdä laajassa mitassa, eikä sille oikestaan ole jakeluverkkoa.

Molemmat väitteet ovat totta. Scientific Americanin laskelmien mukaan sähköenergiasta saadaan vetypolttokennoauton tankkiin vain 20-25% hyötysuhteella energiaa. Muu energia kuluu erityisesti vesi-elektorolyysin tehottomuuteen sekä vedyn paineistamiseen. Vastaava hyötysuhde sähköautoissa on jopa 75%, tai parempi siirtoverkosta riippuen.

Vedyn jakelu vaatii erityisiä vetyasemia, joita esimerkiksi Suomessa on kaksi ja Saksassakin vain noin 50. Sähköautojen latureita lienee tuhansia.

Tulevaisuuden pikalaturia ei vielä ole keksitty

Saksalaiset autonvalmistajat eivät ole lausunnoissaan aivan yhtä dramaattisia kuin yhdysvaltalaiskollegansa. Mercedes-Benzin kehityksestä vastaava johtaja Thomas Weber kertoo mersun olevan hyvin sitoutunut vetyyn. Weberin perustelu on yllättäen samankaltainen kuin Muskilla: Sähköautojen latausverkkoa ei oikestaan ole olemassa.

Vaikka latauspaikkoja on tällä hetkellä valtavasti ja pikalatausasemiakin ehkä satoja Saksassa, Weberin väite on silti totta.

Tämän hetken nopein sähköautolaturi on Teslan tekniikkaa. Kuvassa ladataan Toijalan ABC:llä.

Tämän hetken nopein sähköautolaturi on Teslan tekniikkaa. Kuvassa ladataan Toijalan ABC:llä.

Asetetaan katse kauemmas tulevaisuuteen: 2020-luvulla markkinoilla lienee autoja joilla ajetaan 600-700 km etappeja yhdellä latauksella. Ajomatka edellyttää 120-150 kWh akustoja, mikä puolestaan asettaa haasteita lataustekniikalle.

Nykyiset CCS– tai Chademo -pikalatauslaitteet lataisivat tällaisen akun tyhjästä täyteen parhaimmillaan kolmessa tunnissa, käytännössä ehkä 4-5 tunnissa. Tämä on pikalataukselle liian pitkä aika, joten oleellisesti tulevaisuuden latausverkko loistaa poissaolollaan. Sitä ei ole edes keksitty, sillä CCS-standardi on speksattu maksimissaan 170 kW latausteholle. Tälläkin teholla lataus kestäisi vajaan tunnin.

Vetypolttokennon tankkaus tälle matkalle kestää muutaman minuutin.

BMW:n voimalinjojen kehityksestä vastaava johtaja Matthias Klietz on samoilla linjoilla. Pitkille matkoille BMW tuonee vetypolttokennoja, lyhyemmille täyssähköautoja. Parin sadan kilometrin päivämatkoilla sähköauton voimanjakeluverkosto on ylivoimainen: Auto voidaan ladata aina kotona yön yli seuraavan päivän ajoja varten.

Paljon on kiinni autoilijan tottumuksissa. Tällä hetkellä sähköautoja ostavat ns. varhaiset omaksujat, jotka sietävät epämukavuuden latauksessa ja kaikessa muussakin sähköautoilussa. Heille lataus ei oikeastaan edes ole epämukavaa, vaan mielenkiintoinen kokemus. Mutta suuret massat tuskin haluavat kaivella likaisia latauskaapeleita pari kertaa päivässä auton takakontista. Vai haluavatko?

Teslan Supercharger -pikalaturiverkostolla pitkäkin ajomatka sujuu mukavasti. Kuitenkin matkanteko pysähtyy parin sadan kilometrin välein 15-20 minuutin latausta varten. Pystyykö 50-vuotias ikänsä Autobahnaa ajanut keskiluokkainen saksalaismies tähän taipumaan?

Nämä ovat sähköauton tuhannen taalan kysymyksiä.

Oma kokemukseni Saksan moottoriteiltä ei ole kovin rohkaiseva. Teslaa pidetään tyylikkäänä autona ja sen suorituskyky on vaikuttava. Mutta kun saksalainen kuulee auton olevan amerikkalainen ja vaativan moottoritiellä latausta parin sadan kilometrin välein, hän pettyy. Jännästi kaikki kunnolliset autot tuntuvan tulevan Saksasta.

Vety on uusi bensa

Vedyn tankkaus ei juuri eroa bensapumpun käytöstä, joten tottuneelle bensanpolttajalle muutosta huoltoasemavierailuun ei oikestaan tule ollenkaan. Huoltoasema on kokonaisuudessa keskeinen tekijä: Nykyisille autoalan toimijoille vetyyn siirtyminen olisi lopulta pieni muutos. Jatkossakin polttoainetta rahdattaisiin rekoilla huoltiksille, josta autoilija sitä rahaa vastaan saisi tankata.

Sähköautossahan pikalaturien kanssa kilpailee jatkuvasti kotilataus, mikä on melkein ilmaista verrattuna vaikka bensiiniin tai dieseliin. Ja mitä pidemmälle sähköauton akku vie, sitä vähemmän autoilija kaipaa pikalaturia. Ja mitä vähemmän pikalatureita tarvitaan, sitä kalliimmaksi yksittäinen laturi muuttu. Pikalatureita voi huoltiksen lisäksi tarjota vaikkapa kauppakeskus tai ravintola. Sähköautotulevaisuudessa huoltoasemavierailu on harvinainen tapahtuma.

Vety on hankala energiavarasto

Vety on aineena hankalasti käsiteltävä. Siinä missä sähköautot kamppailevat ajoakkujen kapasiteetin suhteen, vetypolttokennojen ongelma on vedyn varastointi. Esimerkiksi polttokennoauto Toyota Mirai varastoi tankkeihinsa vain noin viisi kiloa vetyä, itse tankkien painaessa 88 kiloa ja päälle polttokennolinjaston paino. Toisaalta tämä viisi kiloa vetyä antaa autolle karkeasti saman kantaman, johon Tesla Model S pääsee sata kertaa painavammalla akustolla.

Vedyn varastointi on oikeastaan sähköauton latauksen kaltainen tuhannen taalan kysymys. Tulevaisuudessa sähköä tuotettaneen yhä enemmän hajautetusti, uusiutuvalla energialla. Jo tällä hetkellä on nähtävissä trendi, jossa aurinkopaneelien tuottama sähkö on melkein ilmaista, mutta harmillisesti tuotantoa tulee milloin säät sallivat eikä sitä saada yöllä lainkaan.

Jos halpa tuotanto pystyttäisiin varastoimaan vetynä, ei elektrolyysin hyötysuhteella olisi enää merkitystä. Sähköä tehtäisiin tarpeen mukaan polttokennolla, sekä autoissa että kantaverkossa.

Ja vaikka vedyntuotannon hyötysuhde on heikko, on se silti paljon parempi kuin bensiininpolton hyötysuhde, kun koko ketju öljylähteeltä auton renkaille huomioidaan.

Polttokennoauto on hybridi

Oikestaan vetyautot ovat hybridejä. Vetypolttokennon reagointinopeus on liian hidas ajomoottorille eikä se pysty antamaan suuria huipputehoja. Niinpä auto käyttää polttokennon lisäksi muutaman kilowattitunnin ajoakkua, joka toimii puskurivarastona ajon aikana. 

Tällä hetkellä pienimmät vetypolttokennot mahtuvat jo tulitikkuaskiin. Ei olisi mikään amerikantemppu yhdistää sähköauton yön-yli -latauksen helppoutta ja edullisuutta pitkien ajomatkojen vetypolttokennotekniikkaan. Tehdä polttokennosta eräänlainen range-extender.

Alkusyksyn ohjelmassani on tutustua Suomalaiseen Woikoskeen, sekä heillä käytössä olevaan Hyundain polttokennoautoon. Woikoski ei ole varsinaisesti  autoalan firma, mutta vetytuotantoa heillä on. Ja siihenhän polttokennoauto sopii kivasti. Seuraa siis blogia jatkossakin!

Postauksessa on käytetty lähteenä Motoring-lehden artikkelia, joka on luettavissa täällä.

4 Comments

  • Panu says:

    Vähän pelkään, että poliitikot innostuvat vedystä (osittain lobbauksen takia) ja alkavat syytää valtion/EU:n rahaa tankkauspisteiden rakentamiseen sen sijaan, että antaisivat markkinoiden päättää. Ilmeisesti monet autonvalmistajatkin laskevat tämän varaan.

    Jos markkinoiden annetaan päättää niin vety tuskin haastaa sähköautoja ainakaan henkilöautopuolella. Jotain esim. raskaaseen kuljetukseen liittyviä kannattavia spesiaalicaseja voi tulla.

  • Panu says:

    “Vetyinfrastruktuurille sen sijaan ei kannata luoda markkinoita, koska vaikka valtiot kuinka subventoisivat vetyautoja niin ihmiset eivät halua niitä ostaa, koska vetyauto ei ikinä voi kilpailla polttomoottoriauton kanssa.”

    Jos tankkausverkosto on kunnossa ja autot ja ajaminen halvempaa kuin polttomoottoriautoilla niin kyllä varmasti haluavat ostaa. Toivottavasti tähän ei kuitenkaan tukien avulla mennä.

    En myöskään luottaisi byrokraatteihin enkä poliitikkoihin (enkä sinuun) sen arvioimisessa mitä kannattaa tukea ja mitä ei vaan antaisin ihmisten päättää ihan ite.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *