Vetytankkaus on eri lataus

Sähköautot yleistyvät vähitellen. Vuonna 2018 markkinoilla pitäisi olla 300 kilometrin matkaan kykeneviä kohtuuhintaisia autoja, vähintään Teslalta ja Chevroletiltä. Pitkällä matkalla autoja pitää kuitenkin pikaladata.

Toinen kehittyvä tekniikka on vety ja polttokennojen avulla autossa tuotettava sähkö. Vedyn tankkaus on kovin erilaista kuin sähköauton pikalataus, mutta yhteistäkin on.

Sähköauton pikalatausnopeus riippuu auton ja laturin yhteispelistä. Mitä enemmän tehoa auto pystyy ottamaan vastaan ja laturi työntämään eteenpäin, sitä nopeammin akku täyttyy. Nykyisin Teslan lataus sujuu parhaimmillaan noin 130 kW teholla, muiden pieniakkuisempien autojen ladatessa enimmillään noin 40-50 kW tehoilla.

Eurooppalaista CCS-standardia viritellään jo 150 kW teholle. Hollantilainen Fastned ja Sveitsiläinen Gotthard Fastcharge ovat jo ilmoittaneet tuovansa 150 kilowatin tehon latausverkkoihinsa. Tesla on vähitellen päivittämässä latureitaan 145 kilowattiin.

Näillä tehoilla 20 minuutin pikalataus antaisi hieman autosta riippuen noin 250-300 km lisää ajomatkaa. Volkswagen on esitellyt Porschen brändillä jopa yli 300 kW lataustehoja, jolloin vartissa saisi teoreettisesti jopa 400 km ajomatkaa akkuun.

Latausteho on kuitenkin huipussaan vain tyhjällä, lämpimällä akulla ja latauksen alussa – tästä teho laskee vähitellen akun täyttyessä. Pikalataus onkin parhaimmillaan nopeissa täytelatauksissa jolloin ei ole tarkoituskaan ladata autoa täyteen, vaan mahdollistaa seuraavan 100-200 kilometrin matkanteko.

Pienillä latauspaikoilla tarvittaisiin ehkä pari, kolmesataa kilowattia tehoa, mutta isoilla kentillä puhutaan helposti yli megawatin sähkötehosta per latauskenttä. Suuri tehovaade rajoittaa latauspaikan sijoitusmahdollisuuksia, perustamiskustannusten karatessa kaukana jakeluverkosta epäkannattavan suuriksi. Hyvät sähköverkot ovat osasyynä sähköautojen menestykseen Norjassa. Myös meillä Suomessa ja Ruotsissa kantaverkko on hyvässä kunnossa.

Kysymys ei siis ole sähkön riittävyydestä sinänsä, vaan siitä että sen jakelu suurella teholla juuri haluttuun paikkaan voi olla liian kallista.

Teslan suurimmat yksittäiset latauskentät ovat nykyään 14 auton asemia. Näin suuret latauskentät vaativat joko megawattiluokan liitynnän sähköverkkoon tai akkupuskurointia palvelemaan montaa yhtäaikausta latausta. Ja molemmat ovat kalliita.

Vetytankkausasemat rakennetaan kontteihin. Siten niitä on helppo siirrellä ja uudelleentäyttää.

Vetytankkausasema voidaan rakentaa konttiin. Siten niitä on helppo siirrellä ja uudelleentäyttää.

Vetytankkaus: paljon ja nopeasti

Entä polttokennoautot ja vetytankkaus? Vetyautoa ei tankata edellisenä yönä kotona, joten todennäköisyys matkan varrella tankkaamiselle on suurempi. Toisaalta vetytankkaus on nopea, bensan tankkauksen aikaluokassa ja kertatankkauksella saa helposti 400-600 km kantaman. Tulevaisuuden tankkiteknologioilla ehkä paljon enemmänkin.

Vetytankkausasema on luonteeltaan erilainen kuin sähköauton latauspaikka. Isoilla tankkausasemilla vety tehtäneen paikan päällä, kunhan tuhtia sähköä (ja vettä) on saatavilla. Vedyn irrottaminen vedestä ja paineistaminen vaatii nykyisin ajokilometriä kohden noin kolminkertaisesti sähköä akkusähköautoon verrattuna.

Ajosuoritteen jakelussa Teslan isoimmat latauskentät vertautuvat isoon vetytankkausasemaan: Molemmilla on kyky antaa noin 5000-6000 ajokilometriä tankattuna tai ladattuna tunnissa. Eli vaikka yksittäinen vetytankkausasema on iso ja kallis, myös sen kyky tankata ajokilometrejä polttokennoautoihin on dekadin tehokkaampaa kuin yksittäisen pikalatauspaikan. Ja jos taas sähköauton pikalatauskenttä kasvatetaan kapasiteetiltaan vastaamaan vetytankkausasemaa, noussee sen kustannuskin samaan luokkaan.

Pienemmän tankkausaseman voi perustaa minne vain avoimeen tilaan, riippumatta sähköverkoista ja vedensaannista, koska tankkausasemat liikkuvat tarvittaessa rekan lavalla kontissa. Tällöin tankkausaseman toimituskyky olisi kuitenkin rajallinen ja täydennys tehtäisiin rekoilla.

Isolla vetytankkausasemalla vetyä on joka tapauksessa pakko varastoida matalapaineisena, mikä tekee jopa usemman vuorokauden puskuroinnin suhteellisen helpoksi. Vetyä voidaan tuottaa elektrolyysillä paljon silloin kun sähkö on halpaa tai vaikka viereisen aurinkopaneelikentän tuotanto on huipussaan, mikä kompensoi sähköautoa heikompaa hyötysuhdetta.

Vedyn puskurointi on kuitenkin nykyisillä tankkausasemilla rajallista. Ne pystyvät tankkaamaan parhaimmillaankin enintään muutaman kymmenen autoa päivässä. Toisaalta jos autot yleistyvät, suurenee tankkausasemienkin kapasiteettikin.

Vedyn tuotanto toimii hyvin yhteen vaihtelevan uusiutuvan sähköntuotannon kanssa. Vetyä tuotettaisiin tuulen ja auringonpaisteen mahdollistamana tankin toimiessa puskurina huonolle kelille. Isoa vetytankkia voitaisiin hyödyntää myös suoraan sähköntuotannossa, eli sähkövarastona. Maanjäristysherkässä Japanissa on esitetty ajatuksia tähän suuntaan: Polttokenno mahdollistaisi paikallisen sähkötuotannon luonnonvoimien tuhotessa siirtoverkkoa ja voimaloita.

Vety on kuitenkin bensaan verrattuna hankala varastoitava, sillä paineistettuna kaasuna se puskee hitaasti läpi säiliöistään. Ulkoilmassa pieni vetyvuoto ei ole ongelma, mutta sisätiloissa vetykaasu voi olla vaarallinen. Vedyn sekoittuessa sopivasti ilman happeen syntyy paloherkkä kaasu.

Käytännössä vetytankkausasemien sijoittaminen esimerkiksi parkkiluoliin ei nykytekniikalla onnistu ja kaupunkiympäristöissä lupamenettely ja suoja-alueet saattavat muodostua raskaiksi. Myös vetyautojen pysäköintiin parkkiluolissa saattaa tulla rajoituksia.

Sähköauton lataustolppien sijoittelu puolestaan on helppoa. Vaikka ne ovat matalatehoisia, ovat ne turvallisia, suhteellisen edullisia eivätkä vaadi juurikaan tilaa.

Ja jos sähköautojen pikalataus on kärsinyt lastentaudeista, niin on vetytankkauskin saanut osansa. Toyota joutui pysäyttämään Mirain myynnin Kaliforniassa tammikuussa, vetytankkausasemien ongelmien takia. Asiakkaat eivät esimerkiksi olleet saaneet vetytankkeja täyteen. Kokemukset vetytankkauksesta vaikkapa jäätävissä oloissa tai runsaslumisina talvina ovat ohuita. On syytä toivoa että tekniikka testataan ja standardisoidaan paremmin kuin sähköautojen latausjärjestelmät ennen käyttöönottoa.

Tästä letkusta tulee parhaimmillaan 700 baria vetyä. Myös 350 barin standardi on olemassa.

Tästä letkusta tulee parhaimmillaan 700 baria vetyä kaasuna. Myös 350 barin standardi on olemassa.

Markkinalle paljon päätettävää ja sulateltavaa

Viime kädessä asiakkaat eli markkina päättää teknologian menestyksen. Autoilijaa ei kiinnosta menovoiman hyötysuhde, eikä se onko teknologia sen takana kompleksia vai yksinkertaista. Kuskia kiinnostaa latauksen tai tankkauksen luotettavuus, vaivattomuus ja hinta. Vetytankkaus mahdollistaa aidosti puolen tuhannen kilometrin ajomatkan kertalaakista, sähköauton pikalataus on parhaimmillaan paljon lyhyemmällä latausvälillä.

Melkein kaikki sähköauton ajosuoritteet ladataan kuitenkin yön yli kotiparkkiksella tai päivällä töissä. Isompien ajoakkujen myötä tarve pikalataukselle vähenee, mikä voi johtaa nurinkurisesti tilanteeseen jossa sähköautojen määrän kasvu ei luokkaan vastaavalla voimalla kysyntää pikalataukselle. Kotona tehtävä melkein ilmainen lataus voi muodostua jarruksi kalliille pikalatauskenttäinvestoinneille, varsinkin jos halukkuus maksaa pikalatauksesta pysyy pienenä.

Vetyauto puolestaan on pakko mennä tankkaamaan, eli jos autoja tulee, tulee tankkausasemiakin. Tällöin kuski kuitenkin maksanee moninkertaisesti enemmän kilometrin menovoimasta kuin kotona lataava sähköautoilija.

Polttokennoautojen myynti ei lähivuosina näytä vahvalle. Euroopassa vain Hyundai ja Toyota ovat tuoneet vetyauton myyntiin. Mersu on kuitenkin julkistanut oman vety-sähkö -hybridinsä ja Volkswagen on esitellyt vetyautoa Audin brändin alla.

VTT on arvioinut, että noin 20 vetytankkausasemaa riittäisi Suomessa koko maahan, ja varmasti vähemmälläkin päästäisiin hyvin liikkeelle. Vetytuotteiden parissa vuosikymmenet liiketoimintaa tehnyt Woikoski arvelee, että Suomessa voitaisiin teollisyyden ylijäämävedylla laittaa 8000 polttokennoautoa liikkeelle.

Maanlaajuisen vetyinfrastruktuurin toteutuminen ei ole realismia lähivuosina, mutta EU-tasolla tunnutaan olevan tosissaan. Shell aikoo perustaa Saksaan jopa 400 tankkausaseman verkon vuoteen 2023 mennessä.

Lupaus polttokennoautoista on edelleen voimassa. Aikajänteet ovat kuitenkin kovin pitkiä.

Sähköauto on voittava teknologia – tällä hetkellä

Sähköautojen määrä tullee kasvamaan entistä jyrkemmässä kulmassa lähivuosina. Erityisesti Teslan Model 3:n suuri ennakkovarausmäärä indikoi tähän suuntaan. Latausinfrastruktuurin olisi pysyttävä perässä, jotta myös pitkille matkoille uskaltaa lähteä.

Vetyautojen osalta ostoryntäystä ei ole näkyvissä muutamaan vuoteen. Mutta entä myöhemmin? On mielenkiintoista nähdä miten vetyautojen tarjonta kehittyy, samalla kun akkusähköisten autojen valikoima tuntuu kasvavan ja hinnat laskevan.

Viisi kiloa vetyä vastaa energiakapasiteetiltaan viisisatakiloista litium-ioniakkua. Vetyä voidaan tehdä hajautetusti ja vähin päästöin ja sen muuntaminen sähköksi onnistuu ilman savua, meteliä tai pienhiukkasia kohtuullisella tai jopa hyvällä hyötysuhteella. Sen tankkaaminen kestää muutaman minuutin ja se toimii hyvin älykkäiden sähköverkkojen ja uusiutuvan sähköntuotannon kanssa. Tähän kiteytyy potentiaali miksi vetytekniikkaa ylipäätään kannattaa kehittää.

Suomalaisten autojen keski-ikä on reilut kymmenen vuotta. Kun tämä sykli on seuraavan kerran vierähtänyt, on teknologia taas kehittynyt niin sähköautoissa kuin polttokennoissakin. Tällä hetkellä täyssähköauto ja sen lataustekniikka vaikuttaa voittavalta teknologialta, mutta uskon vedyllä olevan käyttökohteensa. Vety, sen tuotanto vedestä ja muuntaminen takaisin sähköksi vaatii kuitenkin edelleen kehittämistä: Viisikiloisen vedyn varastointiin ja muuntamiseen sähköksi tarvitaan edellen monisatakiloiset säiliöt ja polttokennot. Polttokennoissa tarvitaan edelleen jonkin verran harvinaista platinaa ja melkoista materiaalitekniikkaa. 

Sähköautot vaativat oikeastaan vain halvempia akkuja – kehitystä joka on ollut jo viime vuosina hyvässä vauhdissa.

Teksti ja kuvat: Tuomas Sauliala

Haastattelin tätä juttua varten mm. Aalto-yliopiston sähkökemiallisen energiantuotannon ja varastoinnin professori Tanja Kalliota, kiitokset! Lisäksi kommentteja on kuultu suomalaisilta sähköautoalan ammattilaisilta.

8 Comments

  • Aleksi says:

    Mielenkiintoinen artikkeli. Odotan innolla tämän tekniikan edistymistä. Tulevaisuus on mielenkiintoinen tämän postauksen suhteen!

    • Tuomas Sauliala says:

      Kiitokset. Tulevaisuus tosiaan on mielenkiintoista seurattavaa. Nyt lähivuosina kannattaa ehkä odotella ensisijaisesti sähköautouutuuksia.

  • Naamiomies says:

    Jotta päästään samoille ajetuille kilometrimäärille akku ja vety autoilla niin elektrolyysillä tuotettu vety kuluttaa sähköä kolminkertaisen määrän.

    Vaikka pikalatausasemat varustettaisiin akuilla siten, että ne käytännössä tuplaisivat sähkön hinnan olisi niillä silti vielä huomattava hintaetu vetyyn nähden. Samalla vedyntuotannon etu puskurina uusiutuville supistuu olemattomaksi, akkujen toimiessa vastaavana puskurina.

    Vetysäiliöt ovat myös melko epäkiitollisen muotoisia pakattavaksi autoon jolloin auton tilankäyttö hankaloituu. Vetyautot myös vaativat kohtalaisen kokoiset akut, jotta hitaasti tehontarpeen muutokseen vastaavia polttokennoja saadaan puskuroitua riittävästi. Vetyauto on kuitenkin vain akkukäyttöinen sähköauto, jossa on oma kallis ja monimutkainen “laturi” mukana. Kondenssivesi mitä tulee polttokennoista on pieni riesa, mutta auto “pissii” parkkiin jätettynä moninkertaisesti alleen verrattuna ilmastointilaitteiden kondenssivesiin.

    VTT:n 20 aseman kokomaan kattavaa tankkausverkosto vasta olisikin mukava. Siinä sitten ihmetellään pitkissä jonoissa kuinka kätevää ja nopeaa on vedyn tankkaus kun sähköautoilijat lähtee aina liikkeelle täydellä tankilla. Sadan kilometrin päästä on varmaan kiva lähteä tankkaamaan vetyautoa.

    Ei nyky teknologialla näytä vetyautojen tulevaisuus ruusuiselta. Vaikka tänään tehtäisiin läpimurto tekniikassa ei mitään saataisinteille alle viiden vuoden, mahdollisesti ei alle kymmenen vuoden. Sähköautot ei tarvitse läpimurtoa enää, vain lisää valmistuskapasiteettia.

    • Tuomas Sauliala says:

      Hyviä pointteja. Sellaisen huomion kuitenkin teen, että sekä pikalatauksessa että vetytankkauksessa varsinaisen energian, sähkön, osuus kustannuksista on aika pieni. Nuo laitteet ovat kalliita ja niiden ylläpito ja 24/7 tuki ja huolto ovat merkittävin osa kustannuksista. Jos sähköautot kehittyvät akustoiltaan 150+ kWh mittaluokkaan, alkaa kaiken muun latauksen kuin kotilatauksen merkitys jäämään aika ohueksi.

  • Markus says:

    Kiitos. Erittäin hyvä artikkeli.

    Taitaa tulevaisuudessa olla edessä VHS – Betamax -kamppailu, jossa kuluttajan etu ei välttämättä ole lopputuloksen kannalta keskiössä.

    Suuret fosiilisten polttoaineiden kerryttämät pääomat eivät suostu luopumaan omasta hyvästä bisneksestään kovin helposti. (Alla linkki yhteen esimerkkiin.) Toki moni väittää, että käyvät lopun ajan taisteluja, mutta kun on paljon pääomaa, niin sillä pystyy, jos ei nyt sentään kääntämään kelloa taaksepäin, niin ainakin hidastamaan muutosta ja/tai ohjaamaan sitä paremmin omiin päämääriin.

    Positiivistä on, että Shell haluaa olla muutoksen eturintamassa. Vai onko niin, että heidän nykyinen bisneksensä tuottaa ylijäämävetyä? Ehkä osaat Tuomas kommentoida tähän.

    Esim: http://www.huffingtonpost.com/entry/koch-electric-vehicles_us_56c4d63ce4b0b40245c8cbf6

    • Tuomas Sauliala says:

      Jonkinlainen kamppailu voi kyllä olla edessä, mutta lähiaikoina sen osapuolet saattavat hyvinkin olla fossiiliset, bio-polttoaineet ja akkusähköiset laitteet. Vedyn aika on kuitenkin ehkä vasta 5-15 vuoden päästä.

      Toisaalta automarkkina on niin iso, että sinne mahtuu helposti eri käyttövoimia rinnakkain.

      Yksi tärkeä näkökulma on myös verottaja: Tällä hetkellä liikennepolttoaineet ovat valtiolle suuri tulonlähde, eikä valtiolla oikein ole varaa luopua siitä. Bio-polttoaineet ja vety olisi helpompia verottaa kuin töpselistä tuleva sähkö.

      Shellin vetylähteitä en itseasiassa tiedä. Audi on ainakin joissain lähteissä kertonut tekevänsä omat vetynsä elektrolyysillä uusiutuvilla sähköillä. Toisaalta Audi ei kuitenkaan myy vielä vetyautoja, ja on aika epäselvää alkaako Audi myymään autojen lisäksi myös vetyä…

Leave a Reply

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