Vaihtoehtoja tulevaisuuteen

Nykypäivän yhteiskunta vaatii toimivia ja tehokkaita kuljetuksia, jotka tapahtuvat useimmiten kuorma-auton turvin. Tehokkuuden lisäksi viime aikoina ovat korostuneet myös kuorma-autojen ja kuljetusten vihreät arvot, jotka lisäävät myös vaihtoehtoisten polttoaineiden kiinnostavuutta. Raakaöljyn ja dieselpolttoaineen jatkuva hinnannousu on sekin omiaan nopeuttamaan ennakkoluulottomien ratkaisujen kaupallistamista.

”Öljyntuotannon ja öljynkulutuksen välinen kuilu näyttää kasvavan lähivuosien aikana merkittävästi, mikä yhdessä lainsäätäjien toimien kanssa tekee vaihtoehtoisista polttoaineista entistä kiinnostavampia ja samalla myös taloudellisesti mielekkäämpiä”, summaa Volvolla vaihtoehtoisten polttoaineiden parissa työskentelevä Christina Eriksson.

Erikssonin mukaan autovalmistajien on tuotava markkinoille vaihtoehtoisten polttoaineiden turvin liikkuvia ajoneuvoja, joiden tulee olla myös energiatehokkaita.

”Kaikki polttoaine on käytettävä paitsi tehokkaasti, myös puhtaasti”, muistuttaa Eriksson, jonka mukaan näköpiirissä ei ole yhtä ylivertaista vaihtoehtoa. Dieselpolttoaineen kaveriksi ja korvaajaksi tarvitaan useita eri vaihtoehtoja, joiden turvin voidaan täyttää alati kasvavat kuljetustarpeet. Eri kuljetussegmentit vaativat erilaisia ratkaisuja, joista oikean löytäminen kaukoliikenteeseen lienee se kaikkein haastavin. Uusien polttoaineiden käyttöönottoa vaikeuttaa myös polttoaineen jakeluverkoston puutteellisuus tai puuttuminen. Volvo on päättänyt lyödä panoksensa kolmeen vaihtoehtoon, joista kaksi on jo päätynyt kaupallisille markkinoille. Kolmas, erittäin kiinnostava vaihtoehto sitä vastoin on edennyt kenttäkoevaiheeseen.

Hissuksiin hybridillä

Hektiseen kaupunkiliikenteeseen soveltuvan hybriditekniikan kehitystyö on edennyt verkkaisesti, joskin määrätietoisesti. Valmistaja toisensa jälkeen on jo useiden vuosien ajan tuonut messujen vetonauloiksi hybridejä, joilla voidaan saavuttaa huomattavia polttoainesäästöjä. Hybriditekniikan kaupallistaminen sitä vastoin on kaikille valmistajille uusi asia.

Volvo on valtavirrasta poiketen sovittanut hybriditekniikan hiukan raskaampaan, kokonaismassaltaan 18 tai 26 tonnin Volvo FE-malliin. Hybridiajokin voimalinjan perustana on seitsemänlitrainen dieselkone joko 300- tai 340 hevosvoimaisena vaihtoehtona. Dieselkoneen jatkeena on sähkömoottori, joka jarrutuksissa toimii myös energiaa taltioivana generaattorina. Taltioitu energia varastoidaan myöhempää käyttöä varten 600 voltin litium-ioni-akkuihin, jotka on suunniteltu nopeiden energialiikkeiden ehdoilla. Tavanomaisista FE-malleista poiketen hybridiajokissa käytetään Volvon omia komponentteja hyödyntävää I-Shift-vaihteistoa.

Ulkoisesti hybridi-FE eroaa dieselsydämellä varustetuista sisaruksista lähinnä akselivälin täyttymisellä muun muassa painoltaan 200 kilon akkupaketilla.

Hybridiajokki herätetään henkiin normaaliin tapaan virta-avaimella, jonka kääntäminen käynnistää dieselvoimalan. Vaihteistosta käännetään esiin D-asento, käsijarru ylös ja kaasua. Hybriditekniikan ominaisuudet nousevat esiin hillittäessä vauhtia moottorijarrulla. Vauhdin hidastamisen tulisi tapahtua yksinomaan moottorijarrulla energian talteenoton vuoksi. Pyöräjarruja käytettäessä energia häviää taivaan tuuliin, jolloin hybriditekniikasta ei ole etua.

Pysähdyttäessä stop&go-järjestelmä sammuttaa dieselmoottorin ja liikkeelle lähdetään yksinomaan akkujen ja sähkömoottorin turvin. Akkujen varaustilan laskiessa järjestelmä käynnistää jälleen dieselvoimalan. Diesel- ja sähkömoottorin yhteensovittaminen on vaatinut mittavan määrän kehitystyötä sekä huomattavan määrän tietotekniikkaa. Pikaisen koeajon perusteella tekniikka tuntuu kuitenkin varsin valmiilta, sillä eri voimanlähteiden kytkennät tapahtuvat hyvin huomaamattomasti.

Yksi hybridin monista eduista on mahdollisuus ajaa sähkömoottorin turvin jopa kilometrin mittainen taival. Tämä on huomattava etu liikuttaessa kaupunkien keskustoissa, parkkihalleissa tai muissa sisätiloissa. Sähkökäyttöön liittyy kuitenkin merkittäjä uhka; Sähkökäyttöisenä ajokki on täysin äänetön, mikä saattaa yllättää esimerkiksi jalankulkijan.

Pienen dieselvoimalan tehoa voidaan tarvittaessa kasvattaa ottamalla avuksi sähkömoottorin 120 kW:n kapasiteetti. Tämä pakkosyöttö kytketään käyttöön kojelaudasta löytyvällä kytkimellä.

Volvon edustajien mukaan hybriditekniikan avulla voidaan saavuttaa jopa 30 prosentin säästö polttoaineen kulutuksessa. Tämä tosin edellyttää uuden ajotavan opettelua, sillä jarrutusenergian talteenotto on ensiarvoisen tärkeä seikka säästöpotentiaalin ulosmittaamisessa. Ajotavan kriittisyyden vuoksi hybridiajokin hankintaan kuuluu aina myös kuljettajakoulutus.

Reilusti metaania, tilkka dieseliä

Kokonaan uudenlaista ajattelutapaa taasen edustaa Volvon metaanidieselkuorma-auto, joka perinteisistä kaasuajokeista poiketen täyttää myös kaukoliikenteen vaatimukset toimintasäteen suhteen. Polttoaineenaan nesteytettyä kaasua ja dieselöljyä käyttävän moottorin hyötysuhde on reilun kolmanneksen perinteisiä kaasumoottoreita korkeampi. Metaanidieselmoottorissa noin 75 prosenttia dieselpolttoaineesta voidaan korvata nesteytetyllä kaasulla.

”Perinteisesti kaasumoottorit noudattavat ottomoottorin toimintaperiaatetta sytytystulppineen. Metaanidieselmoottorissa hyödynnetään kuitenkin dieselmoottorin toimintaperiaatetta, minkä vuoksi sen hyötysuhde on erittäin hyvä. Metaanidieselmoottorin polttoainetalous on noin neljänneksen vastaavaa ottomoottoria parempi”, vakuuttaa moottoreiden strategia- ja suunnittelupäällikkö Matz Franzen valottaen samalla kaasun ja dieselpolttoaineen käyttäytymistä palotilassa.

”Moottorin palotilaan sumutettu, kasaan puristettu kaasun ja ilman seos syttyy suihkuttamalla sekaan pieni määrä dieselpolttoainetta”, selventää Franzen, jonka mukaan moottori toimii täysin normaalisti myös pelkällä dieselpolttoaineella.

Franzenin mukaan nesteytettyyn metaaniin päädyttiin paljolti sen yleisyyden ja energiatehokkuuden vuoksi.

”Meillä on edelleen huomattavia, hyödyntämättömiä maakaasuvarantoja, joiden lisäksi biokaasun tuotantomäärät ovat jatkuvasti kasvussa. Nesteytetyn metaanin, eli LNG:n energiasisältö on lähes kaksinkertainen paineistettuun maakaasuun verrattuna, mikä tekee polttoaineen jakelusta ja varastoinnista tehokasta”, summaa Franzen.

Metaanin nesteyttämisestä johtuen polttoaineen lämpötila tankissa on -130 ja -140 celsiusasteen tienoilla. Yksi litra nesteytettyä metaania turpoaa 630 litraksi metaania lämpötilan kohotessa 20 celsiusasteeseen. Normaalisti säiliöpaine pysyttelee 5-8 barin tuntumassa, mutta lämpötilan kohotessa paine kasvaa kaasun laajentumisen myötä. Säiliön varaventtiili laskee kaasua paineen kohottua 16 barin tasolle.

Franzenin mukaan maakaasun käytöllä ajokin synnyttämien hiilidioksidipäästöjen määrää voidaan pudottaa 10 prosentilla. Käytettäessä polttoaineena jätteistä valmistettua biokaasua putoavat hiilidioksidipäästöt jopa 70 prosentilla verrattuna dieselpolttoaineen käyttöön.

Metaanidieselmoottorin kaupallinen tuotanto aloitetaan elokuussa rajallisen markkina-alueen tarpeisiin. Muiden vaihtoehtoisten polttoaineiden tavoin myös nesteytetyn kaasun tankkaaminen on suppeasta jakeluverkostosta johtuen vaikeaa. Suomessa myytävä paineistettu maakaasu ei sovellu käytettäväksi ajoneuvossa, joka vaatii nesteytettyä maakaasua. Gasumin mukaan nesteytetyn maakaasun jakelu voidaan aloittaa Suomessa nopealla aikataululla, koska LNG-verkoston rakentaminen on helpompaa kuin paineistetun CNG-verkoston rakentaminen.

Franzenin mukaan 13 litran metaanidieselmoottori tarjoaa kuljettajalle 460 eteenpäin vievää hevosvoimaa ja 2300 Nm:ä vääntävää voimaa. Moottorin ominaisuudet eroavat dieselserkustaan varsin vähän, sillä metaanidieselkoneessa on täysi rähinä jo 1100 r/min jälkeen. Dieselkoneen täysi vääntömomentti sen sijaan on käytettävissä jo koneen pyörähtäessä 1000 r/min, eli ero on huomattavan pieni.

Göteborgin laitamilla ajetun lyhyehkön pikataipaleen perusteella LNG:n ja dieselpolttoaineen liitolle voisi uumoilla lupaavia tulevaisuuden näkymiä. Ero perinteiseen energialähteeseen on hyvin olematon ja luultavasti useimmat meistä huomaisivat polttoaineiden yhteistyön vasta tankkaushetkellä. Metaanidieselmoottorin edut ympäristön kannalta ovat huomattavat, mutta kuinka paljon kuljetusyrittäjät asiakkaineen ovat valmiita maksamaan vihreämmästä kalustosta?

Eliksiiriä metsästä

Volvo on tutkinut DME:n eli dimetyylieetterin soveltuvuutta raskaiden kuorma-autojen polttoaineeksi jo 1990-luvun puolivälistä alkaen. Muun muassa hiilestä tai biomassasta valmistettava DME on myrkytön kaasu, joka nesteytyy jo hyvin alhaisessa paineessa. DME:n käytöllä voidaan alentaa ajoneuvon hiilidioksidipäästöjä jopa 95 prosentilla dieselpolttoaineeseen verrattuna.

”Partikkelipäästöt katoavat kokonaan ja typenoksidipäästötkin putoavat huomattavasti”, lupaa Per Salomonsson Volvolta. Salomonsson uskoo kenttäkoevaiheessa olevan DME:n nousevan lähivuosina varteenotettavaksi polttoaineeksi varsinkin kaukoliikenteessä.

”Moottoriin tehtävät muutokset ovat hyvin maltillisia, joten tarvittava tekniikka on jo olemassa. Peruslähtökohtana on Euro 4-tason 13-litrainen, 440 hevosvoiman EGR-voimala. Puhtaan polttoaineen ansiosta meillä ei ole nokiongelma, minkä vuoksi EGR-teknologian käyttö on perusteltua”, selventää Salomonsson, jonka mukaan DME-koneet täyttävät vaivatta Euro 5-normin myös ilman ureaa ja partikkelisuodatinta.

Uuden polttoaineen vuoksi koko polttoainejärjestelmä suuttimineen on suunniteltu uudelleen. DME:n energiasisältö on dieselpolttoainetta alhaisempi, minkä vuoksi polttoaineputket sekä polttoaineenkulutus ovat jonkin verran suurempia kuin vastaavassa dieselajokissa.

Salomonssonin mukaan DME:n avulla voitaisiin lähivuosien aikana korvata jopa puolet nykyisin käytettävästä dieselpolttoaineesta. Tämä tosin edellyttäisi DME-tuotannon moninkertaistamista, jakeluverkoston laajentamista sekä erittäin nopeaa viranomaistyöskentelyä. Liikenteessä olevaa kymmentä DME-kenttäkoeautoa voi tällä hetkellä tankata Piteån ja Tukholman lisäksi myös Jönköpingissä ja Göteborgissa.

Ari Perttilä