Päästötön polttokennoauto kulkee vedyllä

14.1.2015

Woikoski hankki Suomen ensimmäisen polttokennoauton vuosi sitten. Yhtiön toimitusjohtaja Kalevi Korjalan mukaan autossa on sen päästöttömyyden, äänettömyyden ja suorituskyvyn lisäksi lukuisia muitakin hyviä puolia. ”Se on kyllä todellinen tulevaisuuden ajoneuvo”. (kuva Mikko Arvinen)Tulevaisuudessa liikenteen on oltava vähähiilistä tai hiilineutraalia, ja autoteollisuus panostaakin yhä ympäristöystävällisempiin ajoneuvoihin. Varteenotettavan vaihtoehdon polttomoottoriautoille tarjoavat vetyautot, jotka alkavat vihdoin löytää tiensä suurille markkinoille.

Polttokennoautojen potentiaalia tieliikennekäyttöön alettiin tutkia jo vuosikymmeniä sitten, mutta tuolloin tekniikka ei ollut tarpeeksi kehittynyttä käytännön ajoneuvojen toteuttamiseksi. Polttokennoautot jäivät osin unholaan, ja viimeisen vuosikymmenen ajan valokeilassa ovat olleet täyssähköautot. Sähköautojen haasteina ovat kuitenkin edelleen niiden lyhyt toimintasäde ja pitkät latausajat. Polttokennoautoilla näitä ongelmia ei ole, ja teknologia on jo niin valmista, että useat autovalmistajat ovat aloittamassa polttokennoautojen sarjatuotannon.

Polttokennoauto kulkee sähköauton tavoin sähkömoottorilla, mutta tarvittava sähköenergia tuotetaan ajon aikana vedystä. 700 baariin paineistettu vety tankataan auton vetysäiliöön, ja auton polttokennojärjestelmä tuottaa moottorin tarvitseman sähkön hapen ja vedyn välisessä sähkökemiallisessa reaktiossa. Polttokennojärjestelmä koostuu useista polttokennoista, joista kukin tuottaa noin yhden voltin jännitteen, sekä reaktanttien virtauksesta ja kennoston jäähdytyksestävastaavista oheisjärjestelmistä. Reaktion sivutuotteena syntyy pakokaasujen sijaan vain vesihöyryä, joten polttokennoauto on paikallisesti päästötön.

Yksinään polttokennojärjestelmä ei riitä vastaamaan äkilliseen tehontarpeeseen kiihdytyksissä, kun moottori tarvitsee hetkellisesti enemmän tehoa kuin polttokennosto tuottaa, joten autoissa käytetään energiavarastoina akkuja ja superkondensaattoreita. Jarrutusenergian lisäksi akkuihin varastoidaan polttokennoston tuottamaa sähköenergiaa silloin, kun moottori tarvitsee vähemmän tehoa. Tällaisessa hybridikäytössä polttokennot ja sähköinen energiavarasto täydentävät toisiaan, jolloin hyödynnetään kummankin energianlähteen hyvät puolet, ja saavutetaan sekä pitkä toimintasäde että erinomainen suorituskyky.

Pitkä toimintasäde ja nopea tankkaus

Vedyn käyttö polttoaineena voi tulevaisuudessa vähentää liikenteen öljyriippuvuutta ja pienentää hiilidioksidipäästöjä merkittävästi. Koska polttokennoautot eivät tuota liikenteessä päästöjä, niiden ympäristövaikutukset riippuvat pitkälti vain polttoaineena käytetyn vedyn tuotantotavasta. Vetyä voidaan tuottaa muun muassa biokaasusta, maakaasusta tai vedestä, ja lisäksi kemianteollisuuden ylijäämävetyä on mahdollista hyödyntää polttoaineena.

Polttokennoauto on kilpailukykyinen vaihtoehto polttomoottoriautolle, sillä polttokennoilla voidaan saavuttaa jopa 60–70 prosentin hyötysuhde. Polttomoottorien hyötysuhteet sen sijaan yltävät parhaimmillaan noin 50 prosenttiin. Polttokennoauto on päästöttömyytensä lisäksi äänetön ja tehokas, ja tankkaaminenkin onnistuu muutamassa minuutissa, mikä puolestaan on pitkän toimintasäteen lisäksi polttokennoauton suurimpia hyötyjä täyssähköautoon nähden.

Hyundain vetyauton tankkiin mahtuu 144 litraa 700 baariin paineistettua vetyä. (kuva Mikko Arvinen)Suomessa on toistaiseksi yksi rekisteröity polttokennoauto, jonka omistaa kaasuyhtiö Woikoski Oy. Woikoski avasi marraskuussa Kokkolaan uuden vetytehtaan, jossa tuotetaan polttoainekäyttöönkin sopivaa vetyä vedestä elektrolyysillä. Hyundai ix35 Fuel Cell -polttokennoauto on ollut Woikosken käytössä reilun vuoden ajan. Toimitusjohtaja Kalevi Korjalan mukaan kokemukset ovat olleet erittäin hyvät.

– Ihan loistava auto ajaa! Kiihtyy todella hyvin, eikä oikeastaan huomaa mitään sellaista isoa eroa verrattuna polttomoottoriautoon. Ajomatkakin on 600 kilometriä yhdellä tankkauksella, Korjala kehuu.

Polttokennoautot sopivat myös Suomen oloihin, sillä ne toimivat moitteettomasti pakkasessa. Lisäksi auto on talvellakin lämmin, koska polttokennot tuottavat lämpöä, eikä lämmitysenergiaa siten tarvitse ottaa akuista.

Vetyautot markkinoille 2015

Korjalan mukaan Suomessa syntyy vuosittain 1 500 tonnia ylijäämävetyä, joka voitaisiin heti ottaa käyttöön liikenteen polttoaineena. Jo tämä määrä vetyä riittäisi tuhansille autoille. Vedyn saatavuus on hyvä, mutta vetyautojen yleistymistä rajoittaa eniten vedyn jakelu- ja tankkausasemaverkoston kehittymättömyys.

– Itse polttoainetta eli vetyä on suhteellisen hyvin saatavilla, mutta suurimpana haasteena on infran rakentaminen eli tankkausasemat. Lisäksi autojen pitäisi päästä kunnolla sarjatuotantoon, jolloin saataisiin hinnat alas. Ensimmäiset sarjat ovat aina kalliita, kertoo Korjala.

Polttokennot ovat hintavia myös polttokennoissa katalyyttinä käytettävän platinan takia. Kustannukset kuitenkin laskevat jatkuvasti teknologian kehittyessä ja autojen valmistusmäärien kasvaessa.

– Hinnoissa ollaan nyt tulossa tasolle 50–70tuhatta euroa, joten hyvin oletettavasti muutaman vuoden päästä ollaan autojen hinnoissa tasolla 30–50 tuhatta, Korjala arvioi.

Tällä hetkellä Suomessa on kaksi vedyntankkausasemaa, joista toinen sijaitsee Voikoskella ja toinen Helsingin Vuosaaressa. Woikoski Oy on ilmoittanut avaavansa kolmannen vetyaseman Etelä-Suomeen vuonna 2015. Maailmassa vetyasemia on tällä hetkellä muutamia satoja, mutta määrä on kasvussa, sillä vetyautojen massavalmistus on alkamassa, ja autot tulevat pian kuluttajienkin saataville.

Monet suuret valmistajat, kuten Toyota ja Honda, ovat tuomassa omat vetyautomallinsa markkinoille jo vuoden 2015 aikana.