Energiatehokkuuden parantaminen ratkaisee ongelmia

Nyt neljä kuukautta sähköautoilleena olen voinut käytännössä todeta, kuinka energiatehokasta sähköautoilu on verrattuna muihin tarjolla oleviin vaihtoehtoihin. Tämä tehokkuus näkyy tietenkin myös kustannuksissa ja monet ovatkin mahdollisuuksien mukaan siirtyneet sähköautoiluun alentaakseen liikkumisen kustannuksiaan.

Kesäkuun alussa teimme koko nelihenkisen perheen voimalla matkan pääkaupunkiseudulle, noin 150 kilometriä suuntaansa. Menomatkan ajoimme pienempää tietä, jossa oli enimmäkseen 80 km/h nopeusrajoitus, mutta paluumatkan ajoimme moottoritietä Hämeenlinnaan saakka pääosin vakionopeussäädin asetettuna nopeuteen 120 km/h. Auton nopeusmittarin mukaan tosin, joka näyttää noin 5 km/h liikaa, mutta todellinenkin nopeus oli koko ajan yli 110 km/h. Koko retken keskikulutus akusta oli auton ilmoituksen mukaan 13 kWh / 100 km eli 300 km matkalla kului noin 40 kWh. Kun bensiinin energiasisältö on noin 9 kWh litraa kohden, niin tuo lukema vastaisi noin 4,5 bensiinilitran sisältämää energiamäärää, jos se kaikki pystyttäisiin muuttamaan autoa eteenpäin liikuttavaksi työksi. Mutta tällaista tekniikkaa ei ole keksitty ja hyvänä vertailukohtana toimiikin kooltaan ja tiloiltaan vastaava edellinen autoni, joka oli polttoainetaloudellisuus päätavoitteena suunniteltu hybridi, jolla tuli muutaman kerran ajettua täsmälleen sama reitti. Se kulutti tuolla matkalla bensiiniä noin 14 litraa. Koska sähköautossani on keskimääräistä pienempi akku, niin matkalla tarvittiin välilataus, minkä oli suunniteltu kestävän noin 20 minuuttia, mutta koska laturilla oli samaan aikaan toinenkin auto, niin käytettävissä oli vain 40 kW maksimiteho, minkä vuoksi pysähdys venyi 30 minuuttiin. Samalla tuli tosin piipahdettua latauspisteen viereisessä kaupassa. Muilta osin matkat sujuivat samalla tavalla molemmilla autoilla.

Energiatehokkuusero näkyy tietenkin myös kustannuksissa. Sähköautoa pikaladattiin lähes 19 kWh:n edestä hintaan hieman alle 5 euroa. Loput 21 kWh tuli kotilatauksessa, jossa 0,15 euron kWh-hinnalla noin 10% lataushäviö päälle laskien kustannusta tuli noin 3,5 euroa. Sähköautolla matka maksoi siis yhteensä hieman alle 9 euroa, hybridillä olisi maksanut bensiinin hinnalla 2,2 euroa litralta noin 30 euroa. Autojen muut kulut kuten verot, vakuutukset ja rengaskulut ovat käytännössä samat. Tuo hybridini oli itse asiassa lataushybridi, mutta hyvin mieto sellainen, sillä akullisella pääsi omissa ajoissani vain noin 12 kilometriä. Teknisten tietojen mukaan siinä oli 4,4 kWh akku, mutta en tiedä tarkalleen paljonko akun kapasiteetista oikeasti oli käytettävissä. Yksi tyypillinen ajomatkani suuntautuu kotoa noin 18 kilometrin päähän ja takaisin ja hybridillä ajoin sähköllä yleensä alkumatkan parin kilometrin ylämäen ja paluumatkan viimeiset 10 kilometriä. Sähköautoni kuluttaa koko tuolla matkalla, meno ja paluu =36 km, akusta noin 5 kWh, joten melkoisesti parempi energiatehokkuus siinä on kuin hybridin sähköajossa. Muutenkin tuossa hybridissä korostettiin sitä, että kuinka paljon bensiiniä sähköajolla on säästynyt, mutta ei sitä, että paljonko sähköä kului. Vuosimallieroa noilla autoilla on noin 8 vuotta, missä ajassa saavutettu yli kolminkertainen parannus energiatehokkuuteen on mielestäni aika hyvä saavutus.

Valitettavasti energiatehokkuutta ei yleensä tuoda esiin ja esimerkiksi sähköautojen kohdalla korostetaan enemmän vähäisiä päästöjä. Hyvä energiatehokkuus vähentää tietenkin myös päästöjä. Itse asiassa historiaa tarkastellessa huomaa, että hyvä energiatehokkuus on hyvin harvoin ollut keskeinen tekijä niissä päätöksissä, joita on tehty. Opiskellessani 1980-luvun lopulla autojen tuottamien päästöjen alentamiseen liittyvät ratkaisut olivat paljon esillä ja vaikutti siltä, että kolmitoimikatalysaattorista oli tulossa voittava ratkaisu. Hyvin vähän puhuttiin kuitenkin siitä, että toimiakseen oikein katalysaattori vaati riittävän rikkaan polttoaineseoksen, mikä tarkoitti sitä, että polttoainetta täytyi polttaa enemmän kuin kilpailevalla laihaseostekniikalla, jossa päästöjen vähentäminen perustui siihen, että sama teho pystyttiin tuottamaan polttamalla vähemmän polttoainetta ja synnyttämällä siten myös vähemmän päästöjä. Lisäksi katalysaattoriratkaisu edellytti sitä, että polttoaine-ilma-seos pysyi tarkasti samana kaikissa käyttötilanteissa, mikä käytännössä edellytti sitä, että perinteisesti käytetyt kaasuttimet täytyi korvata polttoaineenruiskutuslaitteistoilla. Tuolloinen professorimme Antti Saarialho totesikin, että äänekkäimmät katalysaattoritekniikan puolesta puhujat olivatkin polttoaineenruiskutuslaitteistojen valmistajat, jotka yrittivät kaikin keinoin vaikuttaa päätöksentekijöihin saadakseen juuri katalysaattoritekniikan kirjoitettua autojen päästöjä käsitteleviin lakeihin ja säädöksiin.

Toinen esimerkki siitä, kuinka aivan muut asiat kuin hyvä energiatehokkuus olivat keskeinen tekijä päätöksissä, on se, mitä tapahtui Kaliforniassa 2000-luvun alussa, kun General Motorsin EV1-sähköautot kerättiin pois käyttäjiltä ja murskattiin. EV1 oli pieni ja kevyt kaksipaikkainen kaupunkiauto, joka riitti monien tarpeisiin ja josta asiakkaat pitivät paljon. Tilalle tarjottiin vetykäyttöisiä autoja, jotka tekniikan vaatiman tilan vuoksi olivat suurikokoisia maastureita. Lisäksi vetytekniikan energiatehokkuus on vielä polttomoottoriakin huonompi, mutta toki vetyautot ovat paikallisesti päästöttömiä kuten sähköautotkin. Muutenkin tuon jälkeen autotehtaat alkoivat tuoda markkinoille korkeampia ja suurempia “katumaastureita”, jotka ovat edelleen myydyimpiä malleja, vaikka kuluttavatkin enemmän kuin aiemmin suosiossa olleet pienikokoisemmat autot. Näitä tapahtumia ja niiden taustoja on kuvattu kattavasti dokumentissa “Who Killed The Electric Car” ( www.youtube.com/watch?v=GJ9e0okuEpY ).

Tuon dokumentin alussa käsitellään lyhyesti myös sitä, että 1900-luvun alussa oli paljon sähköautoja. Tämä oli tilanne lähinnä New Yorkissa, jossa oli noin 15000 sähköautoa, sillä ensimmäinen laajemmin yleistynyt sähkön käytännön sovellutus, Edisonin hehkulamppu, otettiin käyttöön ensimmäisenä juuri New Yorkissa. Edison sai monia kilpailijoita, jotka kopioivat hänen ratkaisunsa ja siten New Yorkiin syntyi kattava sähköverkko, jossa sähköautoja oli mahdollista ladata. Parinkymmenen vuoden aikana sähköautot kuitenkin hävisivät katukuvasta lähes tyystin ja polttomoottoriautot valtasivat markkinat, kuten hyvin tiedämme. YouTube -dokumentissa https://www.youtube.com/watch?v=zdqw1wCMz4I todetaan yhdeksi keskeiseksi syyksi tähän se, että “ei onnistuttu rakentamaan sähköautojen tarvitsemaa latausverkostoa”. Onnistuttiin kyllä rakentamaan polttomoottoriautojen tarvitsema polttoaineenjakeluverkosto, joten kysymys oli lähinnä siitä, mihin haluttiin panostaa. Sähköautoihin olisi voitu haluttaessa kehittää vakiomallinen akku ja vaihtoasemat, joissa tyhjä akku olisi voitu vaihtaa valmiiksi ladattuun matkan päällä. Sähköauto oli looginen tekniikan kehityksen tuote 1800-luvun lopulla, sillä sekä lyijyakkuja että sähköautokäyttöön riittävän tehokkaita moottoreita oli alkanut tulla saataville 1870-luvulla. Monet autoilun alkuaikojen ennätykset tehtiinkin sähköautoilla, kuten 100 km/h nopeuden ylitys vuonna 1899 ( https://en.wikipedia.org/wiki/La_Jamais_Contente ). 1900-luvun alun sähköautot olivat kuitenkin enimmäkseen “liikkuvia puhelinkoppeja”, joiden noin 30 km/h huippunopeus oli riittävä New Yorkin päällystämättömillä kaduilla. Eivät ne ehkä olleet niin energiatehokkaita kuin nykyajan sähköautot, mutta eivät kovin paljon huonompiakaan. Sähköteknisesti samanlaista sarjamoottoria käytettiin myös Elcat Cityvan -sähköpakettiautossa, joka käytettävissäni olevan mittaustiedon mukaan kulutti 41 km/h keskinopeuden taajama-ajossa akusta noin 18 kWh / 100 km, eli noin kahden bensiinilitran sisältämän energiamäärän. Maksiminopeutta hitaammin ajettaessa 1900-luvun alun autoissa tehoa hukkui moottorin säätölaitteistossa enemmän lämmöksi, mutta melko turvallisesti voitaneen olettaa, että tuolloinkin 100 kilometrin ajoon riitti noin 20 kWh akkusähköä. Toki polttomoottoriautotkin olivat tuolloin kevyitä ja kuluttivat siten vähän, mutta voitaneen todeta, että paras mahdollinen energiatehokkuus ei ollut se kriteeri, jonka vuoksi polttomoottoriautot asetettiin tuolloin sähköautojen edelle.

1900-luvun alussa suuri osa autoista oli myös höyrykäyttöisiä, mikä myös oli looginen jatkumo sille, kuinka höyryvoima ja höyrykone olivat olleet teollistumisen ja kaupungistumisen vetureita aina 1700-luvun lopulta lähtien. Ensimmäinen laajemmin yleistynyt höyryn sovellus oli vuonna 1712 esitelty Thomas Newcomenin höyrypumppu, joka oli kehitetty ratkaisemaan hiilikaivosten vesiongelma. Hiiltä oli käytetty esimerkiksi asuntojen lämmitykseen jo pitkään ja kulutuksen lisääntyessä hiiltä alettiin louhia yhä syvemmältä. Syviin kaivoksiin kertyi vettä, jonka poistamiseen etsittiin sopivaa ratkaisua. Newcomenin höyrypumppu oli tällainen, sillä se tarvitsi toimiakseen vain hiiltä ja vettä, joita kaivoksilla tietenkin oli helposti saatavilla. Newcomenin höyrypumppu ratkaisi vesiongelman ja sai tehdä sitä rauhassa noin 50 vuotta, kunnes mekaanikko James Watt sai tehtäväkseen kunnostaa Glasgow’n yliopiston Newcomenin höyrykoneen. Watt perehtyi tarkemmin laitteen toimintaan ja havaitsi, että suuri osa höyryn energiasta kului siinä itse asiassa ympäröivän ilman lämmittämiseen eikä vettä pumppaavan männän liikuttamiseen. Syynä oli se, että laitteessa oli vain yksi sylinteri, joka jaksoittain lämpeni ja jäähtyi. Watt ideoi laitteeseen erillisen lauhduttimen, jonne käytetty höyry johdettiin sylinteristä jäähtymään ja tiivistymään uudelleen vedeksi. Näin menetellen sylinteri voi olla koko ajan lämmin, mikä paransi laitteen energiatehokkuutta paljon. Niin paljon, että hiilen kulutus pieneni niin paljon, että tuli mahdolliseksi asentaa höyrykone esimerkiksi laivaan ja ottaa sille hiiltä mukaan polttoaineeksi ja silti mukaan mahtui vielä reilusti lastia. Materiaalien kehittyessä voitiin alkaa käyttää suurempia höyrynpaineita, mikä paransi energiatehokkuutta edelleen. Syntyi rautatiet ja höyrykone mahdollisti teollisuuslaitosten sijoittamisen kulkuyhteyksien kannalta sopiviin paikkoihin, kun aiemmin ne oli täytynyt sijoittaa virtaavan veden lähistölle, koska se toimi niiden käyttövoimana. Höyrykoneesta tuli näin teollistumisen veturi.

Teollisuuslaitosten lisääntyminen loi tarvetta työvoimalle ja ihmisiä alkoi siirtyä maaseudulta tehtaiden oheen syntyneisiin asutuskeskuksiin. Asuntojenkin lämmitykseen tarvittiin hiiltä ja kun höyrykoneetkin tarvitsivat sitä yhä enemmän, niin hiilikauppiaista tuli hyvin vaikutusvaltaisia yhteiskunnallisia pelureita. Raha alkoi ottaa yhä suurempaa roolia myös aiemmin maaseudulla omavarais- ja vaihdantataloudessa eläneiden ihmisten elämässä, kun he saivat nyt tehdastyöstä palkkaa ja toisaalta täytyi ostaa hiiltä asunnon lämmitykseen. Vähitellen ongelmaksi alkoi muodostua se, että rahaa “paloi savuna ilmaan”, kun sillä hankittu hiili muuttui palaessaan lämmöksi. Perinteisesti raha oli ollut vaihdon väline ja sen arvo perustui fyysisiin vastineisiin. Hiilikaupan laajenemisen myötä tämä alkoi muodostua ongelmaksi. Jouluaaton aattona vuonna 1913 Yhdysvalloissa asetettiin voimaan laki keskuspankki Federal Reserven perustamisesta, minkä myötä se määritti jatkossa US-dollarin arvon eikä se enää perustunut fyysisiin vastineisiin. Tuo päivämäärä on sinänsä mielenkiintoinen, että näin tärkeä päätös tehtiin aikana, jolloin monet kauempana asuvat edustajat olivat luultavasti jo joululomamatkalla.

1800-luvulle tultaessa kuvaan tuli mukaan uusi tekijä. Sähkön tutkimus oli päässyt vauhtiin Alessandro Voltan keksittyä pariston vuonna 1800. Paristo mahdollisti sähkön systemaattisen tutkimuksen, kun sähköä oli aiemmin havaittu vain hetkellisinä ilmiöinä, joiden tutkiminen oli hankalaa. Valokaarivalaistus oli yksi ensimmäisistä sähkön käytännön sovelluksista, mutta turvallisuuteen ja paristojen käytettävyyteen liittyvät haasteet estivät sen yleistymistä. 1820-luvulla havaittiin sähkön ja magnetismin välinen yhteys ja johtimen avulla pitkänkin matkan päästä ohjattavissa oleva sähkömagneetti muodosti lennättimen, joka mahdollisti morse-koodattujen viestien lähettämisen. Lennätin nopeutti tiedonkulkua ja tarjosi aivan uusia mahdollisuuksia viestien välittämiseen. Paristo riitti lennättimen käyttämiseen ja lennättimestä tulikin ensimmäinen laajemmin yleistynyt sähkön sovellus. Sitä tutki ja kehitti myös Thomas Edison, joka kuitenkin etsi laajempia markkinoita ja jotain “joka kodin” sovellutusta, koska lennätin ei sellainen ollut. Sisäkäyttöön soveltuva sähkövalo olisi ollut juuri tuollainen. Valokaarivalo ei kuitenkaan soveltunut sisäkäyttöön ja Edison ja monet muutkin keskittyivät tutkimaan muita ratkaisuja. Sähkön avulla hehkuva lanka ja sen tuottama valo olivat mahdollinen ratkaisu, mutta ongelmana oli hehkulangan lyhyt kestoikä. Edison tutki kokeellisesti erilaisia ratkaisutapoja ja onnistui lopulta löytämään riittävän kestävän rakenteen. Edison patentoi hehkulamppunsa vuonna 1880 ja alkoi sitten suunnitella sen kaupallistamista.

Paristo ei kuitenkaan riittänyt hehkulampun käyttämiseen, joten Edisonin oli keksittävä jokin toisenlainen ratkaisu. Edisonin ratkaisu oli rakentaa lennätinlaitteissa käytettyjen kelojen mallisia keloja hyödyntävä generaattori ja kytkeä kaikki lähialueen hehkulamput sen napoihin. Generaattoria pyöritti hiilikäyttöinen höyrykone. Lennätin oli aikanaan uusi keksintö, joka mahdollisti täysin uudenlaisen viestintätavan, mutta Edisonin hehkulamppu kilpaili New Yorkissa jo olemassa olleen ratkaisun kanssa syrjäyttäen sitä. Tuo ratkaisu oli kaasuvalo. Hiilen suoran polttamisen sijaan kaupungeissa oli alettu käyttää ratkaisua, jossa hiilestä tehtiin kaasua samaan tapaan kuin täällä Suomessakin tehtiin sota-aikaan puusta kaasua polttomoottoreissa poltettavaksi. Hiilikaasu jaeltiin asuntoihin tarkoitusta varten rakennettuja putkistoja pitkin. Asunnoissa oli virtausmittarit, joiden avulla mitattiin käytetyn kaasun määrää laskutuksen perusteeksi. Kaasua voitiin polttaa lämmittimissä, liesissä ja valaisimissa ja se paloi melko puhtaasti, sillä enimmät epäpuhtaudet oli poistettu siitä jo kaasutusvaiheessa. Voidakseen myydä hehkulamppujaan Edisonin täytyi saada maanomistajat ja kaasunmyyjät puolelleen tukemaan hänen järjestelmäänsä. Se onnistuikin, kun Edison kehitti menetelmiä mitata “sähkön” kulutusta samaan tapaan kuin kaasun kulutusta mitattiin. Edisonin järjestelmä ei siis lopulta poikennut kovin paljon kaasuvalojärjestelmästä hiilikauppiaiden näkökulmasta katsottuna.

Mutta oliko Edisonin järjestelmä energiatehokas tapa käyttää sähköä tuottamaan valoa? Omien tutkimusteni perusteella vaikuttaa siltä, että ei ollut. Usean toimilaitteen kytkeminen johtimilla yhden generaattorin napoihin ei mahdollista sähkön tehokasta käyttöä energialähteenä. Ei ole merkitystä sillä, käytetäänkö vaihto- vai tasajännitettä. Monet keksijät ja tutkijat ovat vuosien saatossa kehittäneet ja esitelleet huomattavasti energiatehokkaampia ratkaisuja, mutta hiilikauppiaat halusivat rajoittaa sähkön käytön tehokkuuden Edisonin järjestelmän tasolle ja muun muassa palkkasivat vaikutusvaltaisia tiedemiehiä laatimaan teorioita ja laskentamalleja, jotka eivät mahdollistaneet tehokkaampia tapoja käyttää sähköä ja magnetismia. Lisäksi sähkön käytön laajenemista pyrittiin minimoimaan ja hiilen rinnalle nostettiin öljy, josta vähitellen tuli yhä merkittävämpi tekijä energiamarkkinoilla. Huonon energiatehokkuuden myötä öljyä ja hiiltä tarvittiin paljon, jolloin niistä tuli paljon myyntitulojakin. Tieteellinen tutkimus valjastettiin palvelemaan huonon energiatehokkuuden mantraa ja rahan avulla vaikutettiin myös poliittisten päättäjien tekemiin päätöksiin. Uutisointiin ja koulutukseenkin pyrittiin vaikuttamaan jotta saatiin aikaan yleinen käsitys ja mielipide, että huonon energiatehokkuuden ratkaisut olisivat ainoa mahdollinen ratkaisu. Tämä on vaikuttanut vahvasti ajatusmalleihin ja monia asioita pidetäänkin nyt itsestäänselvyyksinä, vaikka kyse onkin vain valinnoista ja voitaisiin valita toisinkin.

Luin pari päivää sitten Sofia Syväojan kirjoitelman “Jäämme tieteessä jälkeen, ja se on riski”, jossa todetaan “… Tiede on valjastettu tuottamaan rakaisuja yh(t)eiskunnan tarkasti määriteltyihin ongelmiin totuuden ja maailman tutkimisen sijaan. …” ( https://puheenvuoro.uusisuomi.fi/sofia-syvaoja/jaamme-tieteessa-jalkeen-ja-se-on-riski/ ). Näin on, ja suuri osa noista ongelmista aiheutuu juuri siitä, että on valittu huonon energiatehokkuuden polku. Tosin nyt sähköautojen yleistymisen myötä ihmisille on tullut uusia vaihtoehtoja vaikuttaa omilla päätöksillään omaan energiatehokkuuteensa ja sitä kautta elinkustannuksiinsa ja myös omavaraisuuteensa. Monilla on esimerkiksi mahdollista hankkia aurinkopaneeleita ja käyttää niitä sähköautonsa akun lataamiseen, mikä onkin niille hyvä käyttökohde. Energiatehokkuutta olisi kuitenkin mahdollista parantaa merkittävästi myös esimerkiksi lämmöntuotannossa ja aika näyttää päästäänkö vahvojen ennakkokäsitysten yli ja saadaanko tehokkaampia järjestelmiä jossain vaiheessa käyttöön.

 

+1
Olli Taina
Sitoutumaton Hämeenlinna

Totuudenetsijä.

Ilmoita asiaton viesti

Kiitos!

Ilmoitus asiattomasta sisällöstä on vastaanotettu