Polttomoottoriautoharharetki

“Ei kannata yrittää kehittää vaihtoehtoa polttomoottorille, vaan kannattaa keskittyä tekemään siitä mahdollisimman hyvä.” Näin ohjeisti polttomoottoritekniikan professori ollessani opiskelemassa Otaniemessä 1980-luvun lopulla. Autonvalmistajat noudattivat tätä neuvoa, mutta kun kiristyneitä päästövaatimuksia ei voitu rehellisin keinoin täyttää, niin päätettiin sitten huijata. Käytettävyysominaisuuksista tinkien moottorit säädettiin tuottamaan testitilanteessa riittävän pienet päästöt, mutta normaalikäytössä päästöt ylittivät sallitut arvot moninkertaisesti. Kuten yleensä jossakin vaiheessa käy, niin huijaus paljastui tässäkin tapauksessa. Pahiten siitä kärsi Volkswagen, vaikka monet muutkin huijasivat laajasti. Äskettäin Volkswagen järjesti Power Dayn, jossa kertoivat tulevista panostuksistaan sähköautojen akkujen kehitykseen. Yhä suurempi osa valmistettavista henkilöautoista tulee olemaan akkukäyttöisiä sähköautoja. Uusia polttomoottoreita ei enää kehitetä.

Ympyrä on siis sulkeutumassa, sillä 1900-luvun alussa USA:ssa suurin osa henkilöautoista oli akkusähköautoja. USA oli ollut sähkön käytön eturintamassa 1800-luvun lopulla ja Niagaran putousten voimalaitos oli otettu käyttöön vuonna 1897, jonka jälkeen sähkönjakeluverkkoa oli laajennettu moniin taajamiin saman mallin mukaan. Lyijyakku oli kehittynyt käyttökelpoiseen muotoon 1860-luvulla ja ajoneuvokäyttöön soveltuvat tasavirtasähkömoottorit 1870-luvulla. Asentamalla nämä hevosvaunuista kehitettyyn alustaan saatiin näppärä taajama-ajoon soveltuva kulkine, jonka akut voitiin ladata kätevästi yön aikana kotona seuraavan päivän ajoja varten. Jostakin syystä kehitys kulki kuitenkin kohti polttomoottorikäyttöisiä autoja, joiden tarvitsemaa öljystä jalostettua polttoainetta piti käydä tankkaamassa huoltoasemilla, joita rakennettiin yhä useampia polttomoottoriautojen yleistyessä. Sähkökäynnistys teki polttomoottorin käytöstä kampikäynnistystä vaivattomampaa ja lyijyakun rooliksi jäi toimia auton käynnistysakkuna, johon sen ominaisuudet soveltuivat hyvin eikä painokaan ollut kriittinen tekijä. Polttomoottoriautot valtasivat markkinat ja akkusähköajoneuvoja käytettiin enemmän vain paikallisesti erikoistehtävissä kuten Iso-Britanniassa maidon jakeluun. Kaupungeissa oli sähkökäyttöisiä raitiovaunuja ja johdinbusseja, jotka hyödynsivät reittien yläpuolelle asennettuja johtimia. Rautateillä raskaammat dieselveturit hyödynsivät sähkökäyttöä ja vähitellen rataosuuksia alettiin sähköistää ja siirtyä täysin sähköisiin vetureihin. Erilaisia akkusähköautokokeiluja tehtiin siellä täällä, mutta seuraava suurempi läpimurtoyritys tapahtui 1990-luvulla.

General Motors (GM) oli ostanut vuonna 1985 Hughes Aircraft -yhtiön, jolla oli kokemusta muun muassa satelliittien aurinkopaneeleista. GM halusi hyödyntää tätä osaamista rakentamalla kilpa-auton Australiassa järjestettäviin aurinkokäyttöisten autojen kilpailuun. Palkattiin alan osaajia ja syntyi energiatehokkaalla voimalinjalla varustettu pisaranmuotoinen Sunraycer, jonka koko yläpinta oli katettu aurinkopaneeleilla. Kilpailun muut osallistujat olivat lähinnä pienellä budjetilla toimivia opiskelijatiimejä ja Sunraycer voittikin kilpailun ylivoimaisesti. Esille nousi ajatus hyödyntää projektissa hankittua osaamista myös kaupallisessa tuotteessa. Aurinkopaneelit eivät kuitenkaan soveltuneet siihen, mutta virtaviivaista muotoilua ja muita opittuja kulkuvastuksia vähentäviä ratkaisuja päätettiin hyödyntää. GM palkkasi Alan Cocconin suunnittelemaan vaihtojännitteellä toimivan voimalinjan, jonka moottorin käyttökelpoinen kierroslukualue oli niin laaja, ettei tarvittu vaihteistoa. Vuoden 1990 Los Angelesin autonäyttelyssä GM esitteli kahden hengen Impact-akkusähköautoprototyypin ja lupaili valmistaa autoja jopa 100000 kappaletta vuodessa. Ilmansaasteongelmien kanssa kamppaillut Kalifornian ilmanlaatuviranomainen CARB näki tässä mahdollisuuden vähentää saastumista ja laati säädöksen, jonka mukaan jokaisen USA:n suuren autonvalmistajan Kaliforniassa myymistä autoista tuli olla paikallisesti päästöttömiä 2% vuoteen 1998 mennessä, 5% vuoteen 2001 mennessä ja 10% vuoteen 2003 mennessä. Akkusähköautot olivat ainoa valmis saatavilla ollut ratkaisu, jonka avulla tämävaatimus oli mahdollista toteuttaa. Vuonna 1994 GM valmisti käyttökokemusten keräämiseksi 50 auton koesarjan, jonka autoja halukkaat kokeilijat voivat käyttää viikon ajan. Kokeilusta kiinnostuneita käyttäjiä oli kymmeniä tuhansia. Vuonna 1996 lanseerattiin tuotantomalli EV1, joka oli saatavilla ainoastaan leasing-sopimuksella. Autoja valmistettiin kaikkiaan 1117 kappaletta vuoteen 2002 mennessä, jonka jälkeen GM ilmoitti toiminnan olevan kannattamatonta ja keräävän kaikki EV1:t pois liikenteestä. CARBin asettamia myyntitavoitteitakin rukattiin vastaamaan “kysyntää”, jota GM:n mukaan oli hyvin vähän. Monet käyttäjät olisivat halunneet lunastaa EV1:n itselleen ilman vaatimuksia, että GM:n tulisi toimittaa varaosia ym. mutta kaikki autot kerättiin pois liikenteestä ja romutettiin. Käyttäjät pitivät varsinkin siitä, että auton voi ladata kotona eikä tarvinnut poiketa huoltoasemalla tankkaamassa. Aiheesta on julkaistu dokumenttielokuva nimellä “Who Killed the Electric Car?”. GM:n lisäksi muutkin CARBin säädöksen johdosta akkusähköautoja tarjonneet valmistajat keräsivät autojaan pois liikenteestä ja romuttivat ne, joten akkusähköautot poistuivat jo toisen kerran näyttämöltä. Tällä kertaa eivät kuitenkaan kokonaan, sillä Alan Cocconin yritys AC Propulsion rakensi Impact-prototyypin voimalinjatekniikkaa hyödyntäen kaksipaikkaisen lasikuitukorisen TZero-urheiluautoprototyypin, jossa hyödynnettiin kannettavia tietokoneita varten 1990-luvulla kehitettyjä litium-ioni-akkukennoja. TZeron sarjavalmistushankkeesta syntyi Tesla Motors, jonka ensimmäinen malli Roadster käytti TZeron tekniikkaa asennettuna Lotus Elisen koriin. Myös Teslan ensimmäisen täysin oman mallin Model S:n akku- ja voimalinjatekniikka on läheistä sukua TZeron ratkaisuille. Ja Tesla Motorshan on toiminut katalyyttinä lähes kaikille perinteisten autonvalmistajien nykyisille akkusähköautohankkeille.

Yksi usein mainitsematta jätetty akkusähköauton ominaisuus on sen polttomoottoriautoa moninkertaisesti parempi hyötysuhde – tai paremminkin polttomoottorin huono hyötysuhde. Nykyisillä ratkaisuilla akkusähköauto tarvitsee samaan liikennesuoritteeseen vain noin kolmasosan polttomoottoriauton tarvitsemasta energiamäärästä. Tässä tullaankin siihen kysymykseen, että miksi hyötysuhteeltaan huono polttomoottori nousi valta-asemaan eikä esimerkiksi akkutekniikkaa alettu aktiivisesti kehittää 1900-luvun alussa? Kysymyshän on valinnoista, mutta kuka tai ketkä noita valintoja teki ja millä kriteereillä? Usein oletetaan nykyisen tilanteen olevan itsestäänselvyys, mutta kokonaisuuden ymmärtämiseksi on syytä perehtyä historiaan ja niihin kehityskulkuihin, joiden kautta nykytila on syntynyt. Siksi onkin syytä tarkastella sähkön käytön kehitystä 1800-luvulla ja muita siihen liittyviä asioita.

Sähkön systemaattinen tutkimus pääsi vauhtiin, kun Alessandro Volta keksi pariston vuonna 1800. YouTubesta löytyy alkuosaltaan mainio dokumentti “Shock and Awe: The Story of Electricity”, jossa on mielestäni kuvattu hyvin tapahtumia, joiden kautta Volta keksi paristonsa ja yllättyi siitä, että se tuotti jatkuvaa jännitettä, kun aiemmin sähköä oli havainnoitu vain hetkellisinä ilmioinä. Ensimmäinen sähkön käytännön sovellus oli valokaari, jonka havaittiin syntyvän pariston napoihin kytkettyjen johtimien päiden väliin. Valokaari soveltui kuitenkin vain ulkotilojen valaisuun eivätkä paristot olleet kovin käytännöllisiä energialähteitä, sillä niiden metallilevyt kuluivat nopeasti ja ne täytyi uusia usein. Sähkön ja magnetismin välinen yhteys havaittiin 1820-luvulla ja kehitettiin sähkömagneetteja, joiden avulla saatiin aikaan kaksi tilaa, lepotila tai jännitteellinen tila. Johtimen välityksellä magneettia ja näitä kahta tilaa voitiin ohjata pitkänkin matkan päästä ja näin syntyi sähkön ensimmäinen laajemmin yleistynyt käytännön sovellus, lennätin, jonka avulla tiedonkulku nopeutui huomattavasti. Ensimmäinen Euroopasta Yhdysvaltoihin Atlantin pohjaa pitkin kulkeva kaapeli saatiin toimintakuntoon elokuussa 1858, mutta signaalien välittäminen sen kautta sujui huonosti, sillä kaapeliin syntyi luontaisesti jännitettä, joka häiritsi signaalin kulkua. Lopulta toimintaa yritettiin parantaa lisäämällä signaalin jännitettä, jonka myötä koko kaapeli mykistyi kolmen viikon jälkeen. Britti Oliver Heaviside oli keskeisessä roolissa laatimassa käytännöllisiä laskentamalleja tiedonsiirron ongelmien ratkaisemiseksi ja uusi toimiva kaapeli saatiin käyttöön vuonna 1866. Heaviside laati laskentamallinsa yhtälöt James Clerk Maxwellin vuonna 1862 esittelemien sähköä ja magnetismia kuvaavien yhtälöiden pohjalta yksinkertaistamalla niitä siten, että Maxwellin 20 yhtälöstä ja 20 muuttujasta jäi jäljelle 4 yhtälöä ja 4 muuttujaa.

Michael Faraday keksi vuonna 1831 sähkömagneettisen induktion, joka mahdollisti generaattorit, joiden avulla voitiin tuottaa mekaanisesta pyörivästä liikkeestä sähköä. Kului vielä kuitenkin yli 40 vuotta ennen kuin generaattorit kehittyivät riittävän tehokkaiksi käytännön tehtäviä varten. Voltan paristo ja sen jatkokehitelmät olivat pitkään ainoa käytettävissä oleva jännitelähde, mutta ne eivät olleet kovin käyttökelpoisia. Esimerkiksi Moritz Hermann Jacobin vuonna 1838 esittelemä ensimmäinen käytännön tehtäviin riittävän tehokas sähkömoottori (300W) pystyi kuljettamaan 12 matkustajan venettä 2,5 km/h nopeudella, mutta Neva-joella pari kuukautta kestäneiden koeajojen aikana sitä käyttävän pariston sinkkilevyt kuluivat 12 kilogrammaa. Yritettiinkin siis kehittää akkua eli paristoa, jossa tapahtuvat reaktiot voitaisiin kääntää ja siten ladata akku uudelleen sähkövirran avulla. Lyijyakku keksittiinkin vuonna 1859 ja se jalostui käyttökelpoiseen muotoon 1860-luvulla. 1870-luvulle tultaessa myös generaattorit olivat kehittyneet käyttökelpoisen tehokkaiksi kuten myös muuntajat, joiden avulla vaihtojännitettä voitiin nostaa tai laskea. Puuttui enää vain suurelle asiakaskunnalle tarpeellinen toimilaite, jollaiseksi osoittautui Thomas Edisonin vuonna 1879 patentoima hehkulamppu.

Teollistumisen myötä ihmisiä oli muuttanut taajamiin asuntoihin, joissa tarvittiin valoa ja lämpöä. Näitä varten oli rakennettu kaasunjakeluverkostoja, joita pitkin asukkaille voitiin toimittaa ja myydä kaasua lämmittimiä ja valaisimia varten. Edisonin hehkulamppu kilpaili suoraan kaasuvalaisimien kanssa, mutta Edisonin mukaan se oli turvallisempi. Jotta asiakkaat voisivat käyttää Edisonin hehkulamppua, heille tuli järjestää sähköä. Edisonin ratkaisu oli käyttää höyrykoneen pyörittämää generaattoria, josta vedettiin johtimet asuntoihin. Edison valitsi tasajännitejärjestelmän osittain siksi, että sen avulla voitaisiin käyttää myös moottoroituja laitteita, sillä vaihtojännitteellä toimivia moottoreita ei tuohon aikaan ollut olemassa. Mahdollisuus käyttää moottoroituja laitteita oli yksi sähkön myyntivaltti kaasuun nähden. Järjestelmän jännite täytyi asettaa käyttäjien turvallisuuden kannalta riittävän alhaiseksi ja Edison valitsi jännitteeksi 110 volttia, mikä tarkoitti sitä, että käyttöpisteet eivät voineet sijaita kovin kaukana generaattoriasemasta. Jotta Edison pystyi rakentamaan sähkönjakeluverkkonsa, hänen täytyi saada maanomistajat ja kaasunmyyjät vakuuttuneiksi hehkulampun erinomaisuudesta. Kaasunmyyjät suostuivat Edisonin tukijoiksi, mutta edellyttivät Edisonia kehittämään menetelmiä sähkön käytön mittaamiseksi laskutusta varten. Näin sähköstä tuli myytävä tuote kuten kaasukin oli. Oikeasti ei kuitenkaan ollut paljoakaan tietoa siitä, mitä sähkö oikeasti oli. Sitä oli vain käytännön kautta opittu hyödyntämään tietyllä tavalla.

Edisonin sähköverkosta tuli esikuva muille ja Edisonin liiketoiminta laajeni myös Eurooppaan. Siellä työskenteli myös nuori mies nimeltä Nikola Tesla, joka oli hahmotellut ratkaisua “kommutaattoriongelmaan”. Generaattorit tuottivat luontaisesti vaihtojännitettä, koska magneettikenttien napaisuus vaihtui jaksottaisesti roottorin pyöriessä. Hehkulamppujen oli havaittu toimivan myös vaihtojännitteellä, mutta sähkömoottorit vaativat tasajännitettä, jonka tuottamiseksi generaattori oli varustettava kommutaattorilla eli hiiliharjoilla, jotka olivat kuluva ja kitkaa ja kipinöintiä aiheuttava tekijä. Myös sähkömoottoreissa käytettiin samanlaista kommutaattoria vaihtamaan magneettikenttien suuntaa jaksottaisesti, jotta roottori pyörisi. Tesla oli hahmotellut ratkaisua, jossa kommutaattoreista voitaisiin luopua kokonaan ja moottori toimisi vaihtojännitteellä kytkettynä suoraan generaattorin napoihin. Tesla ei löytänyt Euroopasta yhteistyökumppaneita prototyypin rakentamiseksi,mutta hänen esimiehensä neuvoi Teslaa lähtemään USA:han esittelemään ideaansa Edisonille itselleen ja laati mukaan suosituskirjeen. Tesla toimi neuvon mukaan ja lähti laivalla USA:han, mutta Edison ei ollut kiinnostunut vaihtojännitejärjestelmistä, sillä tasajännitejärjestelmän käytännön ongelmien ratkaisujen etsimisessä oli tarpeeksi työsarkaa. Edison otti Teslan kuitenkin töihin kehittämään tasajännitejärjestelmäänsä ja pian Tesla huomasi kuinka tehoton Edisonin käyttämä generaattori oli. Monta vuotta lennätinlaitteiden kehityksen parissa työskennellyt Edison oli tunnettu siitä, että hän halusi saada nopeasti aikaan myytäviä tuotteita ja generaattorissakin käytettiin lennätinlaitteissa käytettyjä keloja, joiden tuottamasta magneettikentästä meni suuri osa hukkaan generaattorikäytössä. Tesla suunnitteli ja rakensi generaattorin, joka hyödynsi magneettikenttiä paljon tehokkaammin, mutta erimielisyydet palkasta saivat Teslan lopulta irtisanoutumaan ja koettamaan onneaan itsellisenä yrittäjänä. Se ei kuitenkaan ollut helppoa ja lopulta tullakseen toimeen Tesla päätyi joksikin aikaan kaivamaan lapiolla kaapeliojaa, juurikin Edisonin kaapeleille. Lopulta Tesla kuitenkin löysi rahoittajan vaihtojännitemoottorinsa prototyypin rakentamiseen ja laite toimi niin kuin Tesla oli sen ajatellutkin toimivan. Edison ja tasajännitejärjestelmä olivat saavuttaneet vahvan aseman USA:ssa, jossa oli paljon taajamia, joihin se soveltui, mutta Euroopassa tutkittiin enemmän vaihtojännitejärjestelmiä. Junien paineilmajarrujen kehittäjänä tunnetuksi tullut George Westinghouse oli laajentamassa toimintaansa myös sähköjärjestelmiin ja oli hankkinut Euroopasta vaihtojännitekomponentteja tutkimustarkoituksiin. Teslan vaihtojännitemoottori täydensi hyvin Westinghousen järjestelmää ja vuonna 1888 Tesla myi moottorinsa oikeudet Westinghouselle hyvään hintaan. Teslalla oli nyt varaa perustaa oma laboratorio, jossa hän voi tutkia sähkön olemusta ilman tarvetta saada nopeasti aikaan myytäviä tuotteita. Sähköä oli kyllä alettu käyttää hyödyksi, mutta kehitys oli edennyt kokeelliselta pohjalta eikä ollut tietoa siitä, mitä sähkö oikeasti oli ja olivatko käytössä olleet tavat paras mahdollinen tapa hyödyntää sähköä. Westinghouse oli kuitenkin palkannut Teslan konsultiksi parin vuoden ajaksi, mikä lopulta vei suuren osan Teslan ajasta, kun täytyi esimerkiksi kehittää ratkaisuja kiertää Edisonin hehkulamppupatentteja, kun Westinghousen vaihtojännitejärjestelmä valittiin vuoden 1893 Chicagon maailmannäyttelyn valaisujärjestelmäksi.

Vesivoimaa oli jo pitkään hyödynnetty pyörittämään esimerkiksi sahoja ja viljamyllyjä, mutta Niagaran putousten kaltaisissa suurissa putouksissa tiedettiin olevan paljon ilmaista energiaa, jonka hyödyntäminen oli kuitenkin vaikeaa. Voitiin toki rakentaa pieniä sivu-uomia ja sijoittaa laitokset niiden varrelle, mutta näin menetellen kaikkien laitosten tuli kuitenkin sijaita putouksen lähistöllä. Höyrykone oli mahdollistanut tehtaiden ja asutuskeskusten sijoittamisen liikenneyhteyksien kannalta sopiviin paikkoihin ja yleensä kauas suurista putouksista. Oli siis tarpeen saada putousten energiaa siirrettyä hyödynnettäväksi pidempienkin välimatkojen päähän ja ratkaisuksi oli ehdotettu muun muassa hihnoja ja köysipyöriä tai paineilmaa. Sähköverkkojen kehitys motivoi jälleen pohtimaan keinoja hyödyntää Niagaran putousten energiaa ja vuonna 1893 valittiin ratkaisuksi vaihtojännitesähköjärjestelmä ja laitoksen ensimmäinen vaihe otettiin käyttöön elokuussa 1897. Järjestelmän perusrakenne oli Edisonin järjestelmän kaltainen, toimilaitteet oli kytketty generaattoriin johtimien välityksellä ja asiakkaita laskutettiin sähkön käytöstä. Nyt vaan käytettiin generaattorin luontaisesti tuottamaa vaihtojännitettä, jota voitiin muuntajan avulla nostaa korkeammaksi pienempien häviöiden saavuttamiseksi ja taas laskea käyttökohteessa turvalliselle tasolle. Näin riittävän korkea jännite voitiin toimittaa käyttökohteisiin, jotka voivat sijaita kaukanakin voimalaitoksesta. Niagaran järjestelmästä tuli esikuva muille ja vaihtojännitejärjestelmä vakiinnutti asemansa hallitsevana ratkaisuna. Edisonkin joutui luopumaan tasajännitejärjestelmästään, kun hänen yrityksensä sulautettiin Thomson-Houston -yritykseen ja perustettiin General Electric. Yhä useampia vesiputouksia alettiin valjastaa sähkön tuotantoon ja hehkulamppu valaisi yhä useampia asuntoja.

Mutta mitä teki Nikola Tesla? Myytyään oikosulkumoottorinsa oikeudet Westinghouselle Tesla pääsi mukaan varakkaisiin seurapiireihin ja tutustui moniin uusiin ihmisiin, joita hän toisinaan kutsui vierailulle uuteen laboratorioonsa. Tesla esitteli heille muun muassa uutta muuntajaansa, joka muodosti ympärilleen kentän, johon asetettu lamppu alkoi hohtaa. Kenttään voi asettaa useampiakin lamppuja, jotka kaikki alkoivat hohtaa, mutta muuntajan käyttämiseen riitti sama teho kuin yhdelläkin lampulla. Teslan mukaan tämän keksinnön avulla sähkönsiirtolinjojen tarve vähenisi, kun koko kylän valaisimet saataisiin toimimaan langattomasti yhden muuntajan avulla. Samalla kuitenkin sähkön myynnistä saatavat tulot pienenisivät, mutta Tesla tuskin piti tätä seikkaa kovin merkityksellisenä. Joku muu ehkä kuitenkin piti ja näki tällaisen kehityksen uhkana liiketoiminnalleen, sillä Teslan laboratorio tuhoutui selvittämättömästä syystä aiheutuneessa tulipalossa maaliskuussa 1895. Tesla perusti kyllä pian uuden laboratorion, mutta tulipalo tuhosi arvokasta tutkimusaineistoa. Teslasta tuli varovaisempi esittelemään tutkimustuloksiaan ulkopuolisille ja hän keskittyi parantelemaan langatonta järjestelmäänsä muun muassa Colorado Springsin laboratoriossaan. Vuonna 1901 Tesla oli saanut järjestelmän kehitettyä mielestään riittävän hyväksi kaupallisen sovelluksen toteuttamista varten, jota hän alkoi rakentaa New Yorkiin Wardenclyffen alueelle. Teslan patenttitulot alkoivat kuitenkin vähitellen hiipua, mutta hän sai tukijakseen Edisoniakin aiemmin rahoittaneen pankkiiri J.P. Morganin, joka oli kuitenkin kiinnostunut vain langattomasta tiedonsiirrosta. Tesla oli luvannut kehittää sellaista tässä laitoksessaan, mutta todellinen tavoite oli rakentaa vaihtojännitesähköverkkoa paljon energiatehokkaampi järjestelmä, jonka avulla kaupungin asukkaat voisivat käyttää valaisimia ja muitakin laitteita ilmaiseksi, kunhan olivat hankkineet tarkoitukseen soveltuvat laitteet. Rakennustyöt eivät kuitenkaan edenneet hyvin, sillä Tesla ei ollut kovin hyvä organisoija ja työntekijöiden kanssa syntyi konflikteja. Tesla ei myöskään ollut enää nuoruuden voimissaan ja kun yritti pitää kaikki langat omissa käsissään, niin urakka osoittautui liian suureksi. Lisäksi kun J.P. Morgan sai tietää Teslan suunnittelevan järjestelmää, jossa asiakkaita ei voitaisi laskuttaa sähkön käytöstä, ja italialainen Marconi onnistui langattoman viestin lähettämisessä ennen Teslaa, Morgan päätti lopettaa Teslan projektin rahoittamisen ja neuvoi muitakin pankkiirituttaviaan toimimaan samoin. Teslan projekti jäi pahasti kesken ja todetessaan, ettei pysty enää muuttamaan sähkön käytön kehityksen suuntaa, hän keskittyi tekemään pienimuotoista tutkimusta ja julkaisemaan käytännön kokeittensa tuloksia newyorkilaisessa lehdessä. Tesla joutui luopumaan Wardenclyffen laitoksestaan, jonka kuuluisa torni purettiin vuonna 1917. Noin 300 patentoitua keksintöä tehnyt Nikola Tesla kuoli 86-vuotiaana tammikuussa 1943.

Nikola Teslan toiminta oli saanut pankkiirit tietoisiksi siitä, että sähköä oli mahdollista käyttää hyödyksi niin tehokkaasti, että sen käytöstä ei voitaisi – eikä olisi tarvetta – laskuttaa asiakkaita. Tällainen kehitys olisi uhka pankkiirien vakiintuneille liiketoimille. Olikin siis syytä ja tarvetta rajoittaa sähkön käyttöä ja saada vallitsevaksi joku sellainen energiamuoto, jossa oli selkeä ja konkreettinen myytävä tuote. Höyrykoneet polttivat hiiltä, joka oli juuri tuollainen, mutta höyrykonetta käytettiin jo laivoissa ja vetureissa sekä pyörittämään tehtaita eikä sitä voitu järkevästi skaalata pienemmäksi esimerkiksi autokäyttöä varten, vaikka joitain tällaisiakin sovelluksia oli käytössä. 1800-luvun lopulla oli varsinkin Euroopassa kehitetty polttomoottoria eli laitetta, jossa oli samanlainen sylinteri- ja kampikoneisto kuin höyrykoneessa, mutta polttoaine poltettiin sylinterin sisällä. Polttomoottori soveltui myös esimerkiksi autokäyttöön. Maaöljyä oli alettu pumpata ja jalostaa käytettäväksi esimerkiksi öljylampuissa, mutta siitä voitiin jalostaa polttoainetta myös polttomoottoreille. Öljynjalosteet ja polttomoottori valikoituivat ratkaisuksi, jota alettiin tukea. Mutta miten tämä tehtäisiin?

Sähkön käyttö kehittyi nimenomaan USA:ssa 1800-luvun lopulla pitkälti siitä syystä, että USA:n yhteiskuntarakenne oli erilainen kuin muissa maissa. USA syntyi, kun 13 brittiläistä siirtokuntaa julistautuivat itsenäiseksi vuonna 1776 ja monien yllätykseksi onnistuivat kukistamaan vastarinnan ja vakiinnuttamaan asemansa. USA:n perustuslain kantavana ajatuksena oli kaikkien kansalaisten tasa-arvo. Monissa muissa maissa oli pitkät perinteet erilaisilla sääty-yhteiskunnilla ja vaikka esimerkiksi Ranskassa tapahtui valistuksen ajan tasa-arvoaatteen innoittamana vuonna 1789 vallankumous ja kuninkaallisten palatsit vallattiin, niin valtaajilla ei lopulta ollut varaa ylläpitää palatseja ja ne myytiin takaisin aiemmille omistajasuvuille, joten asiat palasivat pitkälti aiempiin uomiinsa. USA:ssa ei ollut tällaisia perinteisiä valtarakenteita ja jokainen voi itse luoda oman tulevaisuutensa ja uudetkin ideat saattoivat edistyä, jos löysivät riittävästi tukea. Kaikki eivät kuitenkaan pitäneet tällaisesta kehityksestä ja esimerkiksi brittiläinen siirtomaapoliitikko Cecil Rhodes (1853-1902) esitti ajatuksia “salaisesta järjestöstä”, jonka tavoitteena olisi luoda maailmaan harmoniaa kehittämällä eri maiden vaikutusvaltaisten tahojen välistä yhteisymmärrystä ja liittää kaikki merkittävät valtiot, USA mukaan lukien, brittiläiseen imperiumiin. Rhodes hankki huomattavan varallisuuden eteläafrikkalaisten timanttien kaupalla ja jotkut väittävät hänen testamenttinsa salaisen osan koskeneen juuri tällaisen järjestön luomista ja sen toiminnan rahoittamista. Rhodesin testamentin julkinen osa koskee Oxfordin yliopiston stipendejä ja testamentin toimeenpanijana toimi hänen ikä- ja työtoverinsa Alfred Milner (1854-1925). USA:ssa ei ollut perinteisiä poliittisia vaikutusvaltaisia tahoja, mutta esimerkiksi kaasun myynti kasvavien kaupunkien asukkaille oli vaurastuttanut yritteliäitä henkilöitä ja rahasta oli muutenkin tulossa väline, jonka avulla kehityksen suuntaa voitiin ohjailla ja 1910-luvun alussa tapahtui muutamia mielenkiintoisia asioita tähän liittyen.

Perinteisesti valuutat olivat olleet sidottuja kultakantaan eli niiden arvo perustui konkreettiseen omaisuuteen. 23. joulukuuta 1913 USA:n dollari irrotettiin kultakannasta ja perustettiin keskuspankki Federal Reserve, jonka päätökset määrittivät jatkossa dollarin arvon. Kaikki asianosaiset eivät kuitenkaan olleet yksimielisiä tästä päätöksestä ja tuo joulun aatonaaton päivämäärä viittaa siihen, että asia haluttiin päättää ajankohtana, jolloin osa sitä vastustaneista oli jo joululomalla. Lisäksi on esitetty väitteitä, että joitakin kultakannasta irrottautumista vastustaneita pankkiireita olisi menehtynyt Titanicin upotessa huhtikuussa 1912. US-dollarin irrottaminen kultakannasta antoi kuitenkin uusia mahdollisuuksia sen arvon manipuloimiseen, mikä nähtiin ehkä tarpeelliseksi, koska ei tiedetty, kuinka merkittävä osa rahaliikenteestä tulisi tulevaisuudessa liittymään sähkön myyntiin ja esimerkiksi Nikola Teslan toimet olivat osoittaneet, että sähkön asema myytävänä tuotteena oli kytköksissä siihen, että sähköä käytettiin Edisonin viitoittamalla tavalla. Riskien minimoimiseksi oli tärkeää pitää sähkö mahdollisimman pienessä roolissa ja pönkittää polttomoottorin ja öljyteollisuuden kehitystä. Ensimmäinen maailmansota syttyi vuonna 1914 ja sen aikana polttomoottoritekniikka kehittyi suurin harppauksin muun muassa lentokonemoottoreissa. Sähköverkkojen rakentaminen ja sähkön käytön kehittäminen sen sijaan hiipui sotaa käyvissä maissa ja samalla oli hyvä tilaisuus vakiinnuttaa tieteellisiä teorioita, jotka eivät tukeneet sähkön käyttöä esimerkiksi Nikola Teslan viitoittamalla tavalla.

1910-luvun alkuun ja polttomoottoreihin liittyy myös tapaus, jossa saksalainen Rudolf Diesel katosi matkallaan Lontooseen. Diesel oli kehittänyt höyrykoneen korvaajaksi puristesytytteistä polttomoottoria, joka käyttäisi paikallisesti saatavilla olevia polttoaineita kuten hiilipölyä tai kasviperäisiä öljyjä. Syyskuussa 1913 Diesel oli matkalla Lontooseen neuvottelemaan moottorinsa valmistuksesta brittiläisen yrityksen kanssa, mutta katosi laivan hytistä ja hänen ruumiinsa löydettiin 10 päivää myöhemmin Norjan rannikolta. Dieselin moottorin kehitys kuitenkin jatkui ja öljynjalosteita polttavasta versiosta tuli hyvin yleinen voimanlähde varsinkin laivoissa ja kuorma-autoissa. Ensimmäisen maailmansodan myötä Euroopan teollisuus keskittyi sotatarvikkeiden kehitykseen ja valmistukseen, mutta USA:ssa myös siviilipuolen tuotanto pääsi kehittymään. Henry Fordin yritys alkoi valmistaa T-Ford-henkilöautoa massatuotannossa vuonna 1913, minkä ansiosta auton hinta oli hyvin edullinen. Malli säilyi tuotannossa aina vuoteen 1927 saakka ja se oli keskeinen tekijä vahvistamaan polttomoottorin asema autojen tärkeimpänä voimanlähteenä. Michiganilainen pientilallisen poika Henry Ford vaurastui liiketoimiensa myötä ja oli malliesimerkki siitä, kuinka USA:ssa periaatteessa kuka tahansa pystyi vaurastumaan, syntyperästään riippumatta. Menestyksensä myötä Ford pääsi mukaan vaikutusvaltaisten pankkiirien ja liikemiesten ryhmään ja perehdyttyään rahajärjestelmän toimintaan hänen kerrotaan todenneen, että jos kansalaiset tietäisivät kuinka rahajärjestelmä oikeasti toimii, niin he nousisivat kapinaan heti seuraavana päivänä. Kesäkuussa 1933 presidentti Roosevelt vahvisti USA:ssa kiistellyn lain, jonka myötä luotiin nykyäänkin voimassa oleva käytäntö, jossa yksityisomisteiset pankit saivat oikeuden luoda rahaa velan kautta. Toisen maailmansodan myötä polttomoottorin ja öljyn valta-asema sinetöityi ja mukaan tuli uusi keskitetysti hallittu tapa pyörittää voimalaitosten generaattoreita: fissioydinreaktioiden vapauttaman lämmön avulla tuotettu höyry.

Nyt ollaan siis tilanteessa, jossa noin sadan vuoden ajan polttomoottoreiden kehitykseen panostaneet autotehtaat joutuvat suuntaamaan kehityspanoksensa johonkin muuhun suuntaan ja markkinatilanteen paineessa, ja ehkä jonkinasteisessa paniikissakin, monet ovat valinneet Tesla Motorsin viitoittaman tien. Näiden akkusähköautojen avulla liikenteen energiankulutus saadaan putoamaan kolmasosaan, mutta tarvitaan suuri määrä akkukennoja, joiden valmistaminen vaatii paljon luonnonvaroja. Lisäksi autojen akkujen lataamiseen tarvittavien järjestelmien tarkoituksenmukainen toteuttaminen on oma haasteensa ja vastuuta sen toteuttamisesta pallotellaan osapuolelta toiselle. Kun on kulkenut väärää polkua ja eksynyt, niin parasta on palata lähtöpisteeseen, pohtia, miksi kulki harhaan ja miettiä tarkkaan mihin suuntaan kannattaa seuraavaksi lähteä, ettei kulje uudelleen harhaan. Nyt kannattaisi siis palata 1900-luvun alun tilanteeseen ja edetä Nikola Teslan viitoittamaa tietä ja tutkia kokeellisesti sähkön todellista olemusta eikä rajoittua nykyiseen tapaamme käyttää sähköä. Kun tutkii sähkön käytön historiaa, niin huomaa, ettei paras mahdollinen energiatehokkuus ole ollut keskeinen kriteeri tässä kehityspolussa. Edison halusi myydä hehkulamppujaan ja tuli siinä ohessa luoneeksi sähköverkon, jonka seuraavat toimijat ottivat pohjaksi. Vesivoiman kanssa suurin ongelma oli saada sitä jaeltua mahdollisimman laajalle alueelle eikä energiatehokkuus ollut keskeinen asia, koska putouksissa oli energiaa yllin kyllin. Sähköä käytetään edelleen samalla tavalla kuin se oli kehittynyt 1800-luvun lopulla. Tom Bearden on koonnut sivustolleen cheniere .org aiheeseen liittyvää aineistoa ja toteaa, että kaikki sähkölaitteet hyödyntävät oikeasti ympäristön energiaa, esimerkiksi sähkövastus tuottaa siitä lämpöä, ja kysymys onkin siitä, kuinka tehokkaasti tämä saadaan tapahtumaan. Ei siis pidä keskittyä “tuottamaan energiaa” vaan käyttämään ympäristössä olevaa energiaa mahdollisimman tehokkaasti tekemään hyödyllistä työtä, auton tapauksessa tuottamaan autoa eteenpäin kuljettavaa tehoa. Esimerkiksi Edwin Gray toi 1960-luvun lopulla julkisuuteen sähkömoottorinjärjestelmän, joka käytti kahta erillistä akkua, joista toinen käytti moottoria ja toista moottori latasi käydessään ja järjestelmää voitiin käyttää pitkiäkin aikoja lataamatta akkuja ulkopuolisesta lähteestä. Ehkä kuuluisin energiaa tehokkaasti käyttävän laitteen esitellyt tutkija on Thomas Henry Moray, joka esitteli 1920-luvulla monille vieraille laitettaan, joka pystyi käyttämään 50 kilowatin tehoisia hehkulamppuja ja lämpövastuksia ilman ulkopuolista energialähdettä, kunhan laite oli viritetty oikealle taajuudelle. Moray oli kiinnostunut Nikola Teslan tutkimuksista ja hänen laitteensa perustui Teslan patenttiin US685957. Morayn laitteessa oli ongelmana, että laite usein lakkasi yllättäen toimimasta eikä toiminut ennen kuin siihen vaihdettiin uusia osia. Tätä ongelmaa Moray yritti ratkaista suunnittelemalla kestävämpiä komponentteja, mutta tuloksetta. Samanlaisista häiriöistä ovat raportoineet myös useat LENR-tutkijat ja ainoa keino, jolla niistä on päästy eroon, on ollut estää aktiivisen aineen kontaktit fyysisten rakenteiden kanssa esimerkiksi magneettikenttien avulla.

Energia-asiat ovat kiinnostaneet itseäni jo peruskoulusta lähtien. Lukiossa opetettiin energian olevan “kyky tehdä työtä”. Mielestäni tuo on ontuva selitys ja parempi on sanoa, että energialla on kyky tehdä työtä. 1980-luvun lopulla menin kesätöihin Imatran Voiman ja Nesteen sähköautoprojektiin, jossa monien käänteiden jälkeen päädyttiin valmistamaan Elcat Cityvan -sähköpakettiautoa lähinnä postinjakelukäyttöön. Projektin aikana oli juttua maailmalla esitellyistä sähkömoottoreista, joiden hyötysuhde oli yli 100%. Tämä oli yksi tekijä, joka motivoi itseäni tutkimaan asiaa tarkemmin, mutta tuohon aikaan internetiä ei vielä ollut olemassa ja tutkimustyö pääsi käyntiin vasta muutama vuosi myöhemmin. Seuraava ongelma olikin sitten informaatioähky ja pätevän tiedon puute ja tulin siihen tulokseen, että paras keino hankkia tietoa oli tehdä omia käytännön kokeita. Päätin keskittyä tutkimaan kestomagneettien välisiä vuorovaikutuksia. Näin äskettäin televisiossa erään kvanttitietokoneasiantuntijan haastattelun, joka totesi luonnon käyttäytyvän mikrotasolla usein hyvin epäintuitiivisesti ja omien koetulosteni perusteella voin sanoa saman pätevän myös kestomagneetteihin. Magneettien välille saadaan esimerkiksi syntymään hetkellinen hylkivä voima, vaikka pelkästään magneettien vastakkaiset navat ovat vuorovaikutuksessa keskenään – oleellista on magneettien lukumäärä ja niiden väliset kulmat. Tom Beardenin mukaan tunnetaan yli 100 kestomagneetteihin liittyvää ilmiötä, joita vallitseva teoria ei pysty pätevästi selittämään. Magnetismia osataan käyttää hyödyksi monella tavalla, mutta ymmärrys sen todellisesta olemuksesta on heikkoa. Suurin osa sähkömoottoreiden suunnittelutyöstä tehdään nykyään kuitenkin erilaisilla simulaatioilla, jotka perustuvat vallitsevaan teoriaan ja siten hyvin rajoittuneeseen tapaan hyödyntää magnetismia. Lisäksi keskitytään vain yhden osa-alueen, esimerkiksi moottorin, toiminnan optimointiin, kun pitäisi keskittyä koko järjestelmän optimointiin – sähköauton tapauksessa siihen, kuinka paljon akuista tarvitaan tehoa, jotta saadaan tuotettua pyörille tietty määrä autoa eteenpäin kuljettavaa tehoa, ja millä keinoin tätä tehokkuutta voitaisiin parantaa. 1920-luvun sähkötekniikan oppikirjoissa mainittiin moottoreissa syntyvän tietyissä roottorin asennoissa sen liikettä vastustavia magneettikenttiä ja sopivilla järjestelyillä näitä voidaan pienentää tai roottorin liikkeen vastustamisen sijaan ohjata esimerkiksi lataamaan toista akkua. Näin menetellen koko järjestelmän energiatehokkuutta voidaan nostaa ja esimerkiksi auton akkua pienentää ajomatkasta tinkimättä, millä taas on monia hyviä vaikutuksia.

+4
Olli Taina
Sitoutumaton Hämeenlinna

Totuudenetsijä.

Ilmoita asiaton viesti

Kiitos!

Ilmoitus asiattomasta sisällöstä on vastaanotettu