Sähköautoilu – uusi normaali ?

Ilta-Sanomissa julkaistiin viime viikolla Panu Karhusen kolumni, jossa hän kertoo sähköautoilukokemuksistaan. Karhusen mukaan häneltä kysellään usein, että kuinka pitkälle latauksella pääsee ja kauanko lataaminen kestää. Näitä kahta seikkaa pidetään usein sähköautojen ongelmakohtina. Karhusen arkiajossa nämä asiat eivät kuitenkaan ole oleellisia, sillä tyypillinen päivittäinen ajomatka on alle 50 km ja akullisella pääsee kesäkelissä noin 400 km. Karhunen toteaa kytkevänsä auton kotonaan yöksi lataukseen pari-kolme kertaa viikossa, jolloin aamulla on akku täynnä. Latausnopeuskin on siis riittävä. Satunnainen pikalataus matka-ajossa on sitten eri juttu ja Karhusen mukaan siihen kiinnitetään nyt turhan paljon huomiota. Parempi olisi keskittyä ensin huolehtimaan siitä, että jokaisella sähköautolla olisi oma peruslatauspaikka kotona tai sitten ainakin esimerkiksi työpaikalla. ( https://www.is.fi/autot/art-2000008170990.html ). Autonvalmistajat ovatkin viime aikoina esitelleet monia sähköautomalleja, joiden ominaisuudet riittävät useimpien käyttäjien tarpeisiin. Nopeaa pikalatausta tarvitseville löytyy nyt keskihintaisiakin malleja, joihin voi ladata 100 km ajomatkaa noin viidessä minuutissa, edellyttäen tietysti, että on käytettävissä toimiva riittävän tehokas pikalaturi. Vetokoukkukin on saatavilla moniin malleihin. Kehitys etenee nyt nopeasti ja sitä onkin syytä aktiivisesti seurata pitääkseen tietonsa ajan tasalla, jos aikoo osallistua asiallisiin sähköautokeskusteluihin.

Hinta on usein edelleen sähköauton hankinnan este, mutta suurin hidaste lienee autonvalmistajien kyky valmistaa ja toimittaa autoja asiakkaille. Joka tapauksessa sähköautot ovat valtaamassa yhä suuremman osan markkinoista, mikä tulee muuttamaan monta asiaa. Euroopassa monet autonvalmistajat ovat julkistaneet suunnitelmansa luopua polttomoottoriautojen kehittämisestä ja keskittyä sähköautoihin. Yhdysvalloissakin on julkistettu tavoitteita saada puolet valmistettavista autoista sähkökäyttöisiksi vuoteen 2030 mennessä ( https://www.reuters.com/business/autos-transportation/biden-set-target-50-evs-by-2030-industry-backs-goal-2021-08-05/ ). Sähköautot ovat siis valittu tie ja monet autonvalmistajat ovat panostaneet alusta pitäen sähkökäyttöisiksi suunniteltujen perusrakenteiden kehittämiseen. Sähkömoottorit ovat pienikokoisia ja sijoittamalla akku matkustamon alle saadaan auto, jossa on pienemmät ulkomitat kuin kuljetuskapasiteetiltaan vastaavassa polttomoottoriautossa.

Auton lataaminen pääosin kotona on sähköautoilun keskeinen seikka. Suomen sähkönjakeluverkon tekniset valmiudet kotilatauksen toteuttamiseen ovat paremmat kuin monessa muussa maassa, sillä verkko on rakennettu kestämään esimerkiksi lohko- ja sisätilanlämmittimien ja sähkökiukaiden käyttöä. Suurimmat ongelmat kotilatauksen toteuttamiseen lienevätkin muita kuin teknisiä. Kotilatauksen ansiosta säästyy aikaa ja vaivaa, kun ei tarvitse huolehtia auton tankkaamisesta, tutkailla polttoaineiden hintoja eri asemilla eikä ajella ylimääräisiä matkoja huoltoasemille. Suomea etelämmässä aurinkopaneelien asentaminen talon katolle saattaa usein olla järkevä ratkaisu tuottaa auton tarvitsema sähkö, jolloin saadaan täysin päästötön ratkaisu. Tuulisilla paikoilla sopiva ratkaisu voikin olla pieni tuuligeneraattori. Sähköautoilun kokonaispäästöjä tarkasteltaessa unohtuu usein se, että sähköauton energiatehokkuus on noin neljä kertaa parempi kuin polttomoottoriautolla ja pienempi energiantarve tarkoittaa myös pienempiä päästöjä. On myös esitetty näkemyksiä, että huoltovarmuus kärsisi sähkökäyttöisiin ajoneuvoihin siirryttäessä, mutta akut voi ladata aurinkopaneeleilla tai generaattorilla, jota voi pyörittää tuulella, veden virtauksella tai erilaisia polttoaineita käyttävillä polttomoottoreilla tai turbiineilla, joten kyse on enemmänkin kekseliäisyyden puutteesta.

Kotona lataaminen oli keskeinen seikka myös siinä, että sähköautot yleistyivät New Yorkissa 1900-luvun alussa. New York oli paikka, jonne Thomas Edison rakensi ensimmäisen sähkönjakeluverkkonsa syyskuussa 1882 ( https://en.wikipedia.org/wiki/Edison_Illuminating_Company ). Edison oli patentoinut käyttökelpoisen hehkulampun vuonna 1879 ja voidakseen myydä sitä asiakkailleen Edisonin oli toimitettava heille myös järjestelmä sen käyttämiseksi. Edisonin ratkaisu oli käyttää höyrykoneen pyörittämää generaattoria, jonka napoihin kaikki alueen hehkulamput oli kytketty johtimilla. Ei välttämättä paras mahdollinen ratkaisu, mutta toimiva ja Edison oli muutenkin tunnettu siitä, että suosi nopeasti tuotteistettavia riittävän hyviä ratkaisuja. Edisonin ratkaisu toimi esikuvana myöhemmille ratkaisuille. Hän käytti tasajännitettä, mutta kehitys kulki kuitenkin kohti vaihtojännitejärjestelmiä, joissa voitiin tarpeen mukaan käyttää myös suurempaa jännitettä, jolloin siirtohäviöt pienenivät ja generaattorit voitiin sijoittaa kauemmas käyttökohteista esimerkiksi Niagaran kaltaisten suurten vesiputousten ääreen. Virtaavan veden pyörittämien generaattoreiden avulla voitiin tuottaa päästötöntä sähköä ja New Yorkin 1900-luvun alun 15000 akkusähköautoa muodostivatkin pitkälti päästöttömän liikenneratkaisun.

Kuitenkin muut syyt kuin päästöttömyys nousivat ratkaisevaan asemaan ja polttomoottorikäyttöiset autot alkoivat ottaa valta-asemaa, vaikka sähkö- ja höyrykäyttöisiä autoja oli käytössä merkittäviä määriä vielä 1920-luvulle saakka. Sähköä kyllä käytettiin esimerkiksi eri kaupunkien raitiovaunuissa, mutta johtimettoman liikenteen mahdollistavien akkujen kehitys hidastui. Myös Thomas Edison siirtyi kehittämään sähköautokäyttöön sopivia nikkeli-rauta-akkuja sen jälkeen, kun hänen itsepintainen vaihtojännitejärjestelmien vastustaminen oli ajanut hänet ulos sähköverkkotoiminnasta, mutta Edisoninkin ponnistelut jäivät lyhytaikaisiksi, kun sähköautot alkoivat poistua markkinoilta. Toinen maailmansota sinetöi polttomoottoriautojen valta-aseman ja akkusähköautot jäivät käyttöön vain erikoiskohteissa kuten maidonjakeluautoina Isossa-Britanniassa. Päästöt koituivat kuitenkin polttomoottorin kohtaloksi liikennemäärien lisääntyessä ja viimeinen niitti oli se, että autonvalmistajat yrittivät huijaamalla saada päästöt näyttämään todellista pienemmiltä. Nyt ollaan siis palaamassa takaisin sähköautoihin yli sadan vuoden harharetken jälkeen.

Missä mallissa kehitys mahtaisi nyt ollakaan, jos tuolle harharetkelle ei olisi lähdetty? Paljonko esimerkiksi puhelintekniikka on kehittynyt 1900-luvun alusta? Akkujen kehitykseen liittyy monta erikoista käännettä kuten esimerkiksi se, että GM:n EV1-sähköautoissa käytettyjen Ovonic-yhtiön kehittämien nikkeli-metallihydridiakkujen tuoteoikeudet päätyivät lopulta öljy-yhtiö Texacon haltuun. Mahtoiko Texacon intressinä olla enemmän edistää vai hillitä akkujen kehitystä ja käyttöä? EV1 oli keskeisessä roolissa siinä tapahtumasarjassa, jonka tuloksena sähköautot ovat nyt nousseet vallitsevaksi trendiksi. GM:n mukaan EV1:n valmistus oli tappiollista, mutta oliko se riittävä syy murskata lähes kaikki yli tuhat autoa? Vertailukohtana voidaan käyttää vaikkapa Chryslerin 1960-luvun alussa valmistamaa viittäkymmentä kaasuturbiinikäyttöistä henkilöautoa, jotka annettiin ihmisille koekäyttöön käyttökokemusten keräämiseksi. Kaasuturbiinin valmistus oli ja on kuitenkin kallista tarkkuustyötä ja siten auto oli liian kallis sarjavalmistusta varten, joten auto ei päätynyt tuotantoon. Harrastajat ovat kuitenkin pitäneet yksittäiskappaleita ajokuntoisina ( https://www.youtube.com/watch?v=b2A5ijU3Ivs ). Näitä autoja ei siis tarvinnut murskata. Ainoa julkisesti tiedossa oleva ajokuntoisena säästynyt EV1 on tällä hetkellä Smithsonian-instituutissa Washington, D.C:ssä.

Sähköauto on ratkaisu, joka mahdollistaa päästöttömän autoilun. Sähkömoottori oli kehittynyt käyttökelpoiseksi tuotteeksi 1800-luvun lopulla. Alessandro Voltan vuonna 1800 keksimän pariston jatkokehitelmät olivat pitkään olleet ainoa ratkaisu tuottaa sähköä liikkuviin laitteisiin, mutta niiden metallilevyt kuluivat käytössä nopeasti ja ne täytyi vaihtaa usein, mikä ei ollut kovin käytännöllistä. Ranskalainen fyysikko Gaston Planté keksi vuonna 1859 lyijyakun, joka kehittyi käyttökelpoiseksi tuotteeksi 1880-luvulla. Lyijyakku oli periaatteessa paristo, joka metallilevyjen vaihtamisen sijaan voitiin palauttaa toimintakuntoon lataamalla se sähkövirran avulla, ja kun New Yorkiin oli rakennettu 1900-luvun alkuun mennessä kattava sähkönjakeluverkko, jonka avulla tämä voitiin tehdä, niin kaikki sähköautojen vaatimat palaset olivat koossa ja sähköautot yleistyivät  ( https://www.youtube.com/watch?v=CRwEXaHTwsY ). Polttomoottoriautot kuitenkin valtasivat markkinat, mutta niiden tuottamat päästöt aiheuttivat ilmanlaatuongelmia varsinkin suurkaupungeissa. Kaliforniassa tätä ongelmaa alettiin ratkoa General Motorsin vuoden 1990 Los Angelesin autonäyttelyssä esittelemän Impact-sähköautoprototyypin innoittamana, mikä lopulta johti tapahtumakulkuun, jonka tuloksena lähes kaikki yli tuhat valmistettua EV1-sähköautoa murskattiin. Tämän tarinan käänteet on esitetty lyhyesti esimerkiksi tässä videossa: https://www.youtube.com/watch?v=7LgUyf1aEmA. EV1-käyttäjille tarjottiin tilalle Toyotan ison maasturin koriin rakennettuja vetypolttokennosähköautoja ja Yhdysvaltojen tuolloinen hallinto alkoi panostaa vetytalouden kehittämiseen ja Kalifornian alueelle rakennettiin kymmeniä vedynjakeluasemia. Käyttäjät eivät kuitenkaan halunneet suurta autoa, jota ei EV1:n tapaan voinut ladata kätevästi kotona. EV1-episodi johti kuitenkin Tesla Motorsin perustamiseen ja sitä kautta nykyiseen sähköautobuumiin. Merkittävä lisäys on ollut pikalatausmahdollisuuden kehittäminen ja pikalatausverkoston rakentaminen, joka mahdollistaa sähköauton käytön myös matka-ajossa.

Sähköautot valtaavat nyt henkilöautomarkkinoita nopeaan tahtiin ja muodostavat “uuden normaalin”, jossa autoilu on aiempaa vaivattomampaa ja edullisempaa, kun auton voi ladata kätevästi kotona ja sen huollon tarve on pieni ellei olematon. YouTubesta löytyy Top Gear -ohjelman EV1-koeajovideo vuodelta 1997 ja vaikka toimittajalla oli vaikeuksia saada sähkö riittämään määränpäähän saakka, lopputoteamuksena oli, että auto on niin kätevä ja näppärä, että polttomoottoriautojen päivät ovat taatusti luetut ( https://www.youtube.com/watch?v=K-xmph_XC5g ). Kolmenkymmenen vuoden sisällä tuon ennustuksen teosta se tulleekin aika hyvin pitämään kutinsa. Polttomoottoritekniikan professorini totesi 1980-luvun lopulla, että ei kannata kehittää vaihtoehtoa polttomoottorille, vaan tehdä siitä mahdollisimman hyvä. Nyt voidaan todeta, että pidemmän päälle tuo ei ollut kovin hyvä neuvo. Parempi neuvo on, että ei kannata etsiä vaihtoehtoa akkusähköautolle, vaan tehdä siitä mahdollisimman hyvä. Mutta kuinka hyvän siitä voi tehdä? Nelinkertaisesti polttomoottoriautoa parempi energiatehokkuus on hyvä lähtökohta ja monissa malleissa toimintaa kylmässä ilmassa on tehostettu varustamalla autot lämpöpumpulla ja järjestelmällä, joka käyttää akkua sähkön lisäksi myös lämmön varastoimiseen. Mutta onko mahdollista parantaa energiatehokkuutta vielä enemmän? Neuvostoliiton hajotessa Suomessa kummasteltiin sitä, että Mihail Gorbatšov oli aidosti hämmästynyt siitä, että Viro halusi irtautua Neuvostoliitosta, vaikka oli hänen mielestään aikanaan liittynyt siihen vapaaehtoisesti. Asiahan ei oikeasti ollut näin, mutta Gorbatšoville oli opetettu asia toisin ja siten hän oli oppinut pitämään sitä totuutena. “Polttomoottoriautoharharetken” aikana on selvästi yritetty hillitä sähköautoihin soveltuvien akkujen kehitystä, mutta mahtaako olla pimitetty sitäkin, mitä kaikkea sähkön ja magnetismin avulla todella voitaisiin tehdä? Nikola Tesla oli merkittävin tutkija, joka jatkoi sähkön olemuksen tutkimista 1800-luvun lopulla muiden keskittyessä olemassa olleiden ratkaisujen kaupallistamiseen ja markkinaosuuksien valtaamiseen. Tesla alkoi rakentaa New Yorkin Wardenclyffen alueelle laitosta, jonka oli tarkoitus palvella ainakin koko New Yorkin aluetta. Tässä laitoksessa Teslalla oli “sadan hevosvoiman” höyrykone, jonka avulla piti pystyä käyttämään kaikkia alueen valaisimia. Toki nuo valaisimet olisi pitänyt olla tätä tarkoitusta varten valmistetut. Teslan mukaan sähköjärjestelmät eivät oikeasti olleet suljettuja järjestelmiä vaan hyödynsivät ympäristön energiavirtauksia tuottamaan valoa, lämpöä, akselitehoa jne. Edisonin sähköverkon kaltaiset järjestelmät oli vain toteutettu niin, että ne vaikuttivat olevan suljettuja. Wardenclyffen projekti oli kuitenkin Teslalle liian suuri urakka ja jäi kesken. Vallitsevaksi nousivat sähkömagnetismiteoriat, jotka eivät tukeneet Teslan havaintoja. Näiden pohjalta on laadittu laskentatyökalut, joiden avulla lähes kaikki suunnittelu nykyään tapahtuu. Monet keksijät ovat kuitenkin havainneet käytännön kokeissaan ilmiöitä, joita vallitsevat teoriat eivät pysty selittämään. Esimerkiksi ns. “sähköisen auringon” mallin käytännön testausta varten perustetun SAFIRE-projektin kokeissa reaktori saavutti maksimilämpötilansa vain 7% syöttöteholla, kun laskentamallin mukaan siihen olisi tarvittu 100% syöttöteho. Projektin vetäjä Montgomery Childs totesikin, että hänen työuransa aikana laskentatulokset ovat usein olleet väärässä, mutta eivät koskaan aiemmin noin paljon. Childs onkin todennut, että tällä hetkellä ei ole olemassa teoriaa, joka selittäisi havainnot ( https://www.youtube.com/watch?v=DTaXfbvGf8E , https://www.youtube.com/watch?v=FjBhKbMrsPU ). Sähkömoottorissa magneettikenttien väliset vuorovaikutukset tuottavat akselitehoa. Magneettikenttiä voidaan muodostaa kestomagneeteilla tai sähkömagneeteilla, joista jälkimmäisten käyttö ja säätö vaatii syöttötehoa, joka sähköautoissa otetaan akusta. Ehkäpä magnetismia voitaisiin hyödyntää nykyistä tehokkaammin tuottamaan tehoa totuttua pienemmällä syöttöteholla? Näin voitaisiin käyttää pienempää akkua, mikä ratkaisisi tai lieventäisi monta ongelmaa ja mahdollistaisi käytön myös nykytekniikalla hankalissa kohteissa kuten kuorma-autoissa ja traktoreissa. Myös pikalataus nopeutuisi ladattavan energiamäärän pienentyessä. Mahdotontako vai mahdollista, jos laajennetaan ajattelua rajallisten teorioiden muodostaman “laatikon” ulkopuolelle ja aletaan tutkia asioita kokeellisesti?

 

+1
Olli Taina
Sitoutumaton Hämeenlinna

Totuudenetsijä.

Ilmoita asiaton viesti

Kiitos!

Ilmoitus asiattomasta sisällöstä on vastaanotettu