Vetymoottori: toimintaperiaate ja päästöt

Vetyauto kuuluu kiinnostavimpiin ympäristöystävällisiin ajoneuvoratkaisuihin. Sen ainoat päästöt muodostuvat pelkästä vedestä ja lämmöstä, joten ympäristöystävällisyydeltään se kykenee haastamaan jopa sähköauton. Tästä huolimatta vetyautot eivät ole toistaiseksi yleistyneet Suomessa; toistaiseksi suurimman haasteen muodostaa niiden tankkauspaikkojen puute.

Vaikka vetymoottorilla varustetut autot ovat edelleen harvinaisuuksia Suomessa, on hyvä tietää miten vetyauto toimii ja mitä hyötyjä ja haittapuolia tällaisilla autoilla on. Kerromme kaiken tarvittavan tässä artikkelissa ja lopuksi vastaamme usein kysyttyihin kysymyksiin!

Miten vetyauto toimii

Vetyajoneuvot ovat edelleen automaailman kummajaisia, vaikka ensimmäinen vetymoottorin prototyyppi ilmestyi jo yli kaksisataa vuotta sitten. Vetyauto saa liikkumiseen tarvittavan voiman vedystä (H), joka on alkuaine ja epämetalli. Vetyautossa on tankki, johon paineistettua vetyä tankataan erityisellä tankkauspisteellä. Itse vetymoottoreita on olemassa kahta tyyppiä: vetykäyttöinen polttomoottori sekä polttokennomoottori. Näin ne toimivat:

• Vetykäyttöinen polttomoottori. Tämä on sisäinen polttomoottori, jossa vetyä poltetaan samaan tapaan kuin bensiiniä tavallisessa bensakäyttöisessä ajoneuvossa. Tällaisella moottorilla varustettuihin autoihin kuuluu myös sytytysjärjestelmä ja muutenkin ne muistuttavat pääsääntöisesti tavallista polttomoottoriautoa. Moottori sisältää tavanomaisia auton moottorin osat.
• Polttokennomoottori. Tällaisessa vetyautossa on polttokenno, jossa vety yhdistetään happeen ja tuotetaan näin auton liikuttamiseen tarvittavaa energiaa. Näillä varustettuja autoja kutsutaan myös polttokennoautoiksi (lyh. FCEV). Polttokenno muistuttaa rakenteeltaan litiumioniakkua siltä osin, että myös polttokennossa on anodi, katodi sekä katalyytti. Kaasumuodossa olevan vedyn päästessä anodille ja joutuessa kosketuksiin katalyytin kanssa, vetyatomin jakautuvat elektroniksi ja protoniksi, jolloin elektronit kootaan virroittimeen, joka puolestaan on yhteydessä auton piiriin. Virtaa syötetään auton sähköjärjestelmään ja -moottoriin. Polttokennomoottori siis muuntaa vedyn sisältämän kemiallisen energian auton sähkömoottorin tarvitsemaksi sähköenergiaksi. Lisäksi prosessissa syntyy lämpöä.

Vetyauto ei tuota hiilidioksidipäästöjä polttomoottorilla ajoneuvon tavoin; sen päästöt ovat silkkaa vettä. Toisaalta vety ei ilmesty itsestään ja autotuotanto ei myöskään ole päästötöntä. Lue lisää vetyautojen ympäristövaikutuksista alempana.

Vetyauton hyvät ja huonot puolet

Nyt kun tiedämme, miten vetyauto toimii, voimme tarkastella näiden autojen hyviä ja huonoja puolia. Niitä ovat esimerkiksi seuraavat.

Hyvät puolet

• Ajosta ei koidu hiilidioksidipäästöjä. Vetyauton päästöt ovat pelkkää vettä ja lämmintä ilmaa, joten vetyautolla ajaminen on ympäristöystävällistä. Lisää päästöistä voit lukea alempaa.
• Nopea tankkaus. Vetyauton voi tankata aivan yhtä nopeasti kuin bensiinikäyttöisen auton. Tämä on näiden autojen selkeä etu melko hitaasti latautuviin sähköautoihin nähden.
• Hiljainen ajo. Vetyauton käyttö on hiljaista, joten nämä autot eivät kasvata liikenteen aiheuttamia melupäästöjä.
• Polttoaineen korkea hyötysuhde. Tiesitkö, että vedyn energiasisältö sen painoon nähden on kaikista polttoaineista korkein? Etenkin polttokennoteknologia mahdollistaa tämän energian täysimääräisen hyödyntämisen ja korkean energiatehokkuuden. Vetyauton hyötysuhde on korkea: polttokennoauto kykenee hyödyntämään jopa 60 % polttoaineen energiasta (vrt. bensiinikäyttöisen auton hyötysuhde on vain 20 %). Toisaalta akkusähköauton hyötysuhde voi olla vielä tätäkin korkeampi.
• Keveys sähköajoneuvon akkuun verrattuna. Erityisesti raskaissa ajoneuvoissa vetymoottorin edut olisivat selkeät, sillä raskas ajoneuvo tarvitsisi suuren ja painavan sähköakun. Kun sellaista ei tarvita, ajoneuvo on paljon kevyempi.
• Luotettavuus säällä kuin säällä. Kylmä tai kuuma sää ei vaikuta tällaisella moottorilla varustetun ajoneuvon toimivuuteen.
• Polttoaineen kotimainen tuotanto mahdollista. Suomella ei ole omia öljyvarantoja, joista saisi polttomoottoriautoihin bensiiniä. Vetyä sen sijaan Suomessa pystytään tuottamaan ja Satakunnassa sijaitsevaan Harjavaltaan on suunnitteilla jopa vihreän vedyn tuotantolaitos.
• Tekniikan monikäyttöisyys ja kehittyminen. Vetyauton tekniikka perustuu vetymoottoriin, joita käytetään myös monissa muissa sovelluksissa aina kotitalouskäytöstä suuriin lämmityslaitoksiin ja teollisuuteen. Alan kehittyessä myös autoista odotetaan tulevan entistäkin tehokkaampia.

Huonot puolet

• Latauspaikkojen vähäisyys. Latausinfrastruktuurin puute on tällä hetkellä suurin vetyautojen yleistymistä Suomessa estävä tekijä. Suomessa ei voi juuri nyt ladata vetyautoa missään vaan lähimpänä sijaitsevat latauspisteet sijaitsevat Baltiassa.
• Teknologian hinta. Polttokennojen hintojen pitäisi laskea merkittävästi, jotta vetyautot pystyisivät yleistymään. Vaikka polttokennojen materiaalikustannukset eivät ole merkittäviä, tuotanto on vielä rajallista ja hinnat korkeita.
• Vedyn tuotanto ei ole ongelmatonta. Vedyn käyttö itsessään polttoaineena ei aiheuta haitallisia päästöjä, mutta sen tuotanto valitettavasti aiheuttaa. Vetyä nimittäin maailmassa riittää, mutta se on usein erotettava muista alkuaineista. Tavallinen tapa hankkia vetyä on erottaa se maakaasusta. Tämä prosessi taas tuottaa hiilidioksidipäästöjä ja on lisäksi melko kallis. Toinen tavallinen tapa on elektrolyysin kautta, jolloin vetyä erotetaan vedestä. Tämäkin vie kuitenkin sähköä.
• Vedyn säilytys ja kuljetus tuottavat ongelmia. Vetyä kuljetetaan korkeapaineisissa tankeissa kaasumuodossa. Paineistaminen kuluttaa osaltaan vedyn energiaa. Vety on myös helposti syttyvää ja aiheuttaa korroosiota. Niinpä vetypolttoaineen säilytys ja kuljetus tulevat toistaiseksi kalliiksi.

Vetyauton päästöt ja ympäristöystävällisyys

Kuten yllä totesimme, vetyauto tuottaa vain kahdenlaisia päästöjä: vettä ja lämpöä. Polttomoottoriautoon verrattuna sen ympäristövaikutukset ovat siis päästöjen osalta vähäiset. Tuoreen, loppuvuodesta 2021 ilmestyneen tutkimuksen mukaan sisäisellä polttomoottorilla varustettujen vetyautojen elinkaaripäästöt olivat sähkömoottorilla varustettuja pienemmät hiilidioksidipäästöjen, energian ja happamoitumisen osalta, sillä polttomoottorilla varustettujen autojen elinkaari todettiin pidemmäksi (Candelaresi et al. 2021). Tähän vaikutti myös se, että täysvetyautossa vety on ainoa energianlähde toisin kuin sähkömoottorilla varustetussa polttokennoautossa. Tutkijoiden mukaan polttokennotekniikan kehittyminen voi kuitenkin kääntää asetelman toisin päin.

Kokonaisuudessaan ympäristövaikutusten arvioinnissa tulee kuitenkin huomioida myös ajoneuvon valmistus. Sähköautojen kokonaisympäristövaikutuksia mitataan auton elinkaaripäästöjen avulla eli kuinka paljon auton tuotanto, käyttö ja poisto tuottavat kokonaisuudessaan päästöjä. Tutkijoiden mukaan vetyautojen toimintamatkan kasvattaminen ja panostaminen ajoneuvojen vetytankkien tilavuuden kasvattamiseen auttaa tekemään niistä entistä ympäristöystävällisempiä.

Usein kysyttyä vetyautoista

Vastaamme nyt usein kysyttyihin kysymyksiin täysvety- ja polttokennoautoihin liittyen.

• Kuinka pitkä on vetyauton toimintamatka? Polttokennoautoilla toimintamatka voi olla 350–700 km autosta riippuen. Tekniikan kehittymisen odotetaan kasvattavan toimintamatkaa.
• Kauanko vetyauton tankkaaminen kestää? Vain muutaman minuutin eli ei kauempaa kuin bensiinikäyttöisen auton. Ongelma on kuitenkin se, että Suomessa ei vielä ole tankkausinfrastruktuuria.
• Paljonko vetyauto maksaa? Suomessa ei tällä hetkellä ole myynnissä vetyautoja. Lähimmillä vertailukelpoisilla markkinoilla Saksassa hinnat lähtevät noin 70 000 eurosta.
• Paljonko vetyautoja on Suomessa? Tällä hetkellä maassamme on vain vähäinen määrä ulkomailta tuotuja vetyautoja.
• Onko vetyauto vaarallinen? Kysymyksellä viitataan siihen, että vety on helposti syttyvää ja kolaritilanteessa auto voisi teoriassa räjähtää. Vetyautot on kuitenkin suunniteltu erittäin hyvin tällaisia tilanteita varten, joten käytännössä vetyautot eivät ole sen vaarallisempia kuin muutkaan autot. Hätätilanteessa auton turvajärjestelmä pakottaa vedyn ulos tankista, jolloin se päätyy ilmakehään – näin vältetään räjähtäminen ja palaminen.
• Yleistyvätkö vetyautot tulevaisuudessa? Asiantuntijat eivät ole tästä yksimielisiä. Osa asiantuntijoista uskoo niiden yleistyvän, kun vetyautotekniikka kehittyy, tankkausinfrastruktuuri saadaan rakennettua ja hinnat laskevat. Toisaalta kaikki merkittävät autonvalmistajat kehittävät tällä hetkellä kilpaa sähkö- ja hybridiautoja, joten tämä ajoneuvotyyppi saattaa jatkossakin jäädä sähköajoneuvojen varjoon – ainakin toistaiseksi.

Yhteenveto

• Vetyautolla tarkoitetaan ajoneuvoa, jonka polttoaineena käytetään vetyä. Ajoneuvossa voi olla vetypolttomoottori, mutta yleisempi vaihtoehto on polttokennomoottori.
• Tällaisten autojen parhaisiin puoliin kuuluvat ympäristöystävällisyys, hiljaisuus, nopea tankkaus, korkea hyötysuhde ja keveys. Vetyauton ongelmat taas ovat latauspisteiden vähäinen määrä, teknologian puolitiessä oleva kehitys ja korkea hinta sekä vedyn tuotantoon liittyvät tekijät.
• Tiesitkö, että kun tilaat AUTODOC-uutiskirjeen voit säästää eri auton osien hinnoissa verkkokaupassamme? Luo ilmainen profiili sivustollemme ja tilaa uutiskirje. Näin pysyt aina kärryillä parhaista tarjouksista ja kampanjoista!