BLOGI: Vetysähköauto - vaihtoehto tavalliselle sähköautolle?

Sähköauton ostamisen siirtämistä tulevaisuuteen perustellaan joskus sillä, että vetyauto tulee pian ja on akkusähköautoa parempi vaihtoehto. Mitä tämän hetken tilanteen valossa voidaan vetyautojen tulemisesta arvioida tai valistuneesti arvata? Vetyautoja tulee tarjolle ja ne ottavat jonkinlaisen markkinaosuuden, mutta on mielestäni epätodennäköistä olettaa, että vetyautot korvaisivat sähköautot tulevaisuudessa. Molemmilla tulee olemaan oma roolinsa. Aika sekä markkinatalous tulevat määrittämään kuinka suuret markkinaosuudet kumpikin käyttövoima tulee valtaamaan.

YLEISTÄ VETYTALOUDESTA

Vetytalous tarkoittaa huomattavasti suurempaa kokonaisuutta, kuin pelkät vedyllä kulkevat autot. Vetytaloudessa vety toimii käytännössä hiilipohjaisten polttoaineiden tilalla eri sovelluksissa. Vety on kuitenkin energiaketjussa eri roolissa kuin hiili. Hiilipohjaiset polttoaineet, kuten kivihiili ja erilaiset nestemäiset hiilivedyt, ovat itsessään ensisijaisia energian lähteitä. Vetyä sen sijaan ei löydy vapaana luonnosta, vaan vety täytyy tuottaa jollain menetelmällä, esimerkiksi elektrolyysillä vedestä tai höyryreformoinnilla maakaasusta. Vety on siis energian varastointimuoto, verrattavissa akkuun ja ensisijainen energianlähde on jokin hiilivety tai sähkö. Hiilineutraalin vedyn valmistus vaatii käytännössä uusiutuvaa sähköä. Uusiutuva sähkö voidaan varastoida vedyksi tuottamalla esimerkiksi ylimääräisellä tuuli- tai aurinkosähköllä vetyä, joka voidaan käyttää eri sovelluksissa. Eri tavalla tuoteutuista vedyistä käytetään nimityksiä vihreä vety, turkoosi vety, harmaa vety ja sininen vety. Näistä vain vihreä vety valmistetaan uusiutuvalla energialla, muissa valmistustavoissa on hiilivetypohjainen polttoaine tavalla tai toisella mukana, jolloin valmistuksessa syntyy erilaisia määriä hiilidioksidia. Päästöttömäksi vedyksi voidaan vihreän vedyn lisäksi kutsua ydinvoimalla valmistettua vetyä.

VETYAUTOILUUN LIITTYVÄT HAASTEET

Vetyautojen yleistymistä vastustaa tällä hetkellä huoltoasemaverkoston puute. Kun ei ole mahdollista tankata autoa, niin ei sitä voi käyttöön hankkia. Vastaavasti vetytankkausverkostoa ei kannata rakentaa, kun ei ole käyttäjiä. Vetyasemien rakentaminen on kallista ja asemaverkoston tulisi olla tiheä, jotta asiakkaat pääsisivät kohtuullisen matkan päässä tankkaamaan. Lisäksi vetyä tulisi tietysti kuljettaa asemille, jollei sitä voitaisi valmistaa paikan päällä. Vetyasemaverkoston rakentaminen kuuluu kuitenkin EU:n Fit for 55 -pakettiin, joka tosin on vasta esitys mutta tullee pääpiirteissään toteutumaan, joten kuluvanvuosikymmenen aikana jonkinlainen verkosto tulee Suomeenkin rakentumaan.

Vedyn kuljetus tankkiautoilla on haastavaa, koska vedyn tiheys on hyvin matala ja järkevän määrän kuljettaminen vaatii paineistusta kovaan paineeseen. Kovasta paineesta huolimatta tankin tilavuuden tulisi olla valtava, jotta vetyä kannattaa kuljettaa kumipyörillä. Kova paine vaatii myös vahvarakenteisen tankin, jolloin tankin tilavuus pienenee seinämävahvuuden noustessa ja massa kasvaa. Näin ollen nykyinen huoltoasemien täyttötapa säiliöautoilla ei todennäköisesti ole mahdollinen ratkaisu vetyasemien täyttämisessä. Vaihtoehtona kuljettamiselle onkin vedyn valmistus elektrolyysillä vedestä paikallisesti, mutta tässä ratkaisussa tarvitaan tietysti paikalliset tuotantolaitokset. Yksi mahdollinen ratkaisu vedyn siirtämiseen on myös vetykaasuputkien verkosto, mutta luonnollisesti kattavan verkon rakentaminen on hyvin kallista. Arvioni on, että vetyasemaverkostosta ei tule yhtä kattavaa, kuin nykyinen polttoaineen jakeluverkosto on, mutta suurten kaupunkien ja suurimpien teiden varsille asemaverkosto rakentuu.

Vedyn paineistus vie jopa 15 % vetykaasun sisältämästä energiamäärästä. Vetyä on mahdollista myös nesteyttää, mutta tällöin vedyn lämpötila täytyy laskea lähelle absoluuttista nollapistettä, noin -253 °C lämpötilaan. Vedyn nesteytys vie lähes 30 % vedyn sisältämästä energiamäärästä ja nesteytettynä säilyttäminen vaatii myös energiaa. Nämä ominaisuudet vaikuttavat vedyn varastointi- ja kuljetusratkaisuihin sekä viime kädessä myyntihintaan.

Vedyn matala tiheys aiheuttaa myös tilantarvetta vetysäiliöille henkilöautokäytössä. Vedyn tiheys 350 barin paineessa noin huoneenlämpötilassa on 22 kg/m³ ja 700 barin paineessa noin 40 kg/m³. Vetytankit vaativat paljon tilaa, jotta mukaan saadaan merkittävä määrä energiaa. Vetyautojen pioneerina pidettävän Toyota Mirain 142 litran vetytankkeihin mahtuu noin 5,6 kg vetyä 700 bar paineessa. Vastaavissa polttomoottoriautoissa polttoainetankin tilavuus on noin 50-70 litraa. Vetysäiliöt vaativat siis noin kaksinkertaisen tilavuuden. Tämä rajoittaa jonkin verran potentiaalista maksimitoimintasädettä vetyautoilla, mutta varsin hyvään toimintasäteeseen kuitenkin päästään.

Mirain WLTP -kulutus on 0,8-0,9 kg/ 100 km, jolloin täydellä tankilla ajaa optimioloissa 700 km. Todellisuudessa keskivertokäyttäjällä kulutus asettunee luokkaan 1 kg kesällä ja jonkun verran yli talvella, joten toimintamatkaksi voisi arvioida 550 km kesällä ja 400-450 km talvella. Nämä lukemat eivät merkittävästi eroa nykyaikaisen suurella akulla varustetun sähköauton toimintamatkasta, mutta toimintamatka toki saadaan ”ladattua” huomattavan nopeasti vetyautoon uudestaan. Vertailussa on syytä huomioida, että Mirain lähtöhinta esimerkiksi Saksassa on tänä vuonna hiukan yli 60 000 €. Vertailukohteeksi sopisi hinnan, korimallin, vetotavan ja toimintamatkan puolesta aika hyvin BMW i4 eDrive 40. Mirain hintakin olisi varmasti alhaisempi, jos autoja valmistettaisiin suuremmissa tuotantoerissä.

Vetyautolla vedyllä yleensä tuotetaan sähköä polttokennossa, kuten Mirain tapauksessa. On myös olemassa kokeiluja vedyn käytöstä polttomoottoreissa, mutta polttomoottorivetyautoja ei ole markkinoilla. Polttokennotekniikan puolesta puhuu huomattavasti parempi hyötysuhde, noin 50 %, verrattuna vetypolttomoottorin 10-20 % hyötysuhteeseen.

Polttokennolla varustettu vetyauto toimii ajossa aivan kuten sähköauto. Vetyautoissa on korkeajänniteakku puskuroimassa polttokennon tuottamaa sähköä sekä jarrutusenergian talteenottoa varten. Esimerkiksi Miraissa akun kapasiteetti on 1,2 kWh. Vedosta vastaa sähkömoottori ja ajotuntuma on täysin vastaava kuin sähköautoissa. Vetyauto voi olla myös varustettu hiukan isommalla akulla ja akun latausmahdollisuudella, ollen käytettävyydeltään hyvin lähellä lataushybridiä.

VETYAUTOILUN KUSTANNUKSISTA JA KÄYTÖSTÄ

Tällä hetkellä (maaliskuu 2022) vety maksaa Saksassa noin 9,5 €/kg H2 Mobilityn asemilla. Liikkumisen energia kustantaisi siis Mirailla arviolta 9,5-13 €/100 km tällä hinnalla. Nykyisellä bensiinin ja dieselin hinnoilla vetyauton liikenne-energia olisi huomattavan kilpailukykyistä tällä vedyn hinnalla polttomoottoriautoihin verrattuna. Polttoaineen hinta tuskin enää merkittävästi laskee tulevaisuudessakaan, mutta päästötöntä vetyä voidaan tuottaa ja tullaan tuottamaan sähkön ylituotantohetkinä, jolloin sähkö on halvinta. Loogisesti ajatellen vedyn hinnan tulisi säilyä erittäin kilpailukykyisenä dieselin ja bensiinin hintaan verrattuna. Tässä onkin mahdollinen vedyn valttikortti muihin tankattaviin polttoaineisiin verrattuna.

Vetyautot tulevat todennäköisesti olemaan hankintahinnaltaan vastaavan kokoluokan ja ominaisuuksien sähköautojen tasolla, kun niitä aletaan valmistamaan suuremmassa mittakaavassa. Näin ollen auton hinta ei muodostu välttämättä valintakriteeriksi, vaan käyttäjän tarpeet ja esimerkiksi latausmahdollisuus kotona voivat olla ratkaiseva tekijä harkinnassa sähköauton ja vetyauton välillä.

Vetyautolla on tällä hetkellä yksi selkeä etu sähköautoon verrattuna. Vetyautoon pystyy tankkaamaan toimintamatkaa 500-600 km noin viiden minuutin tankkauksella, kun tehokkaimmin lataavissa suuriakkuisissa sähköautoissa 500 km lataaminen vaatii käytännössä vähintään puoli tuntia aikaa. Vetyautoa tankatessa tosin voi joskus kohdalle osua viive, jos tankkausasemalta on juuri tankattu useampia autoja ja aseman säiliöiden paine täytyy nostaa ennen seuraavaa tankkaajaa.

YHTEENVETO

Vetytalous joka tapauksessa tulee. Hiilivetyjä ei voida polttaa loputtomiin. Niiden varannot ovat rajalliset ja tämän hetken tutkimustiedon valossa kaikkea tällä hetkellä löydettyäkään raakaöljyä ei kannattaisi polttaa. Vety tulee nousemaan isoon rooliin energian säilöjänä ja siirtäjänä tulevina vuosikymmeninä. Liikenteessä uskon vedyn ottavan roolia siellä, missä tarpeet ja sopivat sovellukset kohtaavat. Raskas liikenne ja laivaliikenne voisivat olla vedyn käyttäjiä. Myös henkilöautoissa vetyautoille tulee varmasti asiakas- ja käyttötarvesegmentti, johon ne sopivat hyvin. Pakettiautoissa vetytankeille löytynee järkevästi tilaa autoista kuljetuskyvyn kärsimättä ja siellä vety voi olla hyvinkin toimiva ratkaisu akkujen sijasta. Lentoliikenteessä uskon synteettisten polttoaineiden ja biopolttoaineiden korvaavan fossiilisen polttoaineen. Lentokoneissa on rajallisesti sekä tilaa että mahdollisuutta kuljettaa massaa, joten siihen sovellukseen on hankala tällä hetkellä mieltää muuta ratkaisua kuin nestemäinen hiilivetypolttoaine.

Sähköauton valinnan puolella on jatkuvasti laajeneva latausverkosto ja uusien auton käyttötapojen omaksuminen. Kun käyttäjä tottuu lataamiseen ja lataus onnistuu vaivattomasti kotona tai esimerkiksi kauppareissujen yhteydessä, voi tankkaamiseen palaaminen tuntua vieraalta. Vetyauton valinnan puolella taas on sama toimintamalli, kuin polttomoottoriautoilla niille, jotka eivät pysty tai halua autoa ladata. Auto käydään tankkaamassa silloin tällöin tankkausasemalla. Ensimmäisten vetyautojen tulo liikenteeseen tosin vaatii niiden tarjonnan lisäksi edes muutaman vetyaseman, ettei ajamista ole sidottu vain yhden pisteen ympärille. Joka tapauksessa vetytalouden rakentuminen tuo autoilijoille lisää vaihtoehtoja tulevaisuudessa ja yksilön valinnanvapauden kannalta eri vaihtoehdot ovat ehdottomasti positiivinen asia.