Sähköpolttoaineet verrattuna sähkön suoraan liikennekäyttöön
Kakriainen, Elisa (2021)
Kakriainen, Elisa
2021
Tekniikan ja luonnontieteiden kandidaattiohjelma - Bachelor's Programme in Engineering and Natural Sciences
Tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunta - Faculty of Engineering and Natural Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2021-10-25
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202110257818
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202110257818
Tiivistelmä
Tässä työssä pyritään rakentamaan mahdollisimman realistinen kuva kehittyneiden sähköpolttoaineiden tuotannon ja käytön haasteista ja mahdollisuuksista. Sähköpolttoaineista käsitellään vetyä, metaania, metanolia ja Fisher-Tropch (FT)-dieseliä, ja näitä verrataan sähkön suoraan liikennekäyttöön sähköautoissa. Vertailuparametreiksi on valittu kustannustehokkuus, energiatehokkuus, ympäristövaikutukset, toteutettavuus ja kyky toimia sähkön varastona. Energiatehokkuudella viitataan liikennesuoritteen primäärienergian tarpeeseen, joka on sähkön suoralla käytöllä huomattavasti pienempi kuin korkean jalostusasteen sähköpolttoaineilla. Tekninen toteutettavuus käsittää konversioprosessin lisäksi tarvittavan infrastruktuurin ja kaluston. Sähköautoilu pienissä määrin ei edellytä latauspisteiden lisäksi muuta uutta infrastruktuuria, mutta suuremmassa mittakaavassa sähköverkkoon on tehtävä muutoksia, sähkön varastointikapasiteettiä on lisättävä ja/tai latausjärjestelmiä tulee ajaa koordinoidusti korkean tuotannon aikaan (älylataus). Metaanin ja FT-dieselin merkittävä etu on, että ne voivat hyödyntää olemassa olevaa infrastruktuuria ja ajoneuvokalustoa. Vety on tässä suhteessa hankalin, sillä se tarvitsee oman siirtoverkoston (säiliöautot/putkisto), tankkauspisteet ja polttokennoajoneuvot. Vedyn etu suhteessa muihin sähköpolttoaineisiin on korkeampi konversiohyötysuhde, sillä vety toimii muiden sähköpolttoaineiden raaka-aineena. Lisäksi polttokennoautoissa on sähköinen voimansiirtojärjestelmä, joka toimii huomattavasti polttomoottoria korkeammalla hyötysuhteella.
Kaikki edellä esitetyt tekniikat ovat huomattavan ympäristöystävällisiä perinteiseen bensiini- tai dieselkäyttöiseen polttomoottoriajoneuvoon nähden, mutta sähkön suoran liikennekäytön ympäristövaikutukset ovat kaikkein pienimmät. Tähän tulokseen sisältyy oletus vähäpäästöisestä sähköstä, mikä on linjassa EU:n tavoitteiden kanssa (European Commission 2021). Työssä käsitellään tulevaisuuden skenaariota, jossa valtaosa sähköstä tuotetaan tuulivoimaloilla ja aurinkokennoilla. Tällöin sähkön varastointia tarvitaan huomattavasti nykyistä enemmän. Sähköpolttoaineiden edut kytkeytyvät nimenomaan pitkäaikaiseen sähkön varastointiin, sillä sähköllä tuotettua vetyä voi varastoida lukuisilla menetelmillä jopa vuositasolla. Vedyn varastointi kaasuna luoliin odotetaan olevan kilpailukykyinen vaihtoehto, kun varastointiaika on kaksi vuorokautta (IEA 2019). Sähköautot puolestaan voivat tarjota sähkön varastointia vuorokausitasolla. Runsaasti uusiutuvaa sähköä sisältävässä energiajärjestelmässä molemmille varastointiajoille on kysyntää.
Sähköpolttoaineet ja sähköautot voivat täydentää toisiaan myös ajoneuvotekniikasta riippuen: henkilöautoliikenne on helppo sähköistää, kun taas raskas liikenne vaatisi valtavan akuston, jolloin sähköpolttoaineilla on korkeamman energiatiheyden ansiosta kilpailuetua sähköön nähden. Sähkön suora liikennekäyttö on sähköpolttoaineita kehittyneempi tekniikka. Sähköautot ovat kaupallisesti kilpailukykyisiä, mutta niissä on vielä runsaasti kehityspotentiaalia. Sähköpolttoaineet sen sijaan ovat vielä pilottiasteella, ja niiden kilpailukykyisyys riippuu uusiutuvan ylijäämäsähkön saatavuudesta. Sähköpolttoaineiden tutkimukseen ja kehitykseen käytetään paljon resursseja, ja niillä on merkittävä osuus esimerkiksi EU:n liikenne- ja energiaskenaarioissa. Tulevaisuus vaikuttaa oikein lupaavalta molemmille tekniikoille.
Kaikki edellä esitetyt tekniikat ovat huomattavan ympäristöystävällisiä perinteiseen bensiini- tai dieselkäyttöiseen polttomoottoriajoneuvoon nähden, mutta sähkön suoran liikennekäytön ympäristövaikutukset ovat kaikkein pienimmät. Tähän tulokseen sisältyy oletus vähäpäästöisestä sähköstä, mikä on linjassa EU:n tavoitteiden kanssa (European Commission 2021). Työssä käsitellään tulevaisuuden skenaariota, jossa valtaosa sähköstä tuotetaan tuulivoimaloilla ja aurinkokennoilla. Tällöin sähkön varastointia tarvitaan huomattavasti nykyistä enemmän. Sähköpolttoaineiden edut kytkeytyvät nimenomaan pitkäaikaiseen sähkön varastointiin, sillä sähköllä tuotettua vetyä voi varastoida lukuisilla menetelmillä jopa vuositasolla. Vedyn varastointi kaasuna luoliin odotetaan olevan kilpailukykyinen vaihtoehto, kun varastointiaika on kaksi vuorokautta (IEA 2019). Sähköautot puolestaan voivat tarjota sähkön varastointia vuorokausitasolla. Runsaasti uusiutuvaa sähköä sisältävässä energiajärjestelmässä molemmille varastointiajoille on kysyntää.
Sähköpolttoaineet ja sähköautot voivat täydentää toisiaan myös ajoneuvotekniikasta riippuen: henkilöautoliikenne on helppo sähköistää, kun taas raskas liikenne vaatisi valtavan akuston, jolloin sähköpolttoaineilla on korkeamman energiatiheyden ansiosta kilpailuetua sähköön nähden. Sähkön suora liikennekäyttö on sähköpolttoaineita kehittyneempi tekniikka. Sähköautot ovat kaupallisesti kilpailukykyisiä, mutta niissä on vielä runsaasti kehityspotentiaalia. Sähköpolttoaineet sen sijaan ovat vielä pilottiasteella, ja niiden kilpailukykyisyys riippuu uusiutuvan ylijäämäsähkön saatavuudesta. Sähköpolttoaineiden tutkimukseen ja kehitykseen käytetään paljon resursseja, ja niillä on merkittävä osuus esimerkiksi EU:n liikenne- ja energiaskenaarioissa. Tulevaisuus vaikuttaa oikein lupaavalta molemmille tekniikoille.
Kokoelmat
- Kandidaatintutkielmat [7051]