Sähköpolttoaineiden hyödyntämispotentiaali maataloustyökoneissa : 150 kW traktori

Abstract

Liikennesektorin kasvava paine vähentää kasvihuonekaasupäästöjä ilmastonmuutoksen hillitsemiseksi ja asetettujen päästöstandardien noudattamiseksi on vauhdittanut vaihtoehtoisten polttoaineiden ja voimantuotantoratkaisujen kehitystä. Tämän myötä sähköpolttoaineet, joiden tuotanto perustuu uusiutuvalla sähköllä tuotettuun vihreään vetyyn ja siihen yhdistettyyn talteenotettuun hiilidioksidiin synteesiprosesseissa, ovat nousseet varteenotettaviksi tulevaisuuden energiavaihtoehdoiksi. Ne mahdollistavat hiilineutraalin polttoainekierron ja tarjoavat monipuolisesti vähähiilisiä energiavaihtoehtoja. Sähköpolttoaineiden kehitystä tukevat myös energiasektorin nopea sähköistyminen ja uusiutuvan sähköenergian tuotantokapasiteetin ennätysmäinen kasvu, jotka lisäävät tarvetta joustaville energian varastointi- ja hyödyntämismuodoille. Lisäksi hiilidioksidin talteenotto, joka nähdään ilmastonmuutoksen kannalta keskeisenä ratkaisuna, tarjoaa sähköpolttoaineille laajenevan raaka-ainepohjan. Tässä tutkimuksessa analysoitiin sähköpolttoaineiden tuotanto- ja jakelureittejä, niissä käytettyjä raaka-aineita ja teknologiaratkaisuja sekä niiden soveltuvuutta NRMM-sektorin 150 kW maataloustraktoriin eri voimantuottoratkaisuilla, joita olivat polttomoottori, täyssähkö ja polttokennohybridi. Tarkasteltaviksi sähköpolttoaineiksi tutkimukseen valittiin e-vety, e-diesel, e-metaani ja e-metanoli. Työssä tutkittujen tuotanto- jakelu- ja käyttöreittien pohjalta laadittiin useita vaihtoehtoisia polttoaineskenaarioita, joille toteutettiin hyötysuhde- ja päästölaskennat. Hyötysuhdelaskennassa tarkasteltiin polttoaineiden energiatehokkuuksia ja kokonaishyötysuhteita, kun taas päästölaskennassa määriteltiin päästöintensiteetit sekä tarkasteltiin polttoaineiden päästövähennyspotentiaaleja. Sähköpolttoaineita verrattiin valittuihin referenssipolttoaineisiin, joita olivat fossiilinen diesel, uusiutuva diesel ja suora sähkö. Tulokset osoittavat, että sähköpolttoaineiden energiatehokkuus ja päästövähennyspotentiaali määräytyvät ensisijaisesti tuotanto- ja jakelureitin pituuden, käytetyn voimantuottoratkaisun sekä sähköntuotantomuodon perusteella. Suora sähkö täyssähkötraktorissa tarjoaa selvästi korkeimman kokonaishyötysuhteen ja suurimmat päästövähennykset, mikä korostaa sähköistyksen etuja maataloustyökoneissa. Sähköpolttoaineista e-vety osoittautui energiatehokkaimmaksi lyhyen ja yksinkertaisen tuotantoketjunsa ansiosta, kun taas hiilipohjaisten sähköpolttoaineiden, e-diesel, e-metaani ja e-metanoli, kokonaishyötysuhteet jäivät mataliksi 11–14 %, monivaiheisten prosessien vuoksi. Kaikilla tarkasteltavilla polttoaineskenaarioilla todettiin kuitenkin alhaiset päästöintensiteetit ja merkittävä potentiaali vähentää kasvihuonekaasupäästöjä verrattuna fossiiliseen dieseliin ja polttomoottoriin. Parhaimmillaan skenaarioilla voidaan vähentää tuotannon, jakelun ja käytön aikaisia päästöjä jopa yli 95 % ja heikoimmillaankin yli 30 %. Tässä diplomityössä määritetyt hyötysuhde- ja päästöarvot tarjoavat tärkeän pohjan sähköpolttoaineiden teknisen potentiaalin arvioinnille maatalouskäytössä. Ne eivät kuitenkaan yksin riitä määrittämään, mitkä vaihtoehtoiset ratkaisut tulevat kaupallisesti tai käytännöllisesti menestymään tulevaisuuden traktorisovelluksissa. Hyötysuhteiden ja päästöintensiteettien lisäksi keskeisiä tekijöitä ja tulevaisuuden tutkimusaiheita, jotka voivat joko edistää tai hidastaa sähköpolttoaineiden käyttöönottoa ovat muun muassa kustannustehokkuus, toimintavarmuus, lainsäädännölliset ohjauskeinot sekä sosiaalinen hyväksyttävyys.