TRANSECO TUTKIMUSOHJELMA TIELIIKENTEEN ENERGIANSÄÄSTÖ JA UUSIUTUVA ENERGIA

Transkriptio

1 TUTKIMUSRAPORTTI VTT-R TRANSECO TUTKIMUSOHJELMA TIELIIKENTEEN ENERGIANSÄÄSTÖ JA UUSIUTUVA ENERGIA Vuosiraportti 2012 Kirjoittajat: Luottamuksellisuus: Juhani Laurikko, Nils-Olof Nylund (toim.) Julkinen

2 2 (124)

3

4 4 (124)

5 Alkusanat VTT käynnisti vuonna 2009 tieliikenteen energiansäästön ja uusiutuvan energian tutkimusohjelman TransEcon. TransEco-ohjelma muodostaa tutkimusplatformin, jonka puitteissa kokonaisvaltaisesti tarkastellaan ja kehitetään tieliikennesektorin energia- ja päästöratkaisuja, ja johon tukeudutaan Suomelle sopivia toimintamalleja kehitettäessä ja markkinoille tuotaessa. Vuosi 2012 oli TransEcon jälkipuoliskon ( ) ensimmäinen vuosi. Vuonna 2011 toteutetun arvioinnin suositusten viitoittamana toimintatapoja pyrittiin kehittämään, mutta pääosin työtä jatkettiin edellisvuosien tapaan, koska ohjelman eri osapuolet pitivät mallia hyvänä. Ohjelma järjesti joulukuussa totuttuun tapaan seminaarin tutkijoille ja sidosryhmille. Tutkimuksellisesti painopiste vuonna 2012 oli ajoneuvohankkeissa, etenkin sähkökäyttöihin liittyvissä. Lisäksi käynnistettiin muutamia pienehköjä järjestelmähankkeita. TransEcon johtoryhmässä ovat edustettuina neljä liikenteen ja energian osalta keskeistä ministeriötä, liikenne- ja viestintäministeriö, työ- ja elinkeinoministeriö, ympäristöministeriö ja valtiovarainministeriö. Lisäksi johtoryhmässä ovat mukana Tekes, liikenne- ja viestintäministeriön hallinnonalan virastot, yritykset, kuntasektori ja ajoneuvo- ja energia-alan etujärjestöt. TransEcon vahvuus on yhteistyöhön perustuva toimintamalli. Johtoryhmässä ovat edustettuina kaikki keskeiset tieliikennealaan vaikuttavat tahot. TransEcossa ovat mukana seuraavat tutkimustahot: VTT (hoitaa myös ohjelman koordinoinnin), Oulun yliopisto, Tampereen teknillinen yliopisto, Aalto-yliopiston insinööritieteiden korkeakoulu, Metropolia, Turun ammattikorkeakoulu Turun yliopisto, Valtion taloudellinen tutkimuskeskus VATT, konsulttiyritys Ramboll Finland Oy ja GreenNet Finland. Motiva hoitaa ohjelman ulkoista viestintää. Vuosina TransEco on käynnistänyt yhteensä yli 30 tutkimuksellista projektia tai osatehtävää. Em. ajanjaksolla hankkeiden yhteenlaskettu budjetti on noin 10 M. Vuosi 2012 oli TransEcon viimeinen täyden toiminnan vuosi. Vuonna 2013 ohjelma ajetaan alas, ja huipennuksena on järjestettävä päättöseminaari. TransEco jatkaa kuitenkin elämäänsä uudistetussa muodossa, kun TransEcon teemoihin liitetään myös älyliikenneaspekti. Tämä uusi ohjelma, älykäs vähähiilinen liikenne TransSmart käynnistyy vaiheittain vuoden 2013 aikana. Espoo Nils-Olof Nylund TransEco-ohjelman ohjelmapäällikkö ja koordinaattori 5 (124)

6 6 (124)

7 Sisällysluettelo Alkusanat TransEco-ohjelman rakenne, tavoitteet ja toimintaympäristö TransEco-ohjelman taustat ja viitekehys Muutokset ohjelman toimintaympäristössä Tutkimushankkeet ja tutkimusosapuolet Pääteemat Tutkimusosapuolet Ajoneuvotutkimus Polttoainetutkimus Järjestelmätutkimus Kansainvälinen yhteistyö Demonstraatiohankkeet Koordinaatio ja viestintä Ohjelman rahoitus ja johtaminen Rahoitus Johtoryhmä Koordinaatio ja viestintä Vuoden 2012 raportointi Ajoneuvotutkimus EFFICARUSE Käyttäjälähtöiset toimenpiteet henkilöautoliikenteen energiatehokkuuden parantamisen välineinä Lähtökohta ja tavoitteet Energiatehokas auton käyttö Markkinoilla olevien autojen vertailu: kulutus ja päästöt todellisessa ajossa Sähköautojen energiatase ja -talous Julkaisut ja konferenssiesitelmät HDENIQ - Energiatehokas ja älykäs raskas ajoneuvo Lähtökohta ja tavoitteet Tutkimuksen kohteet ja alatehtävät Tutkimuksen sisältö ja tärkeimmät tulokset Raskaan ajoneuvon massan ja liukkauden estimointimenetelmä Lähtökohta ja tavoitteet Tutkimuksen kohteet ja alatehtävät Tutkimuksen sisältö ja tärkeimmät tulokset Menetelmien yhdistäminen Taloudellisen ajamisen käsikirja Lähtökohta ja tavoitteet Tutkimuksen kohteet (124)

8 4.4.3 Tutkimuksen sisältö ja tärkeimmät tulokset Julkaisut ja konferenssiesitelmät Comparison and full fuel-cycle evaluation of passenger car powerplant options (IEA-CARPO) Lähtökohta ja tavoitteet Tutkimuksen kohteet ja alatehtävät Tutkimuksen sisältö ja tärkeimmät tulokset Julkaisut ja konferenssiesitelmät Sähköautojen tutkimus NER-rahoituksella Sähköautojen toimintasäde todellisessa käyttöympäristössä - RekkEVidde ebus Sähköisten linja-autojen kenttäkoe ja testiympäristö Yleistä Sähköbussikokeilut Espoossa: ebus-veolia Bussimuuli - testialusta sähköiselle voimalinjalle Liittymät muihin hankkeisiin ja kansainvälisyys Hyötyajoneuvot Hyötyajoneuvot tutkimuksen lähtökohta ja tavoitteet Rakebus Linja-autotutkimus Uusien kaupunkibussien mittaukset Seuranta-autojen mittaukset RakeTruck kuorma-autotutkimus RakeVan pakettiautotutkimus Hybridibussit kokemuksia käyttöönotosta, liikennöinnistä ja energiankulutuksesta Lähtökohta Tutkimuksen kohteet Tutkimuksen tärkeimmät tulokset Induktiivisen latauksen kenttäkoe Lähtökohta ja tavoitteet Tutkimuksen kohteet ja alatehtävät Tutkimuksen sisältö ja tärkeimmät tulokset Julkaisut ja konferenssiesitelmät Polttoainetutkimus Korkeaseosteiset biokomponentit henkilöautojen polttoaineisiin muut kuin etanoli Lähtökohta ja tavoitteet Biobensiini Dieselosuus Julkaisut ja konferenssiesitelmät Järjestelmälohko Henkilöautokannan ennuste- ja hallintamalli Lähtökohta ja tavoitteet (124)

9 6.1.2 Tutkimuksen kohteet ja tehtävät Tutkimuksen sisältö ja tärkeimmät tulokset Ilmastonmuutoksen hillinnän toimenpiteiden vaikutusten ja vaikuttavuuden arviointi liikennesektorilla (ILARI) Lähtökohta ja tavoitteet Menetelmä visioiden ja toimenpidekokonaisuuksien tunnistamiseksi Tulokset Päätelmät Julkaisut ja konferenssiesitelmät Kansainvälinen toiminta IEA-TOIMINTA Johdanto Tehtävät Nordic Sustainable Logistics Network (NoSlone) Lähtökohta ja tavoitteet Tutkimuksen kohteet ja alatehtävät Tutkimuksen sisältö ja tärkeimmät tulokset Julkaisut ja konferenssiesitelmät Demonstraatiot Etanolikäyttöiset raskaat ajoneuvot Lähtökohta ja tavoitteet Toteutuksen eri vaiheet Testien toteuma Polttoaineen kulutus Energian kulutus Päästötasot Ajoneuvojen käytettävyys (124)

10 10 (124)

11 1 TransEco-ohjelman rakenne, tavoitteet ja toimintaympäristö 1.1 TransEco-ohjelman taustat ja viitekehys TransEco-ohjelman taustat ja viitekehys on esitetty tarkemmin vuoden 2009 vuosiraportissa, joka on ladattavissa URL-osoitteesta: VTT:n käynnistämä viisivuotinen ( ) TransEco-ohjelma muodostaa tutkimusplatformin, jonka puitteissa kokonaisvaltaisesti tarkastellaan ja kehitetään tieliikennesektorin energia- ja päästöratkaisuja, ja johon tukeudutaan Suomelle sopivia toimintamalleja kehitettäessä ja markkinoille tuotaessa. Suomesta löytyy osaamista mm. polttoainejalostuksen, liikenteen biopolttoaineiden, ITteknologian ja ajoneuvotekniikan (mm. kevytrakennetekniikka, sähkö- ja hybridiautot, renkaat, pakokaasupuhdistimet, työkonemoottorit) alueilla. Kaikkia mahdollisia elementtejä pitäisi käyttää hyväksi liikenteen ympäristövaikutusten vähentämiseksi. TransEcon tavoitteet määriteltiin seuraavasti: TransEco-tutkimuskokonaisuus toimii työkaluna sopeutettaessa Suomen tieliikenne mahdollisimman kustannustehokkaasti EU-tason ja kansallisiin ilmastoja energiatavoitteisiin. Näin kyetään myös tehokkaimmin vaikuttamaan EU:n direktiivivalmisteluun ja Suomelle sopivimpien ratkaisujen ja teknologiaviennin kehittämiseen. Keskeisiä tehtäviä ovat energiankäytön tehostaminen ja uusiutuvan (hiilidioksidipäästöttömän) energian käyttöönotto tieliikenteessä. Ohjelman avulla luodaan Suomelle uusiutuvan energian, energian säästön ja CO 2 - vähennysten kehityspolut sekä identifioidaan tärkeimmät sellaiset keinot, joilla kehitystä voidaan pyrkiä ohjaamaan halutulle uralle. Toimintamalli perustuu päättäjien, yritysten, tutkijoiden ja muiden liikennesektorin toimijoiden hyvään yhteistyöhön. TransEco-ohjelma rakentuu neljän tukipilarin varaan: tutkimus ja tekniikka demonstraatiot (ensisijaisesti yritysvetoiset) päätöksenteko ja ohjauskeinot vuorovaikutus Ilman riittävää tietopohjaa ei voida tehdä pitkälle tähtääviä päätöksiä liikenteen energiaratkaisuista ja näihin vaadittavista ohjauskeinoista. Tietopohjaa taas luodaan tutkimuslaitosten, korkeakoulujen ja yritysten tutkimustoiminnalla ja pääsääntöisesti yritysten vetämillä demonstraatiohankkeilla. Osa tutkimushankkeista rakennetaan siten, että ne palvelevat yritysten demonstraatiohankkeita teknisellä tuella. Uusien ratkaisujen markkinoille saamiseen tarvitaan ohjausta kannustimien ja tietyissä tapauksissa velvoitteiden avulla. Varsinkin henkilöautoliikenteen osalta jossa päätöstentekijöiden lukumäärä on huomattava, on myös pa- 11 (124)

12 nostettava vuorovaikutukseen tiedotus-, informaatio- ja koulutustoiminnan muodossa. TransEcon puitteissa tapahtuva tutkimus painottuu soveltavaan tutkimukseen ja kohtuullisen lyhyellä aikavälillä markkinoille tuleviin tuotteisiin ja palveluihin. Erilaisten palveluiden ja päätöksenteon apuvälineiden kehittämisellä on tärkeä asema TransEcossa. Klusterimaisella toimintamallilla haetaan tehokkuutta päättäjien, yritysten ja tutkijatahojen yhteistyöhön sekä uusien ympäristömyötäisten toimintamallien, palveluiden ja tuotteiden kehittämiseen. Kuva 1.1 havainnollistaa TransEcon toimintamallia. Polttoaineet Autot ja ajoneuvotekniikka Demonstraatiot Ajaminen ja autojen käyttö Paikallishallinto, kunnat Valtionhallinto Yriykset, organisaatiot Valmistelija ja päättäjätaso Toimijataso Kotitaloudet, kuluttajat Kuva 1.1. TransEcon toimintamalli. 1.2 Muutokset ohjelman toimintaympäristössä Vuosi 2012 oli TransEcon viimeinen täyden toiminnan vuosi. Vuonna 2013 ohjelma ajetaan alas, ja huipennuksena on järjestettävä päättöseminaari. TransEco jatkaa kuitenkin elämäänsä uudistetussa muodossa, kun TransEcon teemoihin liitetään myös älyliikenneaspekti. Tämä uusi ohjelma, älykäs vähähiilinen liikenne TransSmart käynnistyy vaiheittain vuoden 2013 aikana. 12 (124)

13 2 Tutkimushankkeet ja tutkimusosapuolet 2.1 Pääteemat TransEcon varsinaiset tutkimushankkeet kohdistuvat viiteen pääalueeseen: 1. Ajoneuvotutkimus 2. Polttoainetutkimus 3. Järjestelmätutkimus 4. Kansainvälinen yhteistyö 5. Demonstraatiot Demonstraatiot esiintyivät ensimmäistä kertaa oman otsikon alla vuoden 2011 raportissa. Järjestelmätutkimuksella tarkoitetaan tässä lähinnä strategiseen päätöksentekoon ja ohjauskeinoihin sekä uuden teknologian markkinoille tuomiseen liittyvää tutkimusta. Näiden lisäksi hankkeen koordinaatio ja viestintä muodostavat horisontaalisena tukitoimintona kuudennen osakokonaisuuden. 2.2 Tutkimusosapuolet Tutkimusosapuolet TransEcossa vuosina ovat olleet: Aalto-yliopiston insinööritieteiden korkeakoulu (ajoneuvotekniikka) GreenNet Finland (RekkEVidde sähköautohankkeen koordinaatio) Motiva Oy (viestintä) Metropolia AMK (sähköajoneuvojen tekniikka) Oulun yliopisto/sähkö- ja tietotekniikan osasto (ajoneuvojen IT-sovellukset) Ramboll Oy (sähköautojen käyttöönotto) Tampereen teknillinen yliopisto (raportointijärjestelmät, toimintamallit ja ohjauskeinot) Turun AMK (ajoneuvotekniikka) Turun yliopisto, Tulevaisuuden tutkimuskeskus TUTU (ohjauskeinot ja vaikuttavuus) Valtion taloudellinen tutkimuskeskus VATT (uusiutuvan energian kansantaloudelliset vaikutukset) VTT (ajoneuvotekniikka, polttoainetekniikka, toimintamallit ja ohjauskeinot, kansainvälinen yhteistyö, koordinaatio) 2.3 Ajoneuvotutkimus Ajoneuvotutkimus kattaa sekä henkilöautot että raskaan kaluston. Perinteisen teknologian rinnalle on laajenevassa määrin tullut myös sähköautojen tekniikka, ja vuosina mukaan tuli sähköajoneuvojen energiavarastojen tutkimus (estorage). 13 (124)

14 TransEcon ajoneuvotutkimukseen ovat tähän mennessä kuuluneet seuraavat osahankkeet (suluissa vastuutaho sekä aloitusvuosi): 1.1 EFFICARUSE Käyttäjälähtöiset toimenpiteet henkilöautoliikenteen energiatehokkuuden parantamisen välineinä (VTT, 2009) 1.2 HDENIQ Energiatehokas ja älykäs raskas ajoneuvo (VTT, 2009) 1.3 RAMSES - Raskaan ajoneuvon massan sekä liukkauden estimointijärjestelmä (Oulun yliopisto, liittyy HDENIQ:iin, 2009) 1.4 Ajoneuvojen ja työkoneiden sähköisen voimansiirron kehittäminen (Metropolia, 2009), päättynyt, loppuraportti /1/ 1.5 Ajoneuvotekniikkaan liittyvät diplomityöt (Aalto-yliopisto, ENG) HVAC /2/ ja apulaitteiden tehontarve /3/ Renkaiden tasapainotuksen ja paineen vaikutuksista energiankulutukseen /4/ 1.6 Raskaiden ajoneuvojen elinkaaren hallinta (Turun ammattikorkeakoulu, liittyy HDENIQ:iin, 2009), päättynyt, /5/ 1.7 Asiakaskohtainen kuljetusten päästöjen mittaaminen ja raportointi (TTY, 2009), päättynyt /6/ 1.8 estorage Sähköajoneuvojen energiavarastot. Esitutkimus tutkimusympäristön vaatimusten määrittelystä. (VTT ja Aalto-yliopisto, 2010), päättynyt, loppuraportti /7/ 1.9 Ajoneuvotekniikkaan liittyvät diplomityöt; (Aalto-yliopisto, ENG), vuoden 2011 aiheet: Linja-autokaluston optimointi ja kohdentaminen /8/ SCR- ja EGR-tekniikat - Selvitys käytönaikaisista ongelmista /?/ 1.10 Taloudellisen ajamisen käsikirja (Turun AMK, 2011) 1.11 ebus Sähköbussien kenttäkoe (VTT, TEKES/EVE-rahoitus) 1.12 Hyötyajoneuvot 2012 (2012, VTT) /1/ Ruotsalainen, Sami, Ajoneuvojen ja työkoneiden sähköisen voimansiirron kehittäminen. Loppuraportti. Metropolia Ammattikorkeakoulu, 26. maaliskuuta 2012, 43 s. /2/ Juhala, Matti, Kankare, Johannes, Laamanen, Mikko, Katsaus ajoneuvojen oheisjärjestelmien energiankulutukseen ja tuottamiseen, Aalto-yliopiston Teknillinen korkeakoulu, /3/ Laamanen, Mikko, Ilmastointijärjestelmän vaikutus ajoneuvojen energian kulutukseen, Diplomityö, Aaltoyliopiston Teknillinen korkeakoulu, /4/ Naskali, Timo, Renkaiden epätasapainon, ilmanpaineen ja muotovirheiden vaikutus raskaan kaluston energian kulutukseen. Diplomityö, Aalto-yliopiston Teknillinen korkeakoulu, /5/ Markus Virtanen, raskaan ajoneuvokaluston jarruvikojen analysointi. Opinnäytetyö (AMK), Turun AMK, Auto- ja kuljetustekniikka, Autotekniikka ja logistiikka, s. /6/ Heikki Liimatainen: Kuljetusalan energiatehokkuuden raportointi ja tehostamistoimenpiteiden vaikutusten arviointi. Tampereen teknillinen yliopisto. Tiedonhallinnan ja logistiikan laitos. Liikenne ja kuljetusjärjestelmät, Tutkimusraportti 77. Tampere /7/ Mikko Pihlatie, Samu Kukkonen, Kimmo Erkkilä, Juhani Laurikko, Nils-Olof Nylund, Johannes Kankare, Panu Sainio, Jussi Suomela; estorage Sähköajoneuvojen energiavarastot. Loppuraportti /8/ Karvonen, Veikko, Linja-autokaluston optimointi ja kohdentaminen; AaltoENG, (124)

15 1.13 Hybridibussi (2012, TTY, Aalto, Turun AMK) Sähköautoihin liittyvä tekninen tutkimus toteutuu pääasiassa TransEcon ajoneuvohankkeiden puitteissa. Järjestelmälohkossakin vuonna 2010 käynnistyi kaksi uutta sähköautohanketta (kts. 2.5). Ajoneuvohankkeissa tutkitaan myös vaihtoehtoisten polttoaineiden käyttöä yleisellä tasolla niin henkilöautoissa kuin raskaassa kalustossa. 2.4 Polttoainetutkimus Polttoainetutkimus on keskittynyt pääasiassa henkilöautokaluston energiavaihtoehtoihin. Henkilöautoissa vaihtoehtojen lukumäärä on suurempi kuin raskaassa ajoneuvokalustossa, joka toimii pääosin dieselpolttoaineella myös vuonna Vuonna 2010 tehtiin kuitenkin uusi avaus raskaan kaluston vaihtoehtoisiin polttoaineisiin. Tutkimuksen kohteeksi otettiin lisäaineistetun etanolin käyttö dieselperiaatteella toimivissa moottoreissa (Scanian tekniikka). TransEcon puitteissa polttoainetutkimuksen hankkeet ovat olleet: 2.1 Korkean pitoisuuden etanolipolttoaineet henkilöautokalustossa (VTT ja Metropolia yhteistyössä St1:n kanssa, 2009), päättynyt 2011, loppuraportti /9/. 2.2 Korkeaseosteiset biokomponentit henkilöautojen polttoaineisiin muut kuin etanoli (VTT yhteistyössä Neste Oilin kanssa, 2009), päättynyt 2011, loppuraportti /10/ 2.3 Korkean pitoisuuden etanolipolttoaine raskaassa kalustossa (VTT yhteistyössä St1:n kanssa, 2010), päättynyt 2011 /11/ TransEcon aihepiiriin kuuluvia hankkeita, jotka liittyvät uusiutuvan dieselpolttoaineen valmistukseen ja demonstrointiin raskaassa kalustossa (mm. pääkaupunkiseudun OPTIBIO-bussihanke) on toteutettu mm. BioRefine-ohjelman puitteissa. 2.5 Järjestelmätutkimus Osakokonaisuus mm. kerää tietoa mm. TransEcon ajoneuvo- ja polttoainehankkeista sekä eri yritysten demonstraatiohankkeista tehden synteesejä eri teknisten ratkaisujen soveltuvuudesta ja potentiaalista Suomessa. Tämä tieto yhdistetään mm. ILPO-ohjelmassa ja energiansäästön ja energiatehokkuuden toimikunnan liikennejaoksessa ehdotettuihin toimenpiteisiin näiden energia- ja päästövaiku- /9/ Laurikko, Juhani, Koponen, Päivi, Korkeaseosetanolipolttoaineen optimointi kylmiin olosuhteisiin sopivaksi. VTT Tutkimusraportti VTT-R , 2011, 53 s. /10/ Aakko-Saksa, P., Koponen, P., Kihlman, J., Reinikainen, M., Skyttä, E, Rantanen-Kolehmainen, L. & Engman, A., Biogasoline options for conventional spark-ignated engines. VTT Working Papers. 219 s /11/ Nylund, N-O., Laurikko, J., Laine, P., Suominen, J., Anttonen, M. (P. A.). Benchmarking heavy-duty ethanol vehicles against diesel and CNG vehicles. Biomass Conv. Bioref. Springer-Verlag DOI /s z 15 (124)

16 tusten sekä kustannusvaikutusten arvioimiseksi. Tehtävään kuuluu kiinteästi erilaisten uuden teknologian kannustustoimenpiteiden arviointi ja tieliikenteen verotusmallien kehittäminen. Pääosa järjestelmätutkimuksesta on toteutettu osana TransEcon tutkimussuunnitelmassa kuvattua Suomi kokonaisuutta. Tämän kokonaisuuden puitteissa käynnistettiin Tiekartat hanke, jossa mm. selvitetään liikenteen uusiutuvan energian velvoitteiden vaihtoehtoisia toteutusvaihtoehtoja ja niiden vaikutuksia kansantalouteen. VATT liittyi mukaan tutkijaosapuolena tähän työhön. Järjestelmätutkimuksessa toteutettiin vuonna 2010 kaksi sähköautohanketta, ERA-NET Transport in puitteissa tehtävä best practices -hanke, ja liikenneministeri Anu Vehviläisen tilaama selvitys sähköautoista liikenne- ja ilmastopolitiikan näkökulmasta. Liikenne- ja viestintäministeriön toivomuksesta TransEcoon liitettiin kaksi ohjelman ulkopuolella käynnistynyttä hanketta, toinen joukkoliikenteen ja toinen kuljetusalan energiatehokkuudesta. Molemmissa vastuutahona oli Tampereen teknillinen yliopisto, ja päärahoittaja sektoritutkimus/kestävä kehitys. Näiden lisäksi SETUILMU-rahoituksella käynnistettiin vuonna 2010 VTT:n ja Turun yliopiston yhteishanke ilmastomuutoksen hillinnän toimenpiteiden vaikutusten ja vaikuttavuuden arvioinnista (ILARI). Järjestelmälohkon hankkeet ovat olleet: 3.1 Tarkastelukehikko: Ajoneuvojen energiankäyttöön ja päästöihin liittyvien toimenpiteiden vaikutukset (VTT, 2009), päättynyt /12/ 3.2 Verotusmallit ja muut ohjauskeinot (VTT, 2009), päättynyt /13/ 3.3 AHMA Henkilöautokannan ennustemalli (TTY ja VTT, 2009) 3.4 Tiekartat (VTT ja VATT, 2010) päättynyt /14/ 3.5 JOLEN - Joukkoliikenteen energiatehokkuuden seuranta, raportointi ja kehittäminen (TTY, 2009) päättynyt /15/ 3.6 KULJETUS - Kuljetusalan energiatehokkuuden raportointi ja tehostamistoimenpiteiden vaikutusten arviointi (TTY 2010), päättynyt /16/, /17/ /12/ Jantunen, Jutta, Mäkelä, Kari, Tuominen, Anu & Järvi, Tuuli, Liikenteen energiatehokkuushankkeiden vaikutukset arviointikehikko. VTT Tutkimusraportti VTT-R , VTT 2012, 24 s. + liitteitä. /13/ Nylund, N-O., Sipilä, K., Mäkinen, T. ja Aakko-Saksa, P. Polttoaineiden laatuporrastuksen kehittäminen. Raportti, VTT Tiedotteita /14/ Nylund, N-O., Laurikko, J. TransEco strategiahanke Suomi 2020: Tieliikenteen uusiutuva energia ja kasvihuonekaasupäästöjen vähentäminen vuoteen 2020 mentäessä. Tutkimusraportti, VTT-R /15/ Metsäpuro, Pasi, Liimatainen, Heikki, Rauhamäki Harri, ja Mäntynen, Jorma, Joukkoliikenteen energiatehokkuuden seuranta, raportointi ja kehittäminen, Sektoritutkimuksen neuvottelukunta s. /16/ Liimatainen, Heikki KULJETUS - Kuljetusalan energiatehokkuuden raportointi ja tehostamistoimenpiteiden vaikutusten arviointi. Tampereen teknillinen yliopisto, Tiedonhallinnan ja logistiikan laitos, Liikenne- ja kuljetusjärjestelmät, Tutkimusraportti 77, Tampere s (124)

17 3.7 ILARI - Ilmastonmuutoksen hillinnän toimenpiteiden vaikutusten ja vaikuttavuuden arviointi liikennesektorilla (VTT ja Turun yliopisto, 2010) 3.8 ENT Electromobility: Electric Road Transport policies in Europe till 2015: opportunities, experiences and best practices (Ramboll 2010) päättynyt 2010, loppuraportti /18/ 3.9 Sähköautojen tulevaisuus Suomessa. Sähköautot liikenne- ja ilmastopolitiikan näkökulmasta (VTT, 2010) päättynyt 2011, loppuraportti /19/ 3.10 Ajoneuvojen energiankäyttöön ja päästöihin liittyvien toimenpiteiden vaikutukset (VTT, 2011) päättynyt LIPASTO - Liikennevälineiden yksikköpäästötietojen täydentäminen ja ylläpito (VTT, 2011) päättynyt 2011, ks. http: lipasto.vtt.fi Vuonna 2012 tähän lohkoon käynnistettiin vielä yksi uusi hanke: 3.13 Kuorma-autokaluston hallintamalli KAHMA (2012, TTY) 2.6 Kansainvälinen yhteistyö TransEcon runkosuunnitelmaan kirjattiin joukko kansainvälisen toimintaan liittyviä tehtäviä. Vuonna 2009 mm. kaikki kansainväliseen energiajärjestöön IEA:han liittyvät yleiset tehtävät toteutettiin kuitenkin muulla kuin TransEcorahoituksella. Vuonna 2010 yleinen toiminta Advanced Motor Fuels (AMF) tutkimussopimuksessa ja EUWP Vice Chairman for Transport-tehtävä hoidettiin estorage-hankkeen kautta kanavoidulla rahoituksella. Vice Chairman for Transport tehtävä on näköalapaikka IEA:n liikennetutkimukseen. AMF:n lisäksi TransEco:on läheisesti liittyviä IEA:n tutkimusopimuksia ovat mm. Bioenergy ja Hybrid and Electric Vehicles HEV. Kansainvälisen yhteistyön osalta TransEcon puitteissa vuodelle 2009 avattiin kaksi hanketta, yleinen kansainvälinen toiminta ja ERA-NET toiminta. Vuonna 2010 luetteloon liitettiin yleinen IEA-toiminta, ja vuonna 2011 käynnistyi kaksi kansainvälistä tutkimushanketta, joista toinen IEA:n ja toinen Nordic Energy Reserach -rahoituksella. Lohkon hankkeet ovat siten: 4.1 Yleinen kansainvälinen toiminta (VTT, 2009) 4.2 ERA-NET Transport (ENT) toiminta (VTT, 2009) 4.3 IEA-toiminta (VTT, 2010) 4.4 IEA-CARPO (VTT, 2011) /17/ Liimatainen, H., Pöllänen, M., Kallionpää, E., Nykänen, L., Stenholm, P., Tapio, P., McKinnon, A Tiekuljetusalan energiatehokkuuden ja hiilidioksidipäästöjen tulevaisuus. Liikenne- ja viestintäministeriön julkaisuja 1/ /18/ Electric Road Transport policies in Europe till 2015: opportunities, experiences and recommendations. Transport ERA-NET AG ENT19, 2011, 116 s. URL: /19/ Nylund, Nils-Olof, Sähköautojen tulevaisuus Suomessa. Sähköautot liikenne- ja ilmastopolitiikan näkökulmasta. Liikenne- ja viestintäministeriön julkaisuja (124)

18 4.5 EV-NORDEN (VTT, 2011) 4.6 NoSlone (VTT, 2012) 2.7 Demonstraatiohankkeet Tässä raportissa ei referoida jo päättyneitä yritysten vastuulla olevia demonstraatiohankkeita. Näitä hankkeita ovat olleet: Kaasukuorma-autojen demonstraatio o Helsingin kaupunki ja Lassila & Tikanoja o päättyi vuoden 2009 lopulla Uusiutuvan NExBTL-dieselpolttoaineen demonstrointi pääkaupunkiseudun bussikalustossa (OPTIBIO) o HSL, Neste Oil & Proventia Emission Control o päättyi vuoden 2010 lopulla Korkeaseosteinen FFV-autojen RE85 etanolipolttoaine o St1 o kokeilu aluksi pääkaupunkiseudulla o jakelun laajentuminen koko maahan 2011 Vuonna 2011 käynnistyi ensimmäinen varsinainen TransEco-kokonaisuuden demonstraatio, joka koskee etanolikäyttöisiä raskaita ajoneuvoja. Sitä edelsi selvitysosio, joka toteutettiin RE85-biopolttoainetutkimuksen osana. Hankkeen toimeenpanija on St1 yhdessä VTT:n kanssa, ja toistaiseksi mukana on kolme autoja operoivaa yritystä, Valio, Lassila & Tikanoja ja Sita Finland, joilla kullakin on yksi Scania P270 -etanolikuorma-auto. Vuonna 2012 käynnistyi EVE-ohjelman alaisen Electric Commercial Vehicle (ECV) hankekokonaisuuden osana sähköbussien kokeilu Espossa Veolian ja VTT:n yhteistyönä 5.1 Raskaiden etanolikäyttöisten autojen käyttökoe (St1, 2011) 5.2 ebus kenttäkoe (Veolia, 2012; TEKES/EVE-ohjelma) 2.8 Koordinaatio ja viestintä Koordinaation puitteissa hoidetaan ohjelman jokapäiväistä hallintoa ja kommunikointia ohjelman osapuolten kesken. Koordinaatiosta vastaa VTT. Koordinaation puitteissa VTT palvelee valtionhallintoa help-desk palvelulla. Käytännössä tämä tarkoittaa pienimuotoista konsultaatiota ajoneuvo- ja polttoaineteknisissä kysymyksissä. Ulkopuolisesta viestinnästä vastasi entiseen tapaan Motiva Oy. Rahoitus viestinnän hoitamiseen toteutettiin osana koordinaatioprojektia. 18 (124)

19 Viestinnän osalta vuoden 2012 keskeinen tapahtuma oli Vuosiseminaari, joka järjestettiin lähinnä TransEcon sidosryhmäläisille suunnattuna. Teemana oli Tieliikenteen uudet energialähteet yhteistyöllä eteenpäin! Kuva 2.1 Seminaariyleisöä, alustajana johtoryhmän jäsen Saara Jääskeläinen. Kuva 2.2 Seminaarin yhteydessä oli näytteillä sähkö- ja hybridiautoja. Sitä edelsi aamupäivän mittainen tutkijaseminaari otsikolla Kansainvälinen yhteistyö lisää suomalaisen liikennetutkimuksen näkyvyyttä, joka nimensä mukaisesti painottui kansainvälisiin hankkeisiin. Seminaarien aineistot sekä tiedotteet löytyvät TransEcon verkkosivuilta ositteesta 19 (124)

20 3 Ohjelman rahoitus ja johtaminen 3.1 Rahoitus Ohjelman rahoitus on koottu siten, että osaprojekteihin on tapauskohtaisesti haettu rahoitusta eri rahoituslähteistä. Toimintamalli ei siis ole sellainen, että TransEcolle olisi annettu eri rahoittajien toimesta tietty rahoitus, jota sitten jaetaan eri projekteille. Eri rahoittajat sitoutuivat vuonna vuoden rahoitusjaksoon. Suurin yksittäinen rahoittaja on ollut Tekes. Yhteissumma TransEcon ajoneuvohankkeisiin vuosille on vähän yli 2 milj.. Keskeiset hankkeet liittyvät energian säästöön raskaassa kalustossa (HDENIQ/VTT & RAMSES/OY) ja sähköautoihin (EFFICARUSE/VTT & Metropolian hanke ajoneuvojen ja työkoneiden sähköisen voimansiirron kehittämisestä). Lisäksi TEKES rahoittaa sähköautoihin liittyvää yhteispohjoismaista (Nordic Energy Research) tutkimusta. Muita merkittäviä rahoitussitoumuksia ovat: Työ- ja elinkeinoministeriö: biopolttoainetutkimus yhteensä 600 k vuosille (lisäksi TEM kattoi jaksolla Motivan kustannukset ulkoisesta viestinnästä) Valtiovarainministeriö: veromallit, ohjauskeinot ja skenaariotarkastelut yhteensä 300 k vuosille Liikenne- ja viestintäministeriö yhteensä 660 k vuosille (sisältäen 80 k vuoden 2010 sähköautohankkeisiin) Ajoneuvohallintokeskus AKE 120 k vuodelle 2009 ja TraFi yhteensä 400 k vuosille Liikennevirasto, yhteensä 150 k vuosille St1: biopolttoaine- ja sähköautotutkimus yhteensä vuosille Neste Oil: biopolttoaine- ja energiansäästötutkimus yhteensä vuosille YTV: energiansäästötutkimus vuodelle 2009 HKL Suunnitteluyksikkö: energiansäästötutkimus vuodelle 2009 HSL: yhteensä 390 k vuosille Fortum: sähköautotutkimus yhteensä vuosille Liikennevirasto: hankkeen koordinaatio vuosille 2010 ja 2011 sekä tutkimushankkeita , yhteensä VTT: omarahoitusosuus yhteensä 2.2 milj. vuosille Toimintavuosien yhteenlaskettu rahoitus on noin 10 M. 3.2 Johtoryhmä TransEcon johtoryhmän kokoonpano vuoden 2012 lopulla oli seuraava (varsinaiset jäsenet): 20 (124)

21 Ari Juva, puheenjohtaja TEM: Jukka Saarinen VM: Leo Parkkonen LVM: Saara Jääskeläinen YM: Risto Kuusisto Tekes: Martti Korkiakoski TraFi: Kari Alppivuori Liikennevirasto: Mikko Räsänen Helsingin Seudun Liikenne HSL: Reijo Mäkinen Neste Oil: Osmo Kammonen ST1: Jari Suominen Öljyalan keskusliitto ÖKL: Helena Vänskä Valmet Automotive: Aimo Åhlman Autotuojat: Tero Kallio Suomen Kuljetus ja Logistiikka SKAL: Sakari Backlund VTT: Kai Sipilä 3.3 Koordinaatio ja viestintä Ohjelman operatiivinen ohjaus ja koordinointi on suoritettu VTT:n toimesta, jossa sitä on johtanut Nils-Olof Nylund apunaan Juhani Laurikko, sekä viestintään liittyvissä toiminnoissa Päivi Aakko-Saksa. Ohjelman viestintää ovat hoitaneet Motivassa Sirpa Mustonen ja Jochim Donner. 3.4 Vuoden 2012 raportointi Tämä vuosiraportti on tiivistetty katsaus osahankkeiden etenemiseen ja tuloksiin vuonna Hankkeet esitellään seuraavissa kappaleissa aihealueittain kohdassa 2 esitetyn järjestyksen mukaisesti. Kaikkia hankkeiden taustatietoja ei kerrata, vaan näiden osalta viitataan aiempien vuosien vuosiraportteihin. 2009: : : 21 (124)

22 22 (124)

23 4 Ajoneuvotutkimus 23 (124)

24 4.1 EFFICARUSE Käyttäjälähtöiset toimenpiteet henkilöautoliikenteen energiatehokkuuden parantamisen välineinä Hankekoodi 1.1 Vastuutaho VTT Raportointi Juhani Laurikko, Jukka Nuottimäki Lähtökohta ja tavoitteet Henkilöauton käytön ja koko henkilöliikenteen energiatehokkuus riippuu useasta osatekijästä, joista huomattava osa on käyttäjästä riippuvia. Ajoneuvon omistaja (tai haltija) ja käyttäjä voivat omilla toimillaan vaikuttaa ajoneuvon energian kulutukseen. Tässä hankkeessa on tarkoitus tarkastella näitä käyttäjälähtöisiä toimia ja valintoja, sekä niitä mahdollisuuksia, joita ne tarjoavat henkilöautojen energian käytön vähentämiseen. Hankkeen tavoitteiden yksityiskohtaisempi kuvaus sisältyy vuoden 2009 Trans- Eco-vuosiraporttiin Energiatehokas auton käyttö Auton energiatehokas käyttö voidaan jakaa kahteen osa-alueeseen, auton energian tarpeen minimointiin ja ajossa tarvittavan tehon taloudelliseen tuottamiseen. Yhdistettynä nämä osa-alueet muodostavat perustan taloudelliselle ajotavalle. Taloudellista tehontuottoa tutkittiin hankkeen aiemmassa vaiheessa vuosina 2010 ja Samalla selvitettiin eri ajoneuvojen ajovastuksia sekä ajosyklin vaikutusta ajovastusten jakautumiseen suoritteen aikana. Tutkimuksen aiemmissa vaiheissa kerätty tieto energiatarpeen minimoinnista sekä taloudellisesta tehontuotosta yhdistettiin vuonna 2012 taloudellisen ajotavan mittauksiin ENERGIATARPEEN MINIMOINTI Ajoneuvon energiantarpeeseen voidaan vaikuttaa valitsemalla käyttöön nähden optimaalinen ajoneuvo. Tämän lisäksi ajoneuvon energiantarvetta voidaan vähentää auton elinkaaren aikaisilla ratkaisuilla (huolto ja ylläpito, rengasvalinnat), reitinvalinnalla sekä liikennetilanteiden ennakoinnilla. Energiantarpeeseen voidaan toisin sanoen vaikuttaa minimoimalla ajovastukset sekä tarpeettomat nopeuden muutokset. Vuonna 2012 tätä tehtäväkenttää lähestyttiin rengasmittauksin sekä taloudellisen ajotavan mittauksin. Tutkimusta jatketaan vuonna 2013 vielä taloudellisen ajotavan teoriaan liittyen. Taloudellista ajotapaa varten tarkistettiin ajoneuvon rullaukseen liittyvä tietämys selvittämällä moottorijarrutuksen sekä ajoneuvon vapaana rullauksen hyödyt eri ajotilanteissa. Vuonna 2013 pureudutaan vielä tarkemmin erikokoisten ajoneuvojen ajovastusten jakautumiseen rullaus- ja ilmanvastuksen suhteen ja pyritään ymmärtämään paremmin eri säästökeinojen potentiaali auton kokoluokan ja ajosuoritteen suhteen. 24 (124)

25 RENGASMITTAUKSET Rengasmittausten tavoitteena on selvittää rengasvalintojen vaikutus ajoneuvon energiankulutukseen. Mittausten avulla pyritään selvittämään mitkä tekijät, renkaan vierintävastuksen lisäksi, vaikuttavat renkaan aiheuttamaan energiankulutukseen. Olosuhteiden vakioimiseksi ja ulkoisten tekijöiden minimoimiseksi, mutta ajoneuvo huomioiden, mittaukset suorittiin ajoneuvodynamometrillä laboratorio-olosuhteissa. Testiajoneuvona käytettiin 1.2 TSI moottorilla varustettua Volkswagen Golfia, jonka polttoaineenkulutus mitattiin sekä vaa alta että pakokaasupäästöistä. Laboratorion dynamometrin avulla renkailla tehty työ voitiin mitata ja ottaa huomioon mittaustuloksissa. Ajo-ohjelmana mittauksissa käytettiin kuvassa esitettyä tyyppihyväksynnässäkin käytettävää New European Driving Cycle:a (NEDC). ECE15 EUDC Kuva Tyyppihyväksyntämittauksissa käytettä ajo-ohjelma New European Driving Cycle Raportointikaudella toteutetut rengasmittaukset ovat suoraa jatkumoa vuonna 2011 suoritetuille mittauksille. Mittausrenkaiden saatavuusongelmista johtuen tutkittavien rengastusvariaatioiden määrää jouduttiin vähentämään alkuperäisestä suunnitelmasta, minkä vuoksi vuoden 2012 mittauksissa tutkittiin pääosin renkaan halkaisijan vaikutusta energian kulutukseen. Tutkitut renkaat ovat samaa merkkiä ja mallia kuin vuoden 2011 mittausrenkaat 5 ja 7. Vuoden 2011 perussarjan mittaukset toteutettiin Golf-kokoluokan autojen yleisellä rengaskoolla 205/55 R16. Vuoden 2012 mittauksissa tutkittiin renkaan leveyden kaventamisen vaikutusta 195/65 R15 kokoluokan renkailla, joiden leveys on 10 mm pienempi ja laskennallinen halkaisija on 0,4 % suurempi perussarjan rengaskokoon nähden. Renkaan halkaisijan kasvattamisen vaikutusta tutkittiin 205/60 R16 kokoluokan renkailla, jonka laskennallinen halkaisija on 3,2 % perussarjan rengasta suurempi. Lisäksi suoritettiin mittaus kokoluokan 215/55 R16 renkailla, joidenka nimellinen leveys on 10 mm ja halkaisija 1,7 % perussarjan rengasta suurempia. 25 (124)

26 Kuvassa on esitetty NEDC syklin yli mitattu kulutusero ääripäiden välillä, joka oli 6,6 %, eli renkaille laskettua 5,3 % työmäärän erotusta suurempi. Kaikki mittaukset on tehty samoilla vastusarvoilla, joten auto näkee kaikki renkaat lähtökohtaisesti samanlaisina. Tulosten käsittelyssä on huomioitu renkaiden vierinvastuksen aiheuttama muutos todellisiin ajovastuksiin suhteuttamalla mitattu kulutus todellisella työmäärällä. Mittausjärjestely huomioi myös renkaan vaikutuksen kokonaisvälityssuhteeseen. Kuva Rengasmittausten tulokset Tulosten perusteella renkaiden välillä on vierintävastuksen lisäksi eroja myös hyötysuhteessa, jolla rengas välittää moottorin tuottaman tehon tienpintaan. Paras kulutustulos saavutettiin 215/55 R16 renkaalla, joka on auton normaalia rengasta 10 mm leveämpi ja halkaisijaltaan noin 1,7 % suurempi. Hyötysuhteen muutos näkyy vertailtaessa halkaisijaltaan lähes samankokoisten renkaiden, eli 205/55 R16 ja 195/65 R15 välisiä mitattuja kulutuksia. Renkaiden välillä havaitun hyötysuhteen muutoksen lisäksi kapeamman ja korkeampiprofiilisen renkaan (195/65 R15) polttoaineen kulutuksen kasvuun vaikutti sen aiheuttaman työmäärän kasvaminen syklin yli. Tuloksista ei voi päätellä aiheutuuko kulutuksen lasku renkaan leveyden kasvusta vai matalammasta rengasprofiilista. Sen sijaan tuloksista havaitaan että renkaan halkaisijan kasvattaminen, eli kokonaisvälityssuhteen pidentäminen, korreloi polttoaineen kulutuksen hienoisen laskun kanssa. 26 (124)

27 TALOUDELLINEN TEHONTUOTTO Taloudellista tehontuottoa tutkittiin hankkeen aiemmassa vaiheessa vuosina 2010 ja Samalla selvitettiin eri ajoneuvojen ajovastuksia sekä ajosyklin vaikutusta ajovastusten jakautumiseen suoritteen aikana. Tutkimuksen aiemmissa vaiheissa kerätty tieto energiatarpeen minimoinnista sekä taloudellisesta tehontuotosta yhdistettiin vuonna 2012 taloudellisen ajotavan mittauksiin. Tutkimusta jatketaan vuonna 2013 vielä taloudellisen ajotavan teoriaan liittyen. Taloudellista ajotapaa varten tarkistettiin ajoneuvon rullaukseen liittyvä tietämys selvittämällä moottorijarrutuksen sekä ajoneuvon vapaana rullauksen hyödyt eri ajotilanteissa TALOUDELLINEN AJOTAPA Mittaukset suoritettiin laboratoriossa ajoneuvodynamometrillä varioimalla tyyppihyväksynnän ajo-ohjelmaa New European Drive Cycle:a (NEDC), joka on esitetty kuvassa Ajoneuvona mittauksissa oli Volvo V50 henkilöauto, joka on tyypillinen moderni vähänkuluttava dieselajoneuvo. Aiemman kokemuksen perusteella ajotapa vaikuttaa selvästi polttoaineen kulutukseen, mikä oli myös havaittavissa mittaustuloksissa. Tasanopeudella ajettaessa matalampi nopeus kuluttaa lähes poikkeuksetta vähemmän. Mikäli ajosuorite, eli matka pysähdyksineen sekä ja ajoaika halutaan pitää vakiona, tilanne muuttuu hankalammaksi. Taloudellista ajotapaa tutkittiin suorittamalla mittaussarja laboratorio-olosuhteissa varioimalla NEDC kulutussykliä tutkimuksessa aiemmin kerättyjen tietojen mukaisesti. Saavutetut kulutussäästöt eivät ole suoraan vertailukelpoisia muille henkilöautoille, mutta teoreettisesti tulosjärjestys pysyy samana. Kulutuksen lisäksi kokeissa mitattiin auton tekemä työmäärä syklin yli, jonka avulla pyrittiin selvittämään tarkemmin syitä kulutuksen muuttumisen. NEDC ajosykli koostuu kaupunkiajoa kuvaavasta osuudesta (ECE15) sekä maantieajoa kuvaavasta osuudesta (EUDC). Tasaisella nopeudella ajettaessa kuljettajan mahdollisuudet vaikuttaa kulutukseen ovat rajallisemmat kuin runsaasti kiihdytyksiä sisältävässä ajossa. NEDC syklissä ajotavan merkitys onkin suurempi kaupunkiosassa (ECE15) kuin tasaisempivauhtisessa maantieosassa (EUDC). Molemmille osille tehtiin optimoidut ajotavat ja nämä analysoitiin erikseen. Ajonopeuden lisäksi NEDC ajosyklissä vaihteiden käyttö vaihtokohtineen on opastettua. Vuonna 2011 tehdyissä mittauksissa havaittiin vaihteiden käytön optimoinnilla olevan mahdollista saavuttaa autosta riippuen 3-7 % kulutussäästö NEDC ajosyklillä. Edellä mainitusta tuloksesta johtuen kaikki mittausajot suoritettiin käyttäen auton omaa vaihdeopastinta. Optimoimalla vaihteiden vaihtokohtia edelleen, olisi kenties ollut mahdollista parantaa saavutettuja kulutussäästöjä entisestään. Kaikki mittaukset suoritettiin tyyppihyväksyntäkäytännöstä poiketen käyntilämpöisellä moottorilla. KAUPUNKIAJO ECE15 osio koostuu neljästä identtisestä alkeissyklistä. Yksi alkeissykli simuloi ajoa, jossa lähdetään kolme kertaa liikennevaloista tai muusta pysähdyksestä liikkeelle. Ajomatka liikkeellelähdöstä ensimmäiseen pysähdykseen on 50 metriä, siitä seuraavaan 320 ja viimeiseen 620 metriä. Vastaavasti korkeimmat nopeudet edellä mainituilla väleillä ovat 15, 32 ja 50 km/h. Tämä ajo toistetaan yh- 27 (124)

28 teensä neljä kertaa, jolloin kokonaisajometkaksi tulee vähän yli 4 kilometriä. Kuvassa on kuvattu alkeissyklin nopeus ajan funktiona. Kuva Kaupunkiajoa kuvaava alkeissykli Kuvassa esitetyssä ensimmäisessä kokeessa pyrittiin välttämään nopeuden muutoksia ja pitämään nopeus mahdollisimman tasaisena. Huippunopeus oli alkuperäistä alhaisempi ja tasanopeudella ajettiin pidemmän aikaa ennen pysähdystä. Ajettu matka ja keskinopeus pysyivät vakiona, kuten kaikissa ajetuissa sykleissä. Kuva Kaupunkiajon optimointi - Tasanopeusmalli Kuvan mukaisesti ajettuna polttoainetta kului 12 % alkuperäistä ECE15 osiota vähemmän. Kokonaisenergian kulutus laski kiihdytysten tarpeen ja pienemmän huippunopeuden johdosta. Koko syklin työmäärä vähentyikin 38 % alkuperäiseen verrattuna. Kiihdytystilanteissa moottorin kuormitus on korkeampi kuin tasanopeudella, mikä parantaa hyötysuhdetta. Tästä syystä johtuen tasanopeusajolla saavutettu polttoaineen säästö on pienempi kuin työmäärän vähennys. Työmäärää laskettaessa on huomioitu vain positiivinen työ, eli jarrutuksessa kuluva työn on oletettu menevän kokonaan lämpönä hukkaan. 28 (124)

29 Kuvassa esitetyssä variaatioissa maksimoitiin moottorijarrutus. Tässä variaatiossa huippunopeudet ja kuljettu matka pidettiin samoina kuin alkuperäisessä syklissä, mutta jarrujen käyttämisen sijaan vauhtia hidastettiin vain moottorijarrutuksella. Moottorijarrutuksessa kaasupoljin vapautetaan ja vaihde pidetään kytkettynä. Edellisestä tasanopeudella ajosta poiketen, tämä toimintamalli ei vaikuttaisi käytännön ajossa liikenteen sujuvuuteen. Kuva Kaupunkiajon optimointi - Moottorijarrutusmalli Kiihdytys pysyi identtisenä alkuperäiseen sykliin nähden, joten kiihdyttämiseen tarvittava energia eikä tästä johtuva kulutus muuttuneet. Tasanopeusosuuden vähenemisestä johtuen kokonaistyömäärä laski 7 % alkuperäiseen ECE15 sykliin verrattuna. Modernit autot katkaisevat polttoaineensyötön moottorijarrutuksessa, minkä johdosta polttoainetta säästyi tässä variaatiossa 13 %. Kolmannessa variaatiossa käytettiin taloudellisen ajotavan oppeja seuraavan ns. rullausmallin. Kuvassa esitetyssä mallissa pyritään hidastuvuudet suorittamaan rullaamalla vapaalla aina kun mahdollista. Jotta haluttuun keskinopeuteen yllettäisiin, jouduttiin lopuksi kuitenkin jarruttamaan. Mikäli keskinopeudesta voitaisiin tinkiä, olisi säästöpotentiaali todennäköisesti korkeampi. Liikenteessä tällaista ajamista ei voi varauksetta suositella, sillä se voi hankaloittaa liikenteen sujuvuutta ja ärsyttää kanssa-autoilijoita. 29 (124)

30 Kuva Kaupunkiajon optimointi - Rullausmalli Kokonaistyömäärältään rullausmalli sijoittui lähelle tasanopeutta. Kiihdyttäminen hieman suurempaan nopeuteen lisäsi työn määrää tasanopeuteen verrattuna noin 12 %, ollen edelleen 31 % alle alkuperäisen syklin. Kiihdytyksen aikaisen moottorin hyötysuhteen nousun johdosta tämä menetelmä kulutti 24 % vähemmän polttoainetta kuin ECE15 (noin 13 % vähemmän kuin tasanopeus). Ilman lähempää tarkastelua tulos voi vaikuttaa yllättävältä, sillä kuljetaanhan suuri osa matkasta vapaalla rullaten, moottorin toimiessa huonolla hyötysuhteella. Tyhjäkäynnillähän moottori ei tee yhtään tuottavaa työtä, mutta kuluttaa silti polttoainetta. Toisaalta vapaalla rullattaessa myös ajoneuvon liikettä vastustavat ajovastukset ovat minimissään. Tyhjäkäyntikulutus onkin niin pieni, että kokonaiskulutus jää hyvin matalalle tasolle. Moottorin sammuttaminen rullauksen ja paikalla olon ajaksi (yhteensä 150 sekunniksi) toisi lisäsäästöä edelleen noin 42 %. Alkuperäiseen ECE15 ajoohjelmaan verrattuna rullaus moottori sammutettuna nostaisi polttoaineen säästön jo 55 prosenttiin. Tämä on kuitenkin nähtävä ainoastaan teoreettisena, koska moottorin sammuttaminen auton liikkuessa ei kuitenkaan ole mahdollista, sillä useimmissa nykyaikaisissa henkilöautoissa sekä ohjaus- että jarrutehostimet toimivat vain moottorin ollessa käynnissä, joten yllättävissä tilanteissa onnettomuusriski olisi suuri. Hybridiautoissa ohjaus- ja jarrutehostimet ovat polttomoottorista riippumattomia, joten niillä kuvattu ajotapa on mahdollinen. Kuvassa esitetty viimeinen ajotapavariaatio oli samanlainen kuin edellinen hidastuvuuden osalta mutta kiihdytys tehtiin nopeammin ja paremmalla hyötysuhteella. 30 (124)

31 Kuva Kaupunkiajo - Rullausmalli ripeämmällä kiihdytyksellä Ripeämpi kiihdytys pienensi rullausmallin polttoaineenkulutusta vielä 0,4 % ollen 24 % alle alkuperäisen ECE15 syklin kulutuksen. Moottorin sammuttamisella olisi samansuuntainen, joskin suurempi vaikutus kuin edellisessä kokeessa. Tämä johtuu ripeämmän kiihdytyksen mahdollistamasta pidemmästä rullausajasta. Moottorin sammuttaminen rullauksen ja paikalla olon ajaksi (yhteensä 170 sekunniksi) toisi rullausmalliin lisäsäästöä edelleen lähes 49 %. Alkuperäiseen ECE15 ajo-ohjelmaan verrattuna rullaus moottori sammutettuna nostaisi polttoaineen säästön jo noin 61 %. Ajamisen kokonaishyötysuhteesta saadaan kuva vertailemalla eri syklien ominaiskulutuksia. Vertaamalla kulutettua polttoainetta tehtyyn työhön saadaan moottorienkin tunnuslukuna käytetty g/kwh. Aiemmissa vuonna 2011 tehdyissä mittauksissa mittasimme kyseiselle automallille ominaiskulutukseksi 220 g/kwh parhaassa pisteessä (2500 rpm / 80 % kuorma) Taulukko Kaupunkiajo - Yhteenveto tuloksista Sykli Työmäärä [Wh/km] Suhteellinen työmäärä Ominaiskulutus [g/kwh] Kulutus [l/100 km] Suhteellinen kulutus ECE % % Tasanopeus % % Moottorijarrutus % % Rullaus % % Nopea kiihdytys % % Taulukosta nähdään, että ajosuoritteen yli mitattu ominaiskulutus on korkea ja hyötysuhteet hyvin alhaisia. Tämä johtuu suuresta määrästä tyhjäkäyntiä, moottorin alhaisesta kuormitustasosta tasanopeuden aikana ja syklien sisältämistä useista jarrutuksista. Lisäksi mitatuissa sykleissä ajonopeudet ovat matalia ja kiihdytykset maltillisia, jolloin moottorin kuormitus ei nouse optimaaliselle alu- 31 (124)

32 eelle. Vain hyvin pieni osa ajosta suoritetaan hyvällä hyötysuhteella. Taulukosta on merkille pantavaa, ettei parhaalla hyötysuhteella, eli pienimmällä ominaiskulutuksella, saavuteta pienintä kulutusta ajosuoritetta kohden. Myöskään työmäärän minimointi ei automaattisesti johda pienimpään kulutuslukemaan. Optimaalinen kulutustulos saavutetaan nopean kiihdytyksen ja rullauksen avulla minimoimalla työmäärä, mutta nostamalla moottorin kuormitus riittävän korkeaksi nopeiden kiihdytysten avulla. Kaupunkiajo-osuus kestää kokonaisuudessaan 780 sekuntia ja nopean kiihdytyksen rullausmallista joutokäyntiä on noin 680 sekuntia, eli peräti 87 %. Ottamalla tarkasteluun mukaan variaatio, jossa moottori sammutetaan sekä vapaalla rullauksen että pysähdyksissä ollessa joutokäynnin ajaksi, saadaan ominaiskulutustulokseksi 357 g/kwh ja polttoaineen kulutuslukemaksi 2,18 l/100 km. Tämä ajotapa ei ole kuitenkaan liikenneturvan eikä liikenteen sujuvuuden kannalta suositeltava. MAANTIEAJO NEDC ajo-ohjelman sisältämällä maantieosuudella (EUDC) tehtiin kaupunkiajoa vastaavat kokeet, mutta aiempien tulosten perusteella siirryttiin kaikissa ajotapavariaatioissa suoraan nopeampaan kiihdytykseen. Myös nämä kokeet ajettiin auton oman vaihtonäytön mukaan ja pitäen keskinopeus syklin yli vakiona. Eri ajotapavariaatiot eivät näin ollen vaikuttaneet kuljettuun matkaan eivätkä matka-aikaan. Kuvassa on esitetty alkuperäinen EUDC sykli, jolla suoritettiin referenssimittaus. Kuva Maantieajo - referenssinä toiminut EUDC ajo-ohjelma Kuvassa on esitetty tasanopeustesti. Mittauksessa pidettiin edelleen selkeät pykälät nopeudenmuutoksissa, joilla kuvattiin esimerkiksi nopeusrajoituksien muuttumista tai muuta liikennettä. Huippunopeus rajoitettiin polttoaineensäästön takia. 32 (124)

33 Kuva Maantieajo - tasanopeusmalli Tasaisemmalla nopeudella ajaminen pienensi ajon yli tehtyä työmäärää 14 % ja säästi polttoainetta noin 6 %. Toisena variaationa mitattiin tasaisemman nopeuden ja maksimaalisen moottorijarrutuksen yhdistelmää, joka on esitetty kuvassa Variaatioon otettiin tasanopeusajon mukaiset kiihdytykset, mutta muutettiin ajotapaa siten että pystyttiin hyödyntämään enemmän moottorijarrutusta. Jotta ajosuoritteen keskinopeus pysyisi samana, jouduttiin nopeuksia hieman korottamaan tasanopeusajosta, mutta ei kuitenkaan yli alkuperäisen syklin nopeuden. Kuva Maantieajo - Moottorijarrutusmalli Työmäärä oli hieman tasanopeussykliä suurempi, ollen kuitenkin 9 % alle alkuperäisen syklin työmäärän. Polttoaineen kulutus pieneni edelleen ja oli 12 % pienempi alkuperäiseen EUDC ajo-ohjelmaan verrattuna. Kaupunkiajossa moottorijarrutus ja tasanopeus olivat kulutuksen suhteen melko tasavertaisia, mutta maantieajossa moottorijarrutus oli selvästi taloudellisempi ajotapa. 33 (124)

34 Vaihde vapaalla rullaamisen lähtökohdaksi otettiin moottorijarrutuksen optimoiva ajotapa. Kuvassa esitetty syklien nopeusprofiilien välinen ero jäi pieneksi, koska keskinopeus ja aika pidettiin edelleen vakiona. Moottorijarrutusta pienemmästä jarruttavasta voimasta johtuen vapaalla rullaus voitiin kuitenkin aloittaa hieman aikaisemmin. Kuva Maantieajo - Vaihde vapaalla rullaus -malli Rullaus- ja moottorijarrutussyklien nopeusprofiilien välinen ero oli hyvin pieni ja myös kulutuserot olivat vähäisiä. Vaihde vapaalla rullaaminen oli yhden prosenttiyksikön kannattavampi moottorijarrutukseen nähden, säästäen polttoainetta 13 % referenssimittaukseen verrattuna. Ottamalla tarkasteluun mukaan variaatio, jossa moottori olisi sammutettu vapaalla rullatessa, olisi polttoaineen säästö noussut edelleen noin 18 prosenttiin. Maantieajossa hyötysuhde nousi oletusten mukaisesti kaupunkiajoa paremmaksi, kun suurempi ajonopeus nosti moottorin kuormitusta parantaen samalla moottorin hyötysuhdetta. Paremman hyötysuhteen saavuttamista edesauttoi myös kaupunkiajoa huomattavasti vähäisempi tyhjäkäyntiosuus. Taulukko Maantieajo - Yhteenveto tuloksista Sykli Työmäärä [Wh/km] Suhteellinen työmäärä Kulutus [l/100 km] Ominaiskulutus [g/kwh] Suhteellinen kulutus EUDC % 384 4, % Tasanopeus % 424 3,89 94 % Moottorijarrutus % 372 3,64 88 % Rullaus % 394 3,59 87 % Mittaustulosten mukaan ajotavoista tasaisempi nopeus, rullaaminen vapaalla sekä moottorijarrutus vähentävät kaikki polttoaineen kulutusta. Rivakampi kiihdyttäminen edesauttoi myös kulutuksen vähentämisessä, joskin on huomattava, että ripeällä kiihdytyksellä saavutettu hyöty olisi pienentynyt mikäli keskinopeuden 34 (124)

35 olisi annettu nousta, sillä suurempi keskinopeus olisi kasvattanut syklin yli tehtyä työmäärää. Vaikka suurimmat polttoainesäästöt mitattiin vapaalla rullattaessa, ei mittauksissa voitu huomioida kaikkia liikenneympäristön muuttujia ja joissain tilanteissa erot voivat olla marginaalisia. Esimerkiksi jyrkässä alamäessä, jossa nopeus kiihtyisi muutoin liian suureksi, on taloudellisinta käyttää edelleen moottorijarrutusta pyöräjarrujen sijaan tyhjäkäyntikulutuksen eliminoimiseksi. Myös äkillisissä tilanteissa, joissa on pakko pysäyttää ajoneuvo nopeasti, kannattaa edelleen käyttää moottorijarrutusta. Käytettävän ajoneuvon tyhjäkäyntikulutus sekä moottorijarrutuksen voimakkuus vaikuttavat vapaalla rullauksen ja moottorijarrutuksen hyötysuhteeseen, ja näin ollen ko. ajoneuvon optimaaliseen ajotapaan. Yleensä moottorijarrutus on voimakkaampi suurissa moottoreissa, joiden tyhjäkäyntikulutuskin on suuri. Moottorijarrutuksen voimakkuuteen vaikuttaa myös auton välityssuhde, eli käytettävä vaihde. Tulosten mukaisen optimaalisen ajotavan käyttäminen ei ole suositeltavaa tämän ajotavan muuhun liikenteeseen mahdollisesti heijastuvan negatiivisen vaikutuksen vuoksi. Tuloksista voidaan sen sijaan päätellä, että jo nopeudenmuutosten välttämisellä sekä alhaisemmilla huippunopeuksilla saavutetaan pienempi polttoaineen kulutus, matka-ajan ja muun liikenteen tästä kärsimättä. Pääsääntöisesti tasanopeutta tulisi ajaa suurimmalla vaihteella, jolla moottori vetää vielä ongelmitta. Nopeuden hidastamiseen parhaiten soveltuva metodi riippuu ajoneuvon ominaisuuksista, tarvittavasta hidastusnopeudesta, tieprofiilista sekä muusta liikenteestä. Karrikoiden voidaan sanoa nopeudenmuutosten sekä kaasun ja jarrun käytön minimoimisen johtavan pienempään polttoaineenkulutukseen Markkinoilla olevien autojen vertailu: kulutus ja päästöt todellisessa ajossa Autojen kulutusta ja päästöjä todellisessa ajossa on tutkittu sekä olemassa olevan autokannan osalta, että uudemman markkinoille vasta tulossa olevan tekniikan osalta. Olemassa olevan autokannan kohdalla mittauksissa selvitettiin korkeaseosetanolipolttoaineen mahdollistavien muunnossarjojen vaikutusta ajoneuvon päästöihin ja energiankulutukseen. Samalla kartoitettiin laitteiston asentamiseen liittyviä viranomaismääräyksiä sekä laitteistosta mahdollisesti aiheutuvia riskejä. Uudemman tekniikan osalta tutkimuksessa jatkettiin pakokaasujen jälkikäsittelyn toiminnan tutkimista todellisessa ajossa sekä uusien voimalaitevaihtoehtojen kokonaishyötysuhteen selvittämistä. Molemmat tehtävät jatkuvat vielä vuoden 2013 alkupuolella Korkeaseosetanolipolttoaineen käytön mahdollistava muunnos voidaan käytännössä toteuttaa kahdella tavalla, joko ohjelmoimalla ajoneuvon moottorinohjaus uudelleen tai asentamalla moottorinohjauksen kanssa sarjaan muunnossarja. Muunnoksen toteuttaminen kummalla tahansa tavalla käytännössä vain pidentää polttoainesuuttimien aukioloaikaa, millä kompensoidaan etanolipolttoaineen pienempää volumetristä energiasisältöä. Vuonna 2012 mittasimme ohjelmallisesti korkeaseosetanolipolttoaineelle muunnetun ajoneuvon, sekä kolmella eri muunnossarjalla varustettuja autoja. Tutkimus jatkuu vielä vuonna 2013 vähintään yhden muunnossarjan mittauksilla ennen hankkeen tulosten raportointia. 35 (124)

36 Mittauksissa selvitetään myös muuntamattoman ajoneuvon päästöjä ajettaessa korkeaseosetanolin ja bensiinin seoksella. Uutta tekniikkaa koskevassa osiossa mitattiin raportointikaudella yhteensä 7 ajoneuvoa. Ajoneuvoista kaksi oli täysin akkusähkökäyttöisiä, yksi bensiinikäyttöinen sarjahybridi, kaksi diesel- sekä kaksi bensiinikäyttöistä autoa. Tutkimusta jatketaan vuonna 2013 vielä ainakin yhden ns. flexifuel ajoneuvon, kahden dieselajoneuvon, dieselhybridin ja saatavuudesta riippuen yhden maakaasukäyttöisen ajoneuvon mittauksilla HIILIDIOKSIDIPÄÄSTÖJEN MITTAAMINEN HENKILÖAUTOISTA TYYPPIHYVÄKSYNTÄTESTIN MUKAISESTI Euroopan Unioni on pyrkinyt aktiivisesti vähentämään kasvihuonekaasupäästöjä Euroopan alueella. Tieliikenne yksistään aiheuttaa noin 20 % EU:n alueen hiilidioksidipäästöistä ollen yksi merkittävistä hiilidioksidipäästöjen lähteistä. Hillitäkseen tieliikenteestä aiheutuvien CO 2 päästöjen kasvua, EU on asettanut ajoneuvovalmistajille sitovat tavoitteet EU:hun myytyjen henkilöautojen keskimääräiselle hiilidioksidipäästölle kilometriä kohden. Vuoteen 2015 mennessä raja laskee arvoon 130 g CO 2 /km, josta raja tiukentuu asteittain arvoon 95 g CO 2 /km vuoteen 2020 mennessä. Mikäli valmistaja ei yllä asetettuun tavoitteiseen, se joutuu maksamaan korvauksia. Edellä mainittu menettely ja tavoitearvot on määritelty Komission asetuksessa (EY) N:o 443/2009 Asetus on vaikuttanut selvästi myynnissä olevien autojen hiilidioksidipäästöjen laskuun, mutta samalla kuluttajilta tulevan tiedon mukaan ilmoitettujen kulutuslukemien saavuttaminen normaalissa ajossa on vaikeutunut. Tutkimuksen tavoitteena oli mitata joukosta markkinoilla olevia henkilöautoja polttoaineen kulutus ja hiilidioksidipäästö siten, että tuloksella on mahdollisimman hyvä vertailukelpoisuus valmistajan ilmoittamaan, tyyppihyväksymisen yhteydessä direktiivin 80/1268/EEC vaatimusten mukaisesti mitattuun hiilidioksidipäästöön. Aloite tutkimukseen tuli Tekniikan Maailma lehdeltä, joka halusi selvittää, miten valmistajien ilmoittamat hiilidioksidipäästö- ja polttoaineen kulutusarvot vertautuvat maantie- ja laboratoriotesteissä käytännössä saavutettaviin tuloksiin. Lehti myös osallistui tutkimuksen kustannuksiin. Mittaustulokset on julkaistu VTT tutkimusraporttina Hiilidioksidipäästöjen mittaaminen henkilöautoista tyyppihyväksymistestin mukaisesti [1] (VTT-R ) sekä Tekniikan Maailma lehden artikkelina lehden numerossa 15/2012. Tutkimukseen valikoitiin yhteensä 10 henkilöautoa, joista puolet käytti polttoaineenaan bensiiniä ja puolet dieseliä. Verrattaessa mittausten tuloksena saatuja kulutuslukemia valmistajien ilmoittamiin kulutuksiin havaittiin, että punnitsemalla mitattu polttoaineen kulutus (EU-yhdistetty) oli bensiinikäyttöisissä autoissa keskimäärin 28 % ja dieselautoissa keskimäärin 36 % suurempi kuin valmistajan ilmoittama arvo. Myös mitatut hiilidioksidipäästöt olivat keskimäärin 24 % suuremmat kuin valmistajan ilmoittamat tyyppiarvot. Bensiinikäyttöisissä autoissa ylitys oli keskimäärin noin 19 % ja dieselmoottorisissa vastaavasti noin 29 %. Kuvassa tulokset graafisessa muodossa. 36 (124)

37 Kuva Yhteenveto punnitsemalla mitatuista kulutustuloksista Mitatut, ilmoitettua korkeammat polttoaineen kulutukset ja hiilidioksidipäästöt viittaavat suurempaan kokonaisenergian tarpeeseen. Jos mittauksissa käytetyt, kokeellisesti määritetyt ajovastukset ovat suuremmat kuin tyyppihyväksymisen pohjana olevassa mittauksessa, tarvitaan ajo-ohjelman läpi ajamiseen enemmän tehoa, jolloin myös energiaa kuluu enemmän, mikä heijastuu kasvaneena polttoaineen kulutuksena. Myös kirjallisuudessa esiintyy viitteitä siitä, että tyyppihyväksymisessä käytettävät ajovastukset ovat usein paljonkin pienemmät kuin rullauskokeessa käytännön olosuhteissa määritetyt /20/ Sähköautojen energiatase ja -talous Tutkimuksen sähköautojen energiatasetta ja taloutta koskeva osio saatettiin päätökseen raportointikaudella ja hankeen loppuraportti on viimeistelyä vaille valmis. Hankkeen aikana on tutkittu hybridin (HEV) ja lataushybridin (PHEV) energiankulutusta kenttätestin sekä laboratoriomittausten avulla, rakennettu mittausvalmiudet sähköautojen laboratoriomittauksille dynamometrillä sekä tutkittu sähköautojen energiatasetta ja osajärjestelmien energiataloutta. Vuonna 2012 suoritetut sähköautojen laboratoriomittaukset tuottivat tietoa sähköautojen kylmäkäytöstä sekä tukivat uuden voimalinjateknologian vertailututkimusta. Jo ennen varsinaisen loppuraportin valmistumista tuloksia on julkistettu seminaari- [2] ja konferenssiesitelmissä [3] Julkaisut ja konferenssiesitelmät Hankkeen tutkimustuloksia on julkaistu raportointikaudella: /20/ Peter Mock, John German, Anup Bandivadekar, Iddo Riemersma. Discrepancies between type approval and real-world fuel consumption and CO 2 values. Assessment for European passenger cars. International Council on Clean Transportation (ICCT), Paper number: April p. 37 (124)

38 [1] Juhani Laurikko ja Jukka Nuottimäki, Hiilidioksidipäästöjen mittaaminen henkilöautoista tyyppihyväksymistestin mukaisesti, Tutkimusraportti VTT-R [2] Juhani Laurikko, Hybridiautojen toimivuus pohjoisissa olosuhteissa. TransEco-vuosiseminaari [3] LAURIKKO, Juhani; NUOTTIMÄKI, Jukka; NYLUND, Nils-Olof, Improvements in Test Protocols for Electric Vehicles to Determine Range and Total Energy Consumption, Paper F2012-E14-032, Proc. of FISITA 2012 World Automotive Congress, Beijing, China,, November Lisätietoja: ja 38 (124)

39 4.2 HDENIQ - Energiatehokas ja älykäs raskas ajoneuvo Hankekoodi 1.2 Vastuutaho VTT Raportointi Petri Laine, Hannu Kuutti, Micke Bergman, Paula Silvonen Lähtökohta ja tavoitteet HDENIQ-projektissa tutkittiin mahdollisuuksia vähentää raskaiden ajoneuvojen energiankulutusta ja päästöjä sekä parantaa turvallisuutta teknisin keinoin. Projekti on tuottanut tietoa eri tekniikoiden säästöpotentiaaleista ja kehittänyt projektin tavoitteita tukevia innovatiivisia ICT-järjestelmiä Tutkimuksen kohteet ja alatehtävät Yleisesti voidaan todeta että vaikka valmistajat ovat tehneet runsaasti työtä raskaan kaluston energiatehokkuuden parantamiseksi, voidaan energiatehokkuutta edelleen parantaa jopa huomattavissa määrin. Merkittäviä selkeäsi hyödyntämättömiä säästöpotentiaaleja löytyy mm. alueilta, jotka ovat sidoksissa laajempaan kokonaisuuteen, johon ajoneuvovalmistajat eivät pysty yksistään vaikuttamaan. Tällaisia ovat esim. energiaa säästävät aerodynamiikkaratkaisut, joissa rajoitteita syntyy mm. ajoneuvojen mittoja rajoittavista lakisäädöksistä (hyötykuorman osuus maksimoitava tilankäytön kannalta) ja päällirakenteiden valmistusketjusta, jossa ajoneuvon ja päällirakenteen suunnittelu tehdään erillisinä. Toinen esimerkki on kokonaisvaltaiset ICT-järjestelmät. ICT-järjestelmillä voidaan vaikuttaa ajotapaan, mutta yhden tekijän optimoivat järjestelmät eivät yleensä tuota toivottua tulosta, sillä maksimaalisen hyödyn saavuttamiseksi järjestelmien tulisi liittyä ympäröiviin tietolähteisiin Tutkimuksen sisältö ja tärkeimmät tulokset AERODYNAMIIKKA-DEMONSTRAATIOAJONEUVO Aerodynamiikka-tehtävässä demonstroitiin koko ajoneuvon kattamisen vaikutuksia energiankulutukseen ja turvallisuuteen. Aerodynamiikka-demonstraatioajoneuvo (kuva 4.2.1) valmistui talvella Demonstraatioajoneuvolla toteutettiin sarja ajovastusmittauksia eri kateyhdistelmillä. Eri ajovastuksia vertailtiin alustadynamometrilla mittauksissa ajosuoritteiden yli joiden perusteella ilmanvastuksen vaikutus ajoneuvon energian kulutukseen voitiin määritellä. Energian kulutuksen lisäksi toteutettiin virtauskentän visualisointi demonstraatioajoneuvon ympärillä savupanoksien tuottamalla savulla (kuva 4.2.2). Virtauskentän visualisointi toteutettiin ajoneuvoon kiinnitettyjen savuheitteiden avulla. Ajoneuvoa ajettiin vakionopeudella testialueella ja savun kulkua ajoneuvon ympärillä tarkasteltiin visuaalisesti. Visuaalisen tarkastelun avulla voitiin tehdä arvioita aerodynaamisten katteiden toimivuudesta. 39 (124)

40 Kuva 4.2.1: VTT raskaan kaluston aerodynamiikan demonstraatioajoneuvo. Kuva 4.2.2: Virtauskentän visualisointi aerodynamiikkademonstraation ja perusra-kenteisen yhdistelmän ympärillä. Vaikkakaan visualisointi ei anna kuvaa koko virtauskentästä, voidaan siinä tehdä havaintoja virtauksen käyttäytymistä aerodynaamisesti keskeisten alueiden ympärillä. Näitä ovat: Perusajoneuvossa ilman virtaus pysähtyy muodon pystysuoriin osioihin Perusajoneuvon ympärillä ilman virtaus kokonaisuudessaan huomattavan pyörteilevää Parannesarjassa kuormatilojen välinen osa vaatisi jatkokehitystä. Myös perävaunun johtoreunaa muotoileva kate on yläosastaan liian vähän pyöristetty, osittain katteen alla olevan kylmälaitteiston takia. Ajoneuvon johtoreunan yläosassa virtaus kulkee sulavasti katteen yli Tulosten valossa ero polttoaineenkulutuksessa kokonaan katetun ajoneuvon ja täysin kattamattoman 2000-luvun ajoneuvon välillä oli Transpoint -moottoritiesyklissä n. 23 %. Tämä tarkoittaa 40 % pienempää ilmanvastuskerrointa. 40 (124)

41 Lisäksi ajoneuvodynamiikan simuloinnit antoivat tietoa sivutuulen vaikutuksista ajoneuvon dynamiikkaan. Puuskaisen sivutuulen vaikutuksesta Suomessa on tapahtunut useita vakavia liikenneonnettomuuksia. Ajoneuvoyhdistelmän kaatumiseen mahdollisesti johtava vaarallinen tuulen nopeus määritettiin kasvattamalla ajoneuvoon vaikuttavaa askelmaista tuulta, kunnes jonkin renkaan tiehen kohdistuvan voimavektori saavutti arvon nolla. Tarkastelu tehtiin tasaisella ajoalustalla, jossa renkaan ja tien pinnan välinen kitkakerroin oli 0,80. Ajoneuvoyhdistelmällä oletettiin ajettavan vakionopeutta ja ohjausheräte pidettiin nollassa. Vaarallinen tuulen nopeus määritettiin ajonopeuksille 15, 22 ja 25 m/s (vastaavat ajonopeuksia 55, 80 ja 90 km/h) Kaatumiseen johtava vaarallinen tuulen nopeus tuulen suunnan funktiona on esitetty kuvassa Ylemmässä kuvaajassa on esitetty tuulen nopeus vetoautolle ja alemmassa kuvaajassa puoliperävaunulle. Parametrina kuvaajissa on ajonopeus. l- löin vaarallinen tuulen nopeus oli matalin, vetoautolle 26 m/s ja puoliperävaunulle 25 m/s. Tuloksista havaitaan, että vaarallinen tuulen nopeus puoliperävaunulle oli matalampi kuin vetoautolle. Tämä on johdonmukaista, koska perävaunun sivupintaala suhteessa massaan on suurempi. Ajonopeuden vaikutus vaaralliseen tuulen nopeuteen on selkeä. Esimerkiksi ajonopeuden lasku 22 m/s:sta 15 m/s:ssa nostaa vaarallisen tuulen nopeuden vetoauton tapauksessa arvosta 26 m/s arvoon 30 m/s ja perävaunun tapauksessa arvosta 25 m/s arvoon 28 m/s. Kuva Ajoneuvon kaatumiseen johtava tuulen nopeus tuulen suuntakulman funktiona. Parametrina ajonopeus. Sivutuulen aiheuttama kitkatarve ajoneuvoyhdistelmälle määritettiin suoralla tiellä, jossa renkaan ja tien pinnan välinen kitkakerroin oli 0,80 ja jonka sivukallistuma oli 4,0 %. Tarkastelutilanteessa ajoneuvoyhdistelmään alkoi vaikuttaa vastakkaisen kaistan puolelta tuuli, jonka nopeus ja suunta pysyivät vakioina. Tuulen vaikuttaessa ohjausherätettä säädettiin siten, että sivusuuntainen poikkeama vetoauton etuakselin kohdalla pysyi nollassa. Akselikohtaiset kitkatarpeet määritettiin ajoneuvoyhdistelmän saavutettua vakiotilan. Tarkastellut ajonopeudet ovat 15, 22 ja 25 m/s (vastaavat ajonopeuksia 55, 80 ja 90 km/h), tuulen nopeudet 5, 10, 15, 20 m/s ja tuulen suunnat (124)

42 Thread depth [mm] Akseli- tai telikohtaiset kitkatarpeet määritettiin tuulen suunnan funktiona. Suurimmat kitkatarpeet saavutettiin tuulen suunnan ollessa Tämä tuulen suunta todettiin myös kaatumisen kannalta vaarallisimmaksi. Simuloinnit osoittivat, että - 13 m/s) ajoneuvon hallinnan edellyttämä kitkakerroin on luokkaa 0,20. Ajoneuvoyhdistelmän ohjattavuuden kannalta on hyvä, että etuakselin kitkatarve on pienempi kuin muiden akselien. Vetoauton vetävän akselin kitkatarvetta kasvattaa vetovoiman osuus. Perävaunun kohdalla dollyn telin kitkatarve on suurempi kuin puoliperävaunun telin kitkatarve. Nämä simuloinnit koskevat perusmallista ajoneuvoyhdistelmää, eikä tarkastelua tehty erikseen aerodynamiikaltaan parannellulle yhdistelmälle RENGASTUTKIMUS Rengastutkimuksessa selvitettiin renkaiden voiman välityksen aikaista tehohäviötä vertaamalla ajosyklien kulutustuloksia vapaasti pyörivällä rummulla tehtyihin vierintäkokeisiin ja näistä laskettuihin teoreettisiin kulutusvaikutuksiin. Tulosten perusteella voidaan todeta että vetoakselin renkaiden häviöt muuttuvat oleellisesti vedon alaisina ja renkaiden väliset erot korostuvat. Tulokset menevät myös monessa tapauksessa ristiin, ts. vierintävastus ei kuvasta edes välttävästi vetorenkaan energiatehokkuutta. Energiatehokkuuden ohella tutkittiin myös eri rengastyyppien kulumisnopeutta vertailuajoneuvoissa. Renkaita seurattiin sekä kuorma-autoissa (kuva 4.2.4) että kaupunkibusseissa (kuva 4.2.5). Driven axle tire wear _ 60 tonn Trucks Noktop / Noktop /80 Noktop HKPL D 315/70 Noktop / Milage [km] Kuva 4.2.4: Renkaiden kuluminen kilometrisuoritteen suhteen kausi (124)

43 Thread depth [mm] Driven axle tire wear _ city busses Noktop 45 GT-radial 867 Noktop 21 Bridgestone M788 Mich. X-In City Milage [km] Kuva 4.2.5: Kaupunkibussien renkaiden kuluminen kilometrisuoritteen suhteen. Renkaiden kokonaiskustannusvaikutuksia arvioitaessa sekä kulutus että kulutuskestävyys ovat merkittäviä tekijöitä, unohtamatta tietenkään turvallisuutta. Rengasosiossa kehitettiin myös rengaslaskuri-demo, jolla voi tarkastella eri rengasvaihtoehtojen ja käyttötapojen kokonaiskustannuskertymiä omilla lähtöarvoilla. Vaihtoehtona voi olla esimerkiksi rengas X syksylle ajoitetulla vaihtosyklillä tai renkaat Y talvisin ja renkaat Z kesäisin. Jälkimmäinen vaihtoehto voi säästää polttoaineen kulutuksessa, mutta vastaavasti lisäkustannuksia syntyy ylimääräisestä vaihdosta ja renkaiden kausisäilytyksestä, joskin renkaiden käyttö ikä kasvaa kalenteriajassa. Kuvat ja esittävät eri renkailla mitattuja polttoaineen kulutuksia kuormaja linja-autoissa Mitatut tulokset ovat peräisin dynamometrimittauksista uusilla renkailla. Vastusarvojen määrittely pohjautuu ko. renkaiden rullausvastusmittauksien tuloksiin. Kokeissa on kuitenkin havaittu, että pelkän vierintävastuksen määrittäminen vetorenkaissa ei välttämättä anna todellista kuvaa sen suorituskyvystä. Lisäksi tulokset osoittavat että kuluneet vetorenkaat ovat huomattavasti energiataloudellisempia kuin uudet, vaikka vierintävastuksen ei havaita laskevan samassa suhteessa. 43 (124)

44 Kuva 4.2.6: Raskaan kuorma-auton energian kulutus erityyppisillä uusilla renkailla. Kuva 4.2.7: Kaupunkibussien energian kulutus energian kulutus erityyppisillä uusilla renkailla AJO-OPASTIN Ajo-opastin-tutkimuksessa kehitettiin taustajärjestelmää, jonka avulla bussijärjestelmän toimintaa voidaan optimoida keskitetysti internet-käyttöliittymän avulla. Projektissa kehitettiin myös työkalut linjaston määrittelylle sisältäen mm. aikataulujen lataamisen liikenteen suunnittelijan järjestelmästä ajo-opastimen läh- 44 (124)

45 tötiedoiksi ja nopeusrajoituksien lisäämisen linjoille karttapohjaa hyödyntäen. Nyt kehitetty järjestelmä mahdollistaa myös muiden nopeusohjeistuksien lisäämisen, kuten hidastetöyssyjen tai liikenneturvallisuuden kannalta onnettomuusalttiiden kohteiden huomioimisen järjestelmätasolla. Käyttöliittymään kehitettiin myös puolueeton ajon onnistumisen seurantajärjestelmä, joka huomioi olosuhteet, kellonajan, viikonpäivän ja kausimuutokset. Ajo-opastimen keräämä data analysoitiin ajalta Analyysit tehtiin erikseen Jokeri-linjalle ja Jyväskylässä kerätylle datalle. Analyysissä käytettiin jakoa: opastamattomat ajot, opastetut ajot, sekä viiden parhaan kuljettajan ajot. Analyysi tehtiin kuukausikohtaisesti, ja kuukausittaisista tuloksista laskettiin lopuksi keskiarvot tarkasteltaville suureille. Kuukausikohtaisissa tuloksissa on parhaiden kuljettajien ryhmä muodostettu sen kuukauden parhaiten suoriutuneista kuljettajista, koska pitemmän aikavälin parhailla ei välttämättä ollut jokaisena kuukautena riittävästi ajoja. Tuloksista näkyy selvä korrelaatio pienen polttoaineenkulutuksen, pienen opastuspoikkeaman (opastimen optiminopeuden noudattamisen) ja pienen ylinopeusindeksin välillä. Parhaat kuljettajat myös ajavat vähiten etuajassa. Jokerilinjalla opastetut ovat kuluttaneet seurantajakson aikana keskimäärin 1,5 l/100km vähemmän kuin opastamattomat, ja parhaiden kulutus on ollut keskimäärin jopa 4,3 l/100km alle opastamattomien kuljettajien kulutuksen. Vastaavat keskiarvotulokset opastuspoikkeamassa ovat -29 % opastetuille kuljettajille ja - 31 % parhaille, eli molemmat ryhmät ylittävät ajo-opastimen opastusnopeutta noin 30 % vähemmän kuin opastamattomat kuljettajat. Tuloksista voidaan huomata, että säästöpotentiaali on suuri, jos kuljettajat saadaan noudattamaan ohjenopeutta. Sekä opastetut että parhaat kuljettajat ajoivat noin 10 % vähemmän ylinopeutta kuin opastamattomat ylinopeusindeksillä vertailtaessa. Suurten ylinopeuksien (>10 km/h) osalta luvut olivat -22% ja -33%. Tuloksissa on havaittavissa selvää hiipumista ajo-opastimen käytössä ja seuraamisessa: opastettuja ajoja on koko ajan vähenevä määrä, jolloin muutaman opastinta käyttävän mutta opastusta noudattamattoman kuljettajan muusta opastettujen joukosta poikkeavat tulokset (selvästi suurempi määrä ylinopeuksia, suurempi opastuspoikkeama, suurempi kulutus) vääristävät tunnuslukuja. Kuljettajille annettava säännöllinen palaute ja mahdollisuus päästä näkemään oman suorituksensa tuloksia voisi auttaa ajo-opastimen säästöpotentiaalin realisoimisessa ja ylinopeuksien kuriin saamisessa. Jyväskylässä tulokset ovat samansuuntaisia. Erot kulutuksessa eivät ole yhtä suuria kuin Jokerilinjalla, mutta ylinopeudet ovat pudonneet melko tehokkaasti, ja ajot ovat paremmin aikataulussa. Ylinopeuksia sekä opastetut että parhaat kuljettajat ajoivat noin 28 % vähemmän kuin opastamattomat ylinopeusindeksillä vertailtaessa. Suurten ylinopeuksien (>10 km/h) osalta luvut olivat -22% ja - 28%. Opastettujen keskikulutus oli seurantajaksolla 0,7 l/100km vähemmän kuin opastamattomilla kuljettajilla. Parhaat kuljettajat kuluttivat keskimäärin 1,1 l/100km vähemmän kuin opastamattomat. Opastetuilla opastuspoikkeama on huomattavasti suurempi kuin Jokerilinjalla, eli opastinta ei noudateta keskimäärin läheskään yhtä hyvin, mikä selittänee pienemmät kulutussäästöt. Vastaavat 45 (124)

46 keskiarvotulokset opastuspoikkeamassa olivat -12 % opastetuille ja -20 % parhaille kuljettajille. Jyväskylässä kytkettiin ajo-opastin kaikille kuljettajille kesäkuussa Kun verrataan vuoden 2012 ja 2011 heinä-syyskuuta keskenään, huomataan, että keskimääräinen polttoaineenkulutus kaikkien kuljettajien osalta on laskenut noin 0,2 % ja ylinopeudet noin 10 %. Kulutuksen lasku on merkittävästi vähäisempää kuin yleensä ajo-opastimen käyttöönotossa. Vertailu ei kuitenkaan ole tieteellisesti erityisen vahva, sillä eri vuosien välillä muuttujia on paljon, eikä yhtenäistä referenssiä ole olemassa. Opastimen käyttöönoton jälkeen 2012 opastuspoikkeaman trendi on kuitenkin ollut selvästi laskeva, mikä on johtanut vähitellen parempaan aikataulujen toteutumiseen, ks. kuva Aikataulujen toteutumisraporteista voidaan huomata, että Jokerilinjalla ruuhkaaikaa lukuun ottamatta arkena aikataulussa pysytään melko hyvin, eikä etuajassa ajeta keskimäärin. Toisaalta koska aikataulun toteutumisraportit kuvaavat keskiarvoja, tarkoittaa tasan ajassa toteutuminen keskimäärin käytännössä sitä, että jos välillä ollaan hieman jäljessä, niin välillä ollaan vastaavasti edellä. Koska edellä aikataulusta ajaminen on palvelun kannalta erityisen haitallinen tapahtuma, on ihanteellinen pysäkkiaika hieman aikataulussa jäljessä, esim. 1-3 min. Näin ollen taulukossa toteutumat, joissa aikataulusta on oltu keskimäärin 2-3 minuuttia myöhässä, ovat todennäköisesti lähellä optimaalista. 46 (124)

47 Kuva 4.2.8: Opastuspoikkeaman ja aikataulun toteutumisen kehitys, kun kaikki ajot ovat opastettuja. Ruuhka-aikana aikataulu kaipaisi joidenkin vuorojen väljentämistä, sillä aikataulusta ollaan näissä jäljessä yli 5 minuuttia päätepysäkillä. Ruuhka-aikana Itäkeskus-Pitäjänmäen asema -väli, ja Westendinasema-Huopalahden asema -väli toiseen suuntaan, aikataulussa pysytään, mutta loppureitillä jäädään jälkeen keskimäärin enemmän kuin olisi ihanteellista. Viikonloppuna ajetaan etuajassa, mutta silti ilman suuria ylinopeuksia. Yleensä ylinopeudet keskittyvät 40km/h nopeusrajoitusalueille ja viimeiselle pysäkkivälille ennen päätepysäkkiä. Jyväskylän tarkastelluilla linjoilla on enemmän aikataulupoikkeamia. Kaikilla linjoilla ajetaan noin 1-4 minuuttia etuajassa keskustan tasauspysäkille, samoin tasauspysäkkiä edeltäville 5-10 pysäkille. Tasauspysäkiltä lähdettäessä ollaan aikataulussa, mutta linjan loppua kohden ajetaan jälleen etuajassa 1-4 minuuttia. Keskimäärin 4 minuuttia etuajassa tarkoittaa siis käytännössä sitä että osa kuljettajista ajaa järjestelmällisesti yli 10 min etuajassa. Tilanne on aikataulujen suhteen samanlainen sekä arkena että viikonloppuisin, mutta viikonloppuna ajetaan 47 (124)

48 NOx g/km hieman enemmän ylinopeutta. Samoin kuin Jokerilinjalla, suuremmat ylinopeudet keskittyvät 40 km/h nopeusrajoitusalueille. Opastetut kuljettajat ajavat vähemmän etuajassa kuin opastamattomat KAUPUNKIBUSSIEN MITTAUKSET Kaupunkibussien mittauksissa tuotettiin uutta tietoa uusien bussityyppien todellista kaupunkiajoa vastaavista päästöistä ja energiankulutuksesta. Mittauksiin saatiin useita uusia perinteiseen teknologiaan perustuvia EEV -päästötasoa edustavia autotyyppejä, mutta tämän lisäksi päästötietokantaan saatiin myös ensimmäiset hybridit, etanolibussi ja kevytrakenneauto. Säänneltyjen (kuten typen oksidit ja partikkelit) päästöjen ohella tutkittiin myös eri päästöteknologioiden aiheuttamia muita sääntelyn ulkopuolisia päästökomponentteja ja selvitettiin päästöjen kehittymistä kylmissä olosuhteissa. Esimerkkeinä tuloksista kuvassa esitetty kaupunkilinja-autojen lähipäästöt ja kuvassa esitetty hybridilinjaautojen polttoaineen kulutus. Kaupunkibussien yhteydessä vertailtiin myös tiettyjen teknisten vaihtoehtojen vaikutuksia, kuten perinteinen automaattivaihteisto vs. robotisoitu manuaali - vaihteisto ja tehtiin alustavia mittauksia myös tuplanivelbussin energiankulutuksen määrittämiseksi. Projektin aikana kehitettiin menetelmät myös palveluliikenneautojen todellisten päästöjen ja energiankulutuksen arvioimiselle (vrt. kaupunkibussien menetelmä). Menetelmä sisältää tyypilliset HSL:n liikenteestä tallennetut ajosyklit ja autotyypille rullauskokeilla määritellyt ajovastukset. Esimerkkivertailussa verrattiin diesel- ja maakaasukäyttöisten palveluliikenneautojen suorituskykyä uusia menetelmiä hyödyntäen. NOx and PM emissions over the Braunschweig city bus -cycle 15 Diesel Euro 2 average Euro 1 Diesel Euro 3 average Diesel Euro 4 Diesel Euro 5 average 12 Euro 2 Diesel EEV CNG Euro3 average CNG EEV Light weight EEV 9 Diesel Hybrid EEV Ethanol EEV Diesel 3-axl Euro V avg. Diesel 3-axl EEV avg. 6 Euro 4 Euro 3 ESC ETC CNG 3-axl EEV avg. Euro 3 calibration Euro limits (by factor 1.8) 3 EEV Euro Euro 6 (proposal) PM g/km Kuva 4.2.9: Kaupunkibussien lähipäästöt. 48 (124)

49 Kuva : Hybridibussien polttoaineenkulutustuloksia Branschweigajosyklissä. Projekti osallistui myös Helsingin Seudun Liikenteen bussiliikenteen kilpailutuksen kehittämiseen tuottamalla mm. todellista suorituskykytietoa ja arvioimalla vaihtoehtojen vaikuttavuutta. Projektin aikana HSL otti käyttöön uuden ympäristötoimenpiteistä palkitsevan bonusmallin ja uudisti päästösuorituskyvyn arviointitapaa siten, että eri teknologiat voivat kilpailla samoilla kriteereillä suosimatta mitään teknologiaa MENETELMÄKEHITYS Menetelmäkehitysosiossa tarkennettiin ajoneuvojen ajovastusten määrittelymenetelmiä mm. tuulen voimakkuuden ja suunnan huomioivalla mittaus ja laskentajärjestelmällä. Tällä on merkittävä vaikutus maantiellä tapahtuvien rullauskokeiden toistettavuuteen ja tieto lisää ymmärrystä ympäristöolosuhteiden vaikutuksista. Projektissa kokeiltiin käyttää tuulitietoja läheiseltä sääasemalta sekä tien viereen asennetulta tuulimittarilta. Kumpikaan näistä ei osoittautunut antavan riittävän hyvää tietoa vallitsevista olosuhteista, sillä tuuli vaihtelee yllättävän paljon kolmen kilometrin pituisella mittasuoralla. Ainoa toimiva menetelmä on kiinnittää tuulianturi mitattavaan autoon ja mitata tuulen voimakkuus sekä suunta reaaliajassa. Tässäkin menetelmässä on omat haasteensa, sillä tuulianturin on oltava hyvin kaukana autosta sijoitettuna sopivaan kohtaan. Ensimmäisissä kokeissa todettiin auton virtauskentän vääristävän tuuliarvoja aivan liikaa. Tällöin tuulimittarin etäisyys autosta oli noin 1,5 metriä. Kuvassa nähdään tuulianturi sijoitettuna raskaan ajoneuvon etuosaan riittävän puhtaaseen ilmaan. 49 (124)

50 Menetelmäkehityksessä myös kuorma-autojen ajosyklivalikoimaa laajennettiin vuonna 2012 keskustajakelusyklillä (kuva ), kun aikaisempi jakelusykli kuvastaa keskustan ulkopuolella tapahtuvaa ns. aluejakelua. Kuva : Tuulianturi sijoitettuna raskaan ajoneuvon etuosaan. 50 (124)

51 Vehicle Speed [km/h] Urban Delivery Cycle Time [s] Kuva : Aika-nopeusprofiili keskustajakelusyklistä. Taulukko Alue- ja keskustajakelusyklien tunnuslukuja. Aluejakelu Keskustajakelu Kesto (s) Matka (km) Keskinopeus (km/h) Max. Nopeus (km/h) Joutokäynti% 12.6 % 10.8 % KUORMA-AUTOMITTAUKSET Kuorma-automittauksissa seurattiin SCR- ja EGR-autojen päästöjen ja energiankulutuksen kehittymistä ajokilometrien kertyessä ja mitattiin uusia Euro V päästötason ajoneuvoja. Seurannassa olevat autot olivat malleiltaan Mercedes-Benz Actros 2544L ja Scania R 440. Mercedes-Benz käyttää pakokaasujen jälkikäsittelylaitteistonaan SCR-järjestelmää ja Scania EGR-järjestelmää. Molemmat olivat Euro V päästötason autoja. Kuvissa ja on esitetty näiden autojen typenoksidipäästöjen (NOx) ja hiukkaspäästöjen (PM) muuttuminen ajomäärän funktiona. Typenoksidien osalta molemmat ajoneuvot suoriutuivat hyvin viimeisimmissä mittauksissa. Kilometrisuoritteen yli päästöissä nähdään vaihtelua, mutta sen voimakkuus ei ole suurta ja sen voidaan olettaa olevan tyypillistä. Jakelusykli on voimakkaasti transienttinen ajosuorite ja se heijastuu typenoksidi päästöihin esitetyissä tuloksissa. Jakelusykli on toteutettu 26 tonnin ajovastuksilla. 51 (124)

52 Kuva Seuranta-autojen NOx tuloksia kilometrisuoritteen funktiona. Kuva Seuranta-autojen PM tuloksia kilometrisuoritteen funktiona. Partikkelimassapäästöt molemmissa ajoneuvoissa ovat hyväksyttävällä tasolla. Edelleen jakelusyklissä mitattiin korkeimmat päästöt. MB- kuorma-auton partikkelimassatulos on ko. mittauksessa laskenut hieman, kun taas typen oksidipäästöt ovat kasvaneet vastaavasti. Ajoneuvojen päästöt vastaavat melko hyvin Euro V -raja-arvoja todellisessa ajossa. Vaihtelu päästöissä voidaan katsoa olevan luonnollista vaihtelua, eikä mahdollisia päästönhallintalaitteiston toimintahäiriöitä ole havaittavissa APULAITTEIDEN ENERGIANKULUTUS Apulaitteiden energiankulutusta ja toimintaolosuhteita selvitettiin asentamalla tiedonkeruulaitteita viiteen eri ajoneuvotyyppiin. Näiden perusteella määriteltiin energian kulutuksen jakautuminen eri apulaitteille, apulaitteiden tehonkäyttö ja olosuhteet, joissa ajoneuvot toimivat Suomessa. 52 (124)

53 Autoihin (Taulukko 4.2.2) on asennettu AC-Sähköautojen päätelaite, joka on kerännyt mittausdataa sekä autojen omista datalähteistä että VTT:n asentamista antureista. Ajoneuvoista on analysoitu seuraavien apulaitteiden tehonkulutusta: 1. Moottorin tuuletin 2. Paineilmakompressori 3. Laturi 4. Ilmastointi 5. Ohjaustehostin Apulaitteiden tehonkulutusta on verrattu ajoneuvon muihin tehoa kuluttaviin parametreihin, etenkin ajovastuksiin ja kiihdytysten aiheuttamaan energian kulutukseen. Tehonkäyttökuvaajista voimme päätellä että ohjaustehostin on polttoaineenkäytön kanalta lähes merkityksetön, jopa kaupunkiajossa. Muiden apulaitteiden tehonkäyttö riippuu autotyypistä, käyttötarkoituksesta ja ulkolämpötilasta. Laturi käyttää keskimäärin yhden prosentin energiasta. Määrä ei ole kovin suuri mutta helpon toteutuksen vuoksi akun lataamisen painottaminen jarrutustapahtumiin on yleistymässä. Autojen elektroniikan lisääntyessä sähkönkulutus on lisäksi vahvasti nousussa. Taulukko 4.2.2: Apulaitetiedonkeruun piirissä olleet ajoneuvot TJY-443 XYP-761 ZHZ-303 EJZ-215 JFS-539 SMZ-646 Pikavuorobussi, Kabus (Koiviston Auto) Kaupunkibussi, Kabus TC-4A4 (Koiviston Auto) 60t vetoauto, Mercedes Benz Actross (Transpoint) 26t Jakelukuorma-auto, Volvo (Nokian Renkaat) 18 t Jakelukuorma-auto, Scania P270 (Transpoint) Kaupunkibussi, Scania K230 (Veolia) Paineilmakompressori kuluttaa autotyypistä ja vuodenajasta riippuen 1-4 % kokonaisenergiasta. Tämä on jo oleellinen energiamäärä, ja yksi ratkaisu ongelmaan voisi olla samansuuntainen kuin laturilla: paineilmasäiliö tulisi mitoittaa niin, että kompressori käy vain moottorijarrutuksissa. Tämä voi myös edellyttää tehokkaampaa kompressoria. Moottorin jäähdytyksen energiankäyttö vaihtelee erittäin paljon. Jakeluautossa osuus on hyvin pieni eli 1-2 %. Kaupunkibussissa moottorin jäähdytykseen kuluu kylmässä 6 % ja lämpimässä jopa 11 % kokonaisenergiasta. Kaupunkibussissa asiaa selittävät hitaat nopeudet, mutta 60 tonnin ajoneuvoyhdistelmässä tätä ei laskettu koska anturointi puuttui. Suurin energiankuluttaja auton liikuttamisen lisäksi on lämmönsäätely. Lämpimällä säällä ilmastoinnin kompressori kuluttaa esimerkiksi kaupunkibussissa 3 % kokonaisenergiasta ja kylmällä polttoainelämmitin peräti 20 %. Autossa oli ilmastointi kuitenkin vain kuljettajalle. Muissa autoissa ei kulutus ole yhtä suuri. Täysperävaunullisen yhdistelmän polttoainelämmitin käyttää kylmässä 6 %. Taulukossa on esitetty tehonkulutukset prosenteissa eri autotyypeille kesä- ja talviolosuhteissa. Koska vertailu on tehty autotyypeittäin, ja eri merkkien ja mallien 53 (124)

54 välillä varmasti on eroja, ei litramääräisiä kulutuksia voi antaa. Haluttu tulos saadaan kertomalla oman auton kulutus lähimmän autotyypin prosenttiluvulla. Taulukko Tehonkulutus autoittain kesä- ja talviolosuhteissa City bus 60 tn truck 18 tn truck Power usage [ % ] summer winter summer winter summer winter driving resistance acceleration power radiator fan AC pump air compressor alternator power steering pump auxiliary heater LIUKKAUDEN TUNNISTUSJÄRJESTELMÄ Liukkauden tunnistusjärjestelmän tutkimuksessa keskityttiin järjestelmätason kehittämiseen, joka kerää yhteen ajoneuvoista saatavat tiedot ja muodostaa niiden perusteella reaaliaikaisen käsityksen teiden liukkaustasoista, ns. liukkauskartaston. Ajoneuvojen yhteismitallistamista varten kehitettiin järjestelmätason kalibrointimenetelmä, jonka ansiosta järjestelmään voidaan liittää myös erityyppisiä ajoneuvoja, jotka reagoivat liukkauteen eri tavoin. Taustajärjestelmä muodostaa myös ajoneuvokohtaiset liukkaustietopaketit kullekin yhteydessä olevalle ajoneuvolle. Näin ajoneuvojen päätelaitteet voivat varoittaa jo ennen liukkaalle alueelle saapumista useamman ajoneuvon havaintoihin perustuvan varmistetun tiedon perusteella. Kuvassa on esimerkki liukkaushavaintojen visualisoinnista web-sivulla. Liukkaushavaintojen visualisoinnissa käytetään OpenLayers-JavaScriptkirjastoa. Rajapinnalta kysytyistä liukkaushavainnoista muodostetaan KML (Keyhole Markup Language)-kielinen tiedosto, joka visualisoidaan karttapohjalla. Käyttöliittymässä voi valita, minkä tasoiset liukkaushavainnot kartalle tuodaan. Kartalla sininen väri on pitävä tie, vihreä tarkoittaa heikkoja liukkaushavaintoja, keltainen melko liukasta ja punainen pääkallokeliä. Kartalla lähellä toisiaan olevat havainnot klusteroidaan yhdeksi merkinnäksi. Merkin koko osoittaa havaintojen lukumäärää. Klusterointi on riippuvainen kartan tarkkuudesta. Kun karttaa lähennetään, klusterin sisällä olevat havainnot näytetään erillisinä. 54 (124)

55 Kuva : Liukkaushavainnot kartalla Liukkaustietojärjestelmässä on valmius ottaa vastaan web service -rajapinnan kautta missä tahansa tuotettuja liukkaushavaintoja, joten se ei ole riippuvainen laitteesta. Liukkausvaroituksia voi rajapinnan avulla hakea tai niitä voidaan lähettää useille hyödyntäjille: tien käyttäjille, tien kunnossapidosta vastaaville tahoille, ilmatieteenlaitoksille, tiesääpalveluille ym. 55 (124)

56 4.3 Raskaan ajoneuvon massan ja liukkauden estimointimenetelmä Hankekoodi Vastuutaho Raportointi 1.3 RAMSES (HDENIQ-osatehtävä) Oulun yliopisto Kai Noponen Lähtökohta ja tavoitteet RAMSES/HDENIQ-projekteissa jatketaan RASTU-projektissa aloitettua tutkimusta kehittäen raskaan ajoneuvon ja sen kuorman massan estimointia sekä tien liukkauden tunnistamista. Kyseessä ovat haastavat ongelmat, jotka todellisissa ajotilanteissa vaativat ajoneuvoon asennettavalta päätelaitteelta ja siihen yhteydessä olevalta taustajärjestelmältä älykkäitä ominaisuuksia erilaisiin tilanteisiin ja autojen ominaisuuksiin sopeutumiseksi. Tietoa aiemmasta tutkimuksesta löytyy tämän raporttiosuuden lisäksi sekä aiemmista vuosiraporteista että RASTU-projektin raporteista Tutkimuksen kohteet ja alatehtävät Viimeisen projektivuoden tutkimuksessa on ollut kolme pääsuuntaa, jotka ovat aiemmin toteutetun liukkaudentunnistusmenetelmän jatkokehitys, massan estimointimenetelmän kehitys ja etenkin näiden menetelmien yhdistäminen. Liukkaudentunniustuksessa tavoitteena on tuottaa luotettava menetelmä, jonka suorituskykyyn ajoneuvon ja sen ympäristön toissijaiset ominaisuudet vaikuttavat mahdollisimman vähän. Vastaavasti massan osalta tavoitteena on tarkka estimointimenetelmä ajoneuvoyhdistelmän massan määrittämiseen olosuhteiden muutoksiin sopeutuen. Projektin lopullisena tavoitteena sekä liukkauden että massan estimoinnissa on kehittää holistinen lähestymistapa, jossa pyritään luomaan yksi matemaattisesti yhtenäinen menetelmä, joka estimoi sekä massan että liukkauden samanaikaisesti huomioiden niiden väliset riippuvuudet Tutkimuksen sisältö ja tärkeimmät tulokset LIUKKAUDEN TUNNISTUS Projektissa kertyneen osaamisen pohjalta Oulussa kehitettiin uusi renkaiden nopeuseroihin perustuva liukkaudentunnistusmenetelmä. Tässä menetelmässä renkaisiin kohdistetun voiman ja pyörimisnopeuden aiheuttamat epälineaariset vaikutukset renkaiden liukastussuhteeseen pyritään eliminoimaan käyttämällä paloittain lineaarista sovitusta. Keräämällä tarvittava määrä ajoneuvokohtaista mittaustietoa, pystytään muodostamaan taso, jota korjattu liukastussuhde ei ylitä pitävillä tieosuuksilla. Liukkaus havainnoidaan poikkeamina tästä tasosta. Koska menetelmä perustuu jatkuvasti mitattuun dataan, se sekä soveltuu suoraan eri ajoneuvoille että mukautuu ajoneuvon ominaisuuksiin, mikä on hyvin tärkeä ominaisuus laajempaa käyttöönottoa ajatellen. 56 (124)

57 Aiempi liukkausindeksin laskentamenetelmä korostaa informaation jatkumista etenkin karttaperustaista esitystä varten. Kuva esittää tämän aiemman ja kehitetyn uuden liukkausindeksin arvoja tietyn liukkautta sisältäneen ajon ajalta. Kuva Uusi liukkausindeksi ja aiemmin kehitetty liukkausindeksi ajan funktiona saman ajon aikana MASSAN ESTIMOINTI Oulussa kehitetyn massan estimointimenetelmän validoimiseksi suoritettiin kontrolloitu testiajo tunnetuissa olosuhteissa, jossa kuorma-autolla ajettiin usealla eri punnitulla kuormamassalla tunnettu reitti. Testi suoritettiin kahdeksan kertaa seitsemällä eri kuormapainolla. Kukin osatesti kesti noin puoli tuntia ja testireitti sisälsi useita erilaisia tieosuuksia ja ajotilanteita. Kiinnitimme huomion etenkin jyrkähköön mäkiosuuteen, joka ajettiin kullakin testikuormalla kahteen kertaan. Yhdeksi haasteeksi energiapohjaisessa menetelmässä osoittautui ennakko-odotusten mukaisesti GPS-järjestelmän korkeustiedon tarkkuus. Menetelmän kannalta oleellista kuitenkin on, että lyhyen aikavälin differentiaalinen korkeusero pysyy eri ajokertojen välillä kutakuinkin hyväksyttävissä rajoissa. Massan estimointimenetelmä perustuu energiaperiaatteeseen, jota on avattu enemmän edellisessä vuosiraportissa. Se pohjautuu kokonaisenergian muutokseen, moottorin tekemään työhön, sekä vastusvoimien oletettavasti tekemiin töihin verrannollisiin suureisiin. Sopivissa ajotilanteissa näiden suureiden välillä vallitsee lineaarinen energian säilymislain mukainen yhteys, joka voidaan mallintaa regressiomenetelmien avulla. Tämä lähestymistapa mahdollistaa täysin adaptiivisen toiminnan, joka ei vaadi ajoneuvokohtaista etukäteisparametrointia taikka tietoa ajoneuvon eri järjestelmien toimintakäyristä. Vastusvoimien mallintamisessa oletetaan muun muassa, että ajoneuvon nopeus maan suhteen vastaa kohtuudella ajoneuvon nopeutta ilman suhteen tai että ainakin ero näissä nopeuksissa pysyy lyhyellä tarkasteluvälillä melko vakiona. Mikäli näin ei ole, aiheuttavat muuttuvat olosuhteet mallin parametrien muuttumisen, mikä saattaa johtaa ei-adaptiivisten regressiomenetelmän toimimattomuuteen. Kuva esittää robustilla regressiomenetelmällä saadut massaestimaatit edelle esitettyjen signaalien pohjalta. Estimaatit on laskettu sekä molemmille ylämäen ajokerroille erikseen (ajo 1 ja ajo 2) että käyttäen molempia datoja yhtä aikaa (yhdistetty). Jälkimmäisessä tapauksessa mallin sopivuutta ei voida taata esimerkiksi tuuliolosuhteiden muuttuessa. Kuten tuloksista voidaan havaita, suurin 57 (124)

58 osa eri kuormilla saaduista estimaateista asettuu muutamien prosenttiyksiköiden sisään punnitusta painosta. Kuitenkin voidaan havaita, että tietyt tilanteet aiheuttavat edelleen merkittävän virheen tulokseen yksittäisissä ajoissa. Tarkemmassa tarkastelussa tuloksissa voidaan havaita etenkin epäsuotuisten ajotilanteiden poisjätön jälkeen jäljelle jääneen datan määrän ja virheen välillä olevan korrelaatiota. Toisin sanoen, menetelmän tuottama estimaatti on keskimäärin tarkempi silloin, kun jäljelle on jäänyt suurempi osuus datasta. Myös molempien ajokertojen huomioiminen estimoinnissa yhtä aikaa kuitenkin vähentää suuria virheitä, mikä oli oletettua. Tämä vahvistaa työhypoteesin ja voidaan todeta, että kehitettyä menetelmää tulee soveltaa vain riittävän pitkiin tilanteisiin, joiden ei kuitenkaan tule olla niin pitkiä, että olosuhteet ehtisivät merkittävästi muuttua. Tulosten perusteella näyttää myös siltä, että hyvin matalan kierroslukualueen käyttö voi heikentää saatavan massaestimaatin tarkkuutta Menetelmien yhdistäminen Kuva Massaestimaatit (kg) Projektin lopullisena tuloksena Oulussa kehitettiin uudenlainen liukkaudentunnistusmenetelmä, joka ottaa huomioon ajoneuvon massan. Tämä uusi ja luvussa esitetystä paloittain linearisoidusta liukkausmallista poikkeava menetelmä perustuu energiaperiaatteeseen ja yhdistää liukkaudentunnistuksen projektissa kehitettyyn massanestimointimenetelmään. Näin sekä liukkaus että massa voidaan estimoida samaa energiamallia käyttäen, mikä tarjoaa selkeän synergiahyödyn. Ottamalla huomioon tällä uudella energiapohjaisella menetelmällä estimoidun ajoneuvon massan, liukkaudentunnistusmenetelmä pystyy tuottamaan tarkempia estimaatteja liukkaudesta. Uusi yhdistetty menetelmä kehitettiin myös robustiksi 58 (124)

59 virheitä ja kohinaa vastaan. Tässä auttaa myös energiapohjaisen menetelmän integraalimuotoinen esitys, joka muun muassa vaimentaa satunnaisia nollakeskiarvoisia häiriöitä. Menetelmän haasteena on massan jakautuminen ajoneuvon sisällä. Vetävien renkaiden pitoon kun vaikuttaa suoraan akselin päällä oleva massa. Kuva esittää tämän uuden laskentamallin avulla tuotettua liukkausindeksiä erään liukkautta sisältävän ajanjakson osalta. Kuten kyseisestä kuvasta voidaan nähdä, on tässä tapauksessa estimoitu liukkaustaso aluksi suurempi, mutta vähenee esitetyn ajanjakson loppua kohden. Kuva Energiapohjaisen liukkausalgoritmin tuottamia arvoja tammi-helmikuussa Lisätietoja: 59 (124)

60 4.4 Taloudellisen ajamisen käsikirja Hankekoodi 1.8 Vastuutaho Turun ammattikorkeakoulu Raportointi Markku Ikonen Lähtökohta ja tavoitteet CO 2 -vähentämistavoitteet vaativat fossiilisten polttoaineiden käytön vähentämistä. Mitä vähemmällä hiilen polttamisella liikenne sujuu, sitä vähemmän syntyy hiilidioksidia, merkittävintä kasvihuonekaasua. Liikennepolttoaineiden käyttöä voidaan vähentää ajosuoritteen vähentämisen lisäksi ajoneuvojen energiatehokkuutta kasvattamalla. Tämä tapahtuu alenta-malla polttoaineenkulutusta ajosuoritteeseen nähden. Vaikka suuri osa ajoneuvon energiatehokkuudesta määräytyy itse auton ominaisuuksien perusteella, myös kuljettajalla on suuri mahdollisuus vaikuttaa siihen. Ajoneuvon polttoaineenkulutuksen muodostumisesta liikkuu paljon harhakäsityksiä, eivätkä kulutukseen vaikuttavat lukuiset tekijät sekä niiden määräsuhteet ole kovinkaan hyvin yleisessä tietoisuudessa. Lisäksi kuljettajan osuus eli ajotavan vaikutus kulutukseen on yleisesti ottaen aliarvioitu tai usein jopa kokonaan ohitettu seikka. Työn tavoitteena oli laatia riittävän yleistajuinen, mutta myös syvällisempää informaatiota sisältävä käsikirja ajoneuvojen energiankulutuksesta. Kirjassa analysoitiin energiankulutuksen jakautuminen eri kohteisiin (eri ajovastukset ja hyötysuhteet) erityyppisissä ajotilanteissa henkilöautolla. Erityishuomio kohdistettiin kuljettajan vaikutusmahdollisuuksiin polttoaineenkulutuksen minimoinnissa eli taloudellisen ajotavan opastamiseen. Kun kulutukseen vaikuttavat tekijät sekä niiden vaikutus ja määräsuhteet ovat tiedossa, pystytään arvioimaan realistisesti, minkä suuruiseen polttoaineensäästöön voidaan milläkin autoon tai ajotapaan tehdyllä muutoksella päästä Tutkimuksen kohteet Tutkimuksen kohteeksi valikoitui yleinen automalli VW Golf, jota pidetään lyhytperäisten perheautojen (ns. Golf-luokka) kantaisänä. Kyseiselle autolle eriteltiin energiankulutukseen vaikuttavat tekijät erityyppisissä ajotilanteissa. Laskenta kohdistui VW Golfin viidenteen sukupolveen (vm ), koska siitä oli käytettävissä tarkimmat tiedot ajovastuksiin ja moottorien hyötysuhteisiin vaikuttavista tekijöistä. Tämä mallisukupolvi lienee edelleen yleisin Golf-tyyppi Suomen maantiellä. Saavutetuista tuloksista tehtiin päätelmät, joita laajennettiin koskemaan periaatteessa mitä tahansa henkilöautomallia. Samalla arvioitiin taloudellisen ajotavan säästöpotentiaalia sekä laadittiin yksityiskohtaiset ohjeet taloudelliseen ajamiseen erityyppisissä ajotilanteissa. 60 (124)

61 4.4.3 Tutkimuksen sisältö ja tärkeimmät tulokset Opaskirjassa pyrittiin motivoimaan lukija taloudelliseen ajotapaan sekä ympäristöllisiin että taloudellisiin hyötyihin vedoten. Kirjassa myös valotettiin polttoaineenkulutuksen yhteyttä pakokaasupäästöihin sekä selostettiin energian muutosprosessin vaiheita ajoneuvoissa. Polttoaineenkulutukseen vaikuttavista tekijöistä esiteltiin kolme päätekijää eli auto, kuljettaja ja olosuhteet, joilla kaikilla on oma merkityksensä kulutuksen muodostumisessa. Lisäksi kunkin päätekijän alle listattiin joukko yksittäistekijöitä, joita eriteltiin kaikkiaan 28 kpl. Näistä kunkin merkitystä sekä kuhunkin liittyviä kulutuksen minimointimahdollisuuksia käsiteltiin erikseen. Auton vaikutusta kulutukseen käsiteltiin sekä ajovastustekijöiden että hyötysuhdetekijöiden suhteen. Kuljettajan vaikutusta kulutukseen pohdittiin seuraavien tekijöiden kannalta: liikennetilanteiden ennakointi, ajonopeus, vaihteiden käyttö, kiihdytystapa, hidastustapa, vierintävastukseen vaikuttaminen, ajoreitin valinta, ajoajankohdan valinta, joutokäynti, kylmäkäynnistykset, auton massan ja liikkeen hyödyntäminen, tuulen huomioonottaminen, moottorilämmittimen käyttö, auton apulaitteiden käyttö sekä auton lämmityslaitteen käyttö. Olosuhdetekijöistä käsiteltiin ajoreitin pysähtymistarpeet, tuulen nopeus ja suunta, kyydissä oleva kuorma, maanpinnan topografia, tien pinta, kylmäkäynnistyslämpötila, liikenneympäristön suunnittelu sekä ilman lämpötila ja paine. Kirjassa pohdittiin myös taloudellisella ajotavalla aikaansaatavaa säästöpotentiaalia. Suurilla ihmismäärillä tehdyissä tutkimuksissa on havaittu, että koulutuksella saadaan kaupunkiajossa aikaan %:n polttoaineensäästö. Hajonta aiheutuu kuljettajien omien ajotapojen välisistä eroista. Säästökeskiarvo asettuu yleensä 20 %:n tuntumaan. Kokonaan toinen asia on se, kuinka saada koulutetut kuljettajat motivoiduksi noudattamaan saamiaan oppeja pysyvästi. Kirja sisältää myös skenaariot ja laskelmat valtakunnallisista kulutus- ja CO 2 - päästövähenemistä, jos puolet ajokortin haltijoista koulutettaisiin. Minimiskenaarion mukaan neljännes koulutetuista (kahdeksasosa kaikista kuljettajista) olisi motivoitunut noudattamaan taloudellista ajotapaa pysyvästi. Maksimiskenaarion mukaan vastaavat luvut olisivat puolet koulutetuista eli neljännes kaikista kuljettajista. Minimiskenaarion mukainen vuotuinen polttoainesäästö olisi n m3 bensiiniä ja n m3 dieseliä. Maksimiskenaarion mukaiset luvut olisivat näihin nähden kaksinkertaiset. Vuosittainen bensiini- ja dieselautojen yhteenlaskettu CO 2 -päästövähenemäpotentiaali olisi tonnia Julkaisut ja konferenssiesitelmät Hankkeen tutkimustuloksia on esitetty TransEco-tutkijaseminaarissa Innopolissa Otaniemessä Varsinainen loppuraportti eli opaskirja on viimeistelyvaiheessa ja ilmestyy kevään 2013 kuluessa. Lisätietoja: markku.ikonen@turkuamk.fi 61 (124)

62 4.5 Comparison and full fuel-cycle evaluation of passenger car powerplant options (IEA-CARPO) Hankekoodi 4.4 Vastuutaho VTT Raportointi Jukka Nuottimäki Lähtökohta ja tavoitteet Henkilöautojen tekninen monimuotoisuus on kasvanut voimalaitteiden ja polttoainevaihtoehtojen osalta. Markkinoilta löytyy jo ajoneuvomalleja, joihin on valittavissa moottori jopa neljästä eri polttoainevaihtoehdosta. Samalla näiden vaihtoehtojen rinnalla ovat pysyneet myös moottorien useat tehovaihtoehdot, etenkin perinteisten polttoaineiden kohdalla. Ajoneuvon hankintapäätöksen vaikuttavat tekijät ovat lisääntyneet, kun jo pelkän mallisarjan sisältä löytyvien teknisten vaihtoehtojen määrä on kasvanut entisestään. Tämän hankkeen tavoitteena on tuottaa puolueetonta tietoa henkilöautojen eri polttoaine- ja voimalinjavaihtoehtojen eduista ja haitoista Suomen ajoolosuhteissa. Tutkimuksessa mitataan ajoneuvojen päästöt ja energiankulutus Suomelle tyypillisissä lämpötiloissa. Mittauksissa käytetään useampia ajoohjelmia kuvaamaan erilaisia ajotapahtumia. Ajoneuvojen mittaustulokset tullaan yhdistämään IEA BUS projektin keräämiin polttoaineiden elinkaarianalyysitietoihin ja näin muodostetaan koko energiaketjun yli kulkeva kokonaishyötysuhde eri polttoaineille. Tutkimukseen liittyy myös kansainvälinen yhteistyö International Energy Agency:n (IEA) Advanced Motor Fuels (AMF) sopimuksen kautta. Samankaltaista tutkimusta toteutetaan Suomen lisäksi Kanadassa, Kiinassa ja Ruotsissa. Maista Kanada liittyi tutkimukseen viimeisimpänä kuluvan raportointikauden aikana. Edellä mainittujen maiden lisäksi Japani ja Yhdysvallat ovat lupautuneet toimittamaan tämän tutkimuksen käyttöön tuloksia jo tehdyistä ajoneuvomittauksista Tutkimuksen kohteet ja alatehtävät Tutkimus jakautuu neljään alatehtävään, tutkimusmenetelmien yhtenäistämiseen kansainvälisten tutkijatahojen kesken, laboratorioissa suoritettaviin mittauksiin, polttoaineiden elinkaaren energiatehokkuuden ja päästöjen analyysiin sekä projektin koordinaatioon. Tutkimukseen osallistuvat tahot suorittavat mittaukset markkina-alueelleen tyypillisellä ajoneuvolla, josta löytyy saman merkin ja mallin sisältä useita eri voimalinjavaihtoehtoja. Tällä järjestelyllä ajoneuvon vaikutus tuloksissa vähenee ja eri voimalaitevaihtoehtojen vertailukelpoisuus paranee. Tutkimuksen suomalaisen osuuden tarkempi erittely on esitetty vuoden 2011 vuosiraportissa Tutkimuksen sisältö ja tärkeimmät tulokset Tutkimuksen suomalaisen osion laboratoriomittaukset saatiin päätökseen raportointikauden aikana. Yksittäisiä mittauksia kertyi kaiken kaikkiaan yli 300 ja analysoitavia mittauspisteitä näiden tuloksena yli 2000 kpl. Tulosten analysointi 62 (124)

63 aloitettiin raportointikauden aikana ja analysointityö jatkuu vielä vuoden 2013 puolella. Maakohtaisten mittaustulosten raportointi on aikataulutettu vuoden 2013 syksylle, koko hankkeen loppuraportti pyritään koostamaan vuoden 2013 loppuun mennessä. Ajoneuvomittauksien polttoaineet on lueteltu taulukossa Mittausmatriisi, ajo-ohjelmat sekä ajoneuvot on esitetty vuoden 2011 vuosiraportissa. Taulukko Mittauksissa käytetyt polttoaineet Polttoaine Kuvaus Lyhenne Bensiini Kauppalaatuinen 95 E10 E10 Bensiini, 95 E % uusiutuvaa 15 % uusiutuvaa raaka-ainetta sisältävä 95 E10 bensiini 95 renew. Diesel Kauppalaatuinen diesel EN 590 B7 Diesel Vetykäsitelty kasviöljy HVO Maakaasu Kauppalaatuinen maakaasu CNG Etanoli Kauppalaatuinen korkeaseos etanolipolttoaine E85 Sähkö - BEV Kuvassa on esitetty eri raaka-aineista tuotetun polttoaineen valmistuksen ja käytön aikana syntyvät hiilidioksidipäästöt. Lukuarvot sekä päästöjen laskentamenetelmä ovat EU:n Renewable Energy Directive (RED) mukaisia. Kuva Polttoaineiden well-to-tank -energiatehokkuus Kuvissa 4.5.2, ja on esitetty ajoneuvojen CO 2 päästöt huoneenlämpötilassa eri ajo-ohjelmilla. Tulokset ovat ns. well-to-wheel (WTW) tuloksia, eli myös polttoaineiden tuotantoketjun päästöt on huomioitu raaka-ainelähteeltä ajoneuvon pakoputken päähän asti. 63 (124)

64 Polttoaineiden tarkkaa raaka-ainekoostumusta ei pystytä jälkikäteen määrittämään, joten kunkin polttoaineen tuloksina on esitetty hiilidioksidipäästöjen suhteen sekä paras että huonoin mahdollinen raaka-aineketju. Todellinen ajosta aiheutuva hiilidioksidipäästö on raaka-aineesta riippuen kuvissa näkyvien CO 2 best ja CO 2 worst tulosten välissä. Mittauksissa käytettyjen autojen ollessa samaa merkkiä ja malliperhettä, tuloksista voidaan päätellä että: 1. Ajoneuvon käytön (tank-to-wheel, TTW) hiilidioksidipäästö riippuu sekä ajoneuvon voimalinjasta että käytettävästä polttoaineesta 2. Ajoneuvon käytön kokonaishiilidioksidipäästö (well-to-wheel, WTW) riippuu voimakkaasti käytettävän polttoaineen raaka-aineista 3. Tehokkaan moottorin energiankulutus on samalla ajosuoritteelle suurempi, kuin pienempitehoisen moottorin energiankulutus. Tehokkaamman moottorin hyötysuhde on siis heikompi identtisellä ajosuoritteella. Kuva Well-to-wheel -hiilidioksidipäästöt kaupunkiajossa 64 (124)

65 Kuva Well-to-wheel -hiilidioksidipäästöt maantieajossa Kuva Well-to-wheel -hiilidioksidipäästöt moottoritieajossa Odotusten mukaisesti mittauksissa havaittiin lämpötilan vaikuttavan selvästi sekä energian kulutukseen että säänneltyihin päästöihin. Kylmemmissä olosuhteissa energiantarve sekä päästöt kasvoivat. Myös eri ajo-ohjelmat aiheuttavat selkeitä eroja, eikä tulosten perusteella voida sanoa minkään teknisen vaihtoehdon olevan ylivertainen kaikissa käyttöolosuhteissa. Mittaustulokset on esitetty laajemmin TransEco-tutkijaseminaarin yhteydessä julkaistussa aineistossa [1]. 65 (124)

66 Yhteenvetona tuloksista voitiin päätellä: Sähköauto on energiatehokkain kaikilla ajosuoritteilla, käyttöä pidemmillä matkoilla rajoittaa muita vaihtoehtoja pienempi toimintasäde Dieselmoottori on energiatehokas, mutta kärsii suurista NOx-päästöistä. NO 2 :n osuus NOx-päästöistä on muita vaihtoehtoja suurempi Polttoaineesta johtuen kaasulla on ottomoottoreista pienimmät tank-towheel CO 2 päästöt, mutta etenkin kylmällä kaupunkiajossa NOx-päästöt ovat muita suuremmat. Energiankulutukseltaan kaasuauto on muiden ottomoottorien tasolla. E85-polttoaine vähentää flexifuel-auton well-to-tank CO 2 päästöjä sekä parhaalla että myös huonoimmalla polttoaineen raaka-aineella. Moottorija maantieajossa auton NOx-päästöt ovat hieman muita ottomoottoreita suuremmat. Tank-to-wheel -hiilidioksidipäästöjen ero energiatehokkaimman ja kuluttavimman vaihtoehdon välillä oli mittauksissa noin 1,6:1 Well-to-wheel -hiilidioksidipäästöjen ero fossiilisen ja uusiutuvan polttoaineen välillä oli suurimmillaan lähes 4: Julkaisut ja konferenssiesitelmät Hankkeen tutkimustuloksia on esitetty: [1] Jukka Nuottimäki, Comparison and Full Fuel-Cycle Evaluation of Passenger Car Powerplant Options, TransEco tutkijaseminaari [2] Jukka Nuottimäki, Henkilöautojen voimalaite- ja polttoainevaihtoehtojen arviointi kansainvälisellä tutkimusyhteistyöllä, TransEco seminaari Molemmat aineistot on saatavissa portaalin kautta. Lisätietoja: jukka.nuottimaki@vtt.fi 66 (124)

67 4.6 Sähköautojen tutkimus NER-rahoituksella Hankekoodi 4.5 Vastuutaho VTT Raportointi Juhani Laurikko Vuonna 2011 käynnistyi VTT:llä kaksi sähköautoihin kohdistuvaa hanketta Pohjoismaiden yhteisellä energiatutkimusrahoituksella (Nordic Energy Research, NER). TEKES toi niihin lisäpanoksen EVE-ohjelman rahoituksen kautta. Hankkeet koskivat sähkö- ja muiden ympäristömyönteisten autojen markkinoille tuomisen tukia eri Pohjoismaissa (INTELECT) sekä sähköautojen suorituskykyä Pohjolan vaativissa sää- ja ajo-olosuhteissa (RekkeEVidde). INTELECT-hanke päättyi keväällä 2012, ja sen loppuraportti on ladattavissa osoitteesta: Sähköautojen toimintasäde todellisessa käyttöympäristössä - RekkEVidde Tähän osahankkeeseen osallistuvat Suomen lisäksi Ruotsi, Norja ja Islanti. VTT:n lisäksi Suomesta mukana on GreenNetFinland, joka hoitaa projektin koordinaatiota. Hankkeen taustana ovat havainnot sähköautojen luvatun ajomatkan ja todellisen suoritteen usein merkittävänkin suurista poikkeamista, ja huoli tämän ylioptimistisuuden liiallisesta käyttämisestä sähköautojen markkinoinnissa. Jos sähköautojen keskimääräinen energian kulutus on myös paljon ennakoitua suurempi, tulee se ottaa huomioon myös latausasemaverkoston mitoituksessa. Hankkeen päätavoitteet ovat 1) kehittää Pohjoismaiden oloja kuvastava testausmenettely sähköautoille, ja 2) sitä hyväksi käyttäen tuottaa luotettavaa tietoa markkinoilla olevista autoista kuluttajille ja muille autojen hankinnoista päättäville. Varsinaiset laboratoriomittaukset päästiin aloittamaan vasta vuoden 2012 alussa. Mittauksissa on käytetty pääasiallisena koeautona VTT:n käytössä olevaa Citroën C-Zero henkilöautoa (kuva ), mutta rajatumpia koesarjoja on tehty myös Nissan Leaf ja Opel Ampera autoilla. Mittauksissa on käytetty EU-standardiajosykliä, ARTEMIS-syklejä sekä näiden lisäksi VTT:n itse kehittämiä kaupunki, maantie- ja moottoritiesyklejä, jotka paremmin kuvaavat ainakin suomalaista liikennerytmiä. Taulukossa on esitetty perustiedot kaikista sykleistä. Ajosyklin lisäksi muuttujana on ollut ajoradan pinta ja sen vaikutus vierintävastukseen. Rullauskokeilla on mitattu erilaisten tienpintojen vastusarvot, ja ne on siirretty dynamometrimittauksissa käytettäviin ajovastusyhtälöihin. Kokonaisvastuksiin vaikuttaa myös ilman lämpötila, sillä ilman tiheys muuttuu lämpötilan funktiona. Siten myös ilmanvastus muuttuu, kun lämpötila muuttuu. Kokeissa tämä on otettu huomioon laskennallisesti. 67 (124)

68 Taulukossa on esitetty eri olosuhteita vastaavat energian kulutukset verkosta ladattuna sähköenergiana. Taulukossa on esitetty vastaavat, eri olosuhteissa saavutettavat ajomatkat yhdellä latauksella (17.6 kwh). Taulukko 4.6.1: Mittauksissa käytettyjen ajosyklien tunnuslukuja. Distance Average Maximum Stops Running Speed Speed during Time cycle km km/h km/h cycle s NEDC ECE EUDC Helsinki City Artemis Urban Road, FIN Artemis Road, EV* Artemis Motorway, EV* *EV denotes that warm-up part of the cycle is omitted Kuva 4.6.1: Citroën C-Zero mittauksissa VTT:n jäähdytettävässä koetilassa. Projektissa mukana oleva toinen koetoimintaa suorittava ruotsalainen osapuoli Test Site Sweden on tehnyt kenttämittauksia Ruotsin Lapissa (Älvsby). Talvina 2011 ja Heidän mittauksiinsa perustuvat edellä mainitut rullausvastusarvot. Talvella 2012 mittauksiin oli kerätty useita eri sähköautomalleja, ja tavoitteena oli selvittää, miten autoja voidaan mitata koeradalla tai jopa normaalilla maantiellä. Mukana oli myös lehdistön edustajia, jotka testaavat autoja. Kuvassa on esimerkkinä TSS:n mittauksista lämmityslaitteen tehon mittaus eri autoissa -15 asteen pakkasessa ajettaessa tyyppihyväksymissykliä. 68 (124)

69 Taulukko 4.6.2: Citroën C-Zeron sähköverkosta ottama energiamäärä eri koeolosuhteissa. energy use (grid) asphalt asphalt asphalt old snow new snow +23 C -20 C +23 C 0 C -20 C -20 C -20 C cycle kwh/km kwh/km kwh/km kwh/km kwh/km kwh/km kwh/km NEDC Helsinki City Artemis Urban Road, FIN Artemis Road, EV* Artemis Motorway, EV* average, three cycles average, all cycles *EV denotes that warm-up part of the cycle is omitted Taulukko 4.6.2: Citroën C-Zeron ajomatka täydellä akulla (17,8 kwh) eri koeolosuhteissa. estimated range asphalt asphalt asphalt old snow new snow +23 C -20 C +23 C 0 C -20 C -20 C -20 C cycle km km km km km km km NEDC Helsinki City Artemis Urban Road, FIN Artemis Road, EV* Artemis Motorway, EV* average, three cycles average, all cycles Kuva 4.6.2: Sisätilan lämpeneminen eri sähköautoissa. 69 (124)

70 4.7 ebus Sähköisten linja-autojen kenttäkoe ja testiympäristö Hankekoodi 1.11 Vastuutaho VTT Raportointi Kimmo Erkkilä Yleistä Sähköisten linja-autojen kenttäkoe ja testiympäristöhanke ebus on osa TEKESrahoitteista EVE-ohjelmaa ja kuuluu Sähköiset hyötyajoneuvot - Electric Commercial Vehicles (EVC) -hankekokonaisuuteen. ebus-projekti koostuu kahdesta rinnakkaisesta työpaketista. Veolian vetämässä ns. ebus-veolia osiossa testataan busseja todellisissa Suomen olosuhteissa ja VTT:n vetämässä ebus-res osiossa tuetaan kenttäkoetta tutkimuksella ja kehitetään testausvalmiuksia. ebus-hankkeen tutkimusosioon osallistuvat myös Metropolia ja Aalto yliopisto. ebus-kokonaisuus muodostaa maailmanluokkaa olevan testiympäristön sähköbusseille pääkaupunkiseudulle Espoon ollessa toiminnan keskipisteenä. Testiympäristön ainutlaatuisuuteen vaikuttavat haastavat ilmastolliset olosuhteet, suomalaisten avainyritysten, tutkimustahojen ja julkisen sektorin mukanaolo, kansainvälisesti merkittävän bussioperaattorin sitoutuminen sekä osallistujien saumaton yhteistyö. Hankkeesta muodostuu kontaktipiste suomalaisen sähköajoneuvoklusterin toimijoille ja kansainväliselle autoteollisuudelle Sähköbussikokeilut Espoossa: ebus-veolia ebus-veolia testiympäristö käsittää pääasiassa esisarjavaiheessa olevien sähköbussien testaamista Espoon sisäisessä joukkoliikenteessä, jota hoitaa Veolia, sekä tähän liittyvästä mittaus- ja tutkimustoiminnasta, josta vastaa VTT. Toistaiseksi liikenteeseen on saatu vasta yksi auto, portugalilaisvalmisteinen Caetano 2500EL (kuva ), joka on ollut koeliikenteessä Espoon linjalla 11. Kuva 4.7.1: Caetano 2500EL sähköbussi, joka liikennöi Tapiolan alueella. 70 (124)

71 Kuten alun perin ounasteltiin, Suomen ankarat talviolosuhteet ovat olleet kova haaste tälle alun perin eteläeurooppalaiselle autolle, eikä ongelmilta ole vältytty. Hanke on siis osoittanut tarpeellisuutensa. Huomattavaa kuitenkin on, että hankkeessa mukana olevat valmistajat ovat myös osaltaan keräämässä kokemuksia osittain prototyypin omaisilla esisarjan ajoneuvoilla. Hankesuunnitelmaan sisältyy seuraavaksi kevään 2013 aikana kahden muun linjaauton hankkiminen koekäyttöön. Nämä ovat kiinalaisvalmisteinen BYD K9 (kuva 4.7.2), ja ebusco linja-auto, joka tulee Hollannista (hollantilais-kiinalainen yhteistyöbussi). Kuva 4.7.2: Kiinalaisvalmisteinen BYD K9 akkusähköbussi (kuva: BYD). VTT on myös tutkinut Caetano-bussin suorituskykyä laboratoriossaan (kuva ), ja osallistunut valmistajan edustajien rinnalla havaittujen ongelmien ratkaisemiseen. Ensimmäistä ajoneuvoa on käytetty myös mittausmenetelmien kehittämiseen. Kuva 4.7.3: Caetano 2500EL akkusähköbussi mittauksissa VTT:llä. 71 (124)

72 4.7.3 Bussimuuli - testialusta sähköiselle voimalinjalle ebus-projektin toinen osa on kehitysalusta eli testimuuli, joka tarjoaa suomalaisille osapuolille mahdollisuuden kehittää ja testata komponenttejaan ja osajärjestelmiään. Testialusta esiteltiin vielä keskeneräisenä ECV-kokonaisuuden kick-off tilaisuudessa syyskuun alussa, ja se sai runsaasti huomiota osakseen (kuva 4.7.4). Koko sähköbussihanke kiinnosti mediaa jopa kansainvälisesti. Kuva 4.7.4: VTT:n, Metropolia AMK:n, Aalto Yliopiston ja suomalaisten komponenttivalmistajien yhdessä rakentama ebus sähköbussi- muuli kiinnosti ECV-hankkeen avajaisyleisöä syyskuun alussa, vaikka olikin silloin vielä keskentekoinen. Tämän työpaketin keskeinen tutkimuksellinen tehtävä on komponentti- ja osajärjestelmätestauksen ja optimoinnin mahdollistavan testimuulin kehittäminen. Voimalinjan komponenttien mitoitus ja kestoikävaatimukset busseissa ja raskaissa työkoneissa on keskeinen sähköajoneuvojen kehitysalue, joka vaatii tietoa käyttö- ja kuormitusprofiileista eri asiakassegmenteissä; työkonemaailma bussimaailma, työkonevalmistajat raskaiden ajoneuvojen valmistajat, työkoneoperaattorit joukko liikenne operaattorit. ebus hyödyntää ECV-kokonaisuuden yhteisiä, leikkaavia toimintoja, kuten akkutestaus ja mallinnus (estorage2). Bussimuulin akustojen osalta ebus testaa akustoa osana ajoneuvoa (mm. lataustekniikka, voimalinja, häviöt, hallinta), kun taas estorage2 tekee akustojen tarkemman karakterisoinnin (mm. standardien mukaiset kokeet, työsyklit, olosuhdetestit, lämmön hallinta). ECV-kokonaisuuden avulla komponentti- ja osajärjestelmävalmistajat voivat hankkia kokemusta ja testauttaa tuotteitaan sekä bussi- että työkoneympäristössä, saaden näin arvokkaan referenssin vaativasta käyttökohteesta Liittymät muihin hankkeisiin ja kansainvälisyys Liikennejärjestelmätutkimuksen ja sähköautojen latausinfrastruktuurin osalta ebus tekee yhteistyötä Eco Urban Living hankkeen kanssa. Myöhemmin range- 72 (124)

73 extender tyyppiseksi rakennettava testimuuli mahdollistaa myös polttokennon käytön apuvoimanlähteenä. Näin ollen testimuuli voi palvella Tekesin polttokennoohjelmaa ja siihen suunniteltuja demonstraatioita. VTT on IEA-yhteistyön puitteissa paraikaa toteuttamassa laajaa, kolmen tutkimussopimuksen (Advanced Motor Fuels, Bioenergy, Hybrid and Electric Vehicles) yhteistä hanketta Fuel and Technology Alternatives for Buses. Julkaistavissa olevat ebus-työpaketin tulokset tullaan lisäksi raportoimaan niin Hybrid and Electric Vehicles tutkimussopimukselle kuin IEA:n käynnistämälle uudelle Electric Vehicle Initiative EVI, joka mm. kerää tietoja eri kaupunkien sähköautodemonstraatioista. ebus-työpaketin sisällä järjestetään tutkijavaihtoa. Aalto yliopistolla on jo nyt esim. sähköajoneuvojen mallinnuksessa vakiintunut yhteistyö yhdysvaltalaisen Argonne National Laboratory n kanssa. 73 (124)

74 4.8 Hyötyajoneuvot 2012 Hankekoodi 1.12 Vastuutaho VTT Raportointi Veikko Karvonen, Petri Laine ja Jukka Nuottimäki Hyötyajoneuvot tutkimuksen lähtökohta ja tavoitteet Hyötyajoneuvot hanke kokoaa yhteen bussien, kuorma- sekä pakettiautojen energiankulutuksen ja päästöjen tutkimuksen. Yhdistämällä nämä kolme tutkimusaluetta, tutkimuksen tavoitteena on tuottaa entistä paremmin keskenään vertailukelpoista tietoa kalustovalinnan vaikutuksesta energiankulutukseen ja päästöihin. Raskaan kaluston päästörajat ovat tiukentumassa ja etenkin bussiliikenteen osalta on tulossa uuden tyyppistä kalustoa pääkaupunkiseudun joukkoliikenteeseen. Linja-autoihin keskittyvässä alatehtävässä suoritetaan sekä uudella tekniikalla varustettujen kaupunkibussien määrittelymittauksia että jatketaan käytössä olevien linja-autojen seurantamittauksia. Raskaaseen tavarankuljetukseen liittyvän alatehtävän tavoitteena on, uusien päästörajojen vaikutuksen tutkimuksen lisäksi, laajentaa tutkittavaa kokonaisuutta suorittamalla mittauksia myös aiempaa kevyempien painoluokkien ajoneuvoilla. Uutena ajoneuvoluokkana määritetään alle 18-tonnisten kuorma-autojen suorituskykyä. Kuorma- ja linja-autoihin keskittyvät alatehtävät ovat jatkoa aiemmille tutkimuksille, joiden avulla on seurattu päästörajojen kehittymisen vaikutuksia todellisessa ajotilanteessa syntyviin päästöihin. Aiemmat tutkimukset ovat keskittyneet vahvasti kuorma-autoihin, busseihin sekä henkilöautoihin. Tämän vuoksi pakettiautoihin keskittyvän osuuden tavoitteena on tuottaa tietoa raskaan ja kevyen ajoneuvokaluston välimaastoon sijoittuvasta ajoneuvokalustosta. Kokonaisuutena tutkimuksen tavoitteena on tuottaa ammattiliikennettä palvelevaa tietoa uuden ajoneuvotekniikan sekä ajoneuvovalinnan vaikutuksesta liikenteen energiankulutukseen ja päästöihin, sekä päivittää VTT:n ylläpitämää päästötietokantaa uuden ajoneuvotekniikan osalta Rakebus Linja-autotutkimus Rakebus-alatehtävä jatkaa aiemmissa projekteissa synnytetyn linja-autojen päästötietokannan ylläpitämistä ja tarjoaa tukea päästötietokannan hyödyntämiseksi. Hyötyajoneuvot hankkeessa tavoitteeksi asetettiin uusien markkinoille saapuvien kaupunkibussimallien päästömittaus, sekä käytössä olevasta kalustosta valittujen seuranta-ajoneuvojen seurannan jatkaminen. Linja-autojen päästötietokantaan kirjattavat tulokset mitataan aina Braunschweig-kaupunkibussisyklillä puolella kuormalla. 74 (124)

75 4.8.3 Uusien kaupunkibussien mittaukset Vuosi 2012 on ollut linja-automarkkinoilla poikkeuksellinen uusien mallien lukumärän kannalta. Suomessa aiemmin vähänlaisesti esillä ollut alankomaalainen VDL on myynyt runsaasti kaupunkibusseja pääkaupunkiseudulla toimiville liikennöitsijöille. Volvo puolestansa on tuonut markkinoille uudet mallisarjan kaupunkibussit. Uusia kaupunkibussimalleja on ollut mitattavaksi kohtuullisen paljon ja sama trendi näyttäisi jatkuvan. Vuoden 2013 alussa on tullut liikenteeseen muutamia uusia bussimalleja ja syyskauden liikenteen alkaessa pääkaupunkiseudulle tulee ensimmäiset Euro VI-tason kaupunkibussi. Taulukko 4.8. on listattu vuonna 2012 mitatut uudet kaupunkibussit ja suunnitteilla olevat mittaukset. Taulukko 4.8.1: Hyötyajoneuvot 2012 hankkeen puitteissa mitatut ja mitattavat uudet kaupunkibussit Mitatut uudet kaupunkibussit Valmistaja Malli Päästötaso VDL Citea LLE EEV Volvo 8900 LE EEV Volvo 8900 LE 6x2 EEV Iveco Crossway 10.8 EEV Suunnitteilla olevat mittaukset VDL XLE-145 6x2 EEV VDL SLE-129 EEV Solaris Urbino 15 CNG Mitattujen uusien kaupunkibussien tulosten päivitys linja-autojen päästötietokantaan ja tietokannan uuden version julkaisu tehdään Hyötyajoneuvothankkeen raportoinnin yhteydessä Seuranta-autojen mittaukset Käytössä olevan kaluston päästöjen seurannassa jatketaan aiemmin valittujen kaupunkibussien mittauksilla, ja lisäksi joukkoa on laajennettu yleiseksi nousseella Iveco Crossway EEV:llä. Tutkimuksen seuranta-autot on esitetty taulukossa (124)

76 Taulukko 4.8.2: Rakebus 2012 seurantabussit Valmistaja Malli Päästötaso Volvo 8700 B7RLE EEV Scania Scala K230 EEV MAN Lion s City CNG 4*2 EEV MAN LION S City CNG 6*2 EEV Iveco Crossway LE 12.8 EEV Scania Scala L94UB (SCR+DPF retrofit) Euro III Kuva esittää seuranta-ajoneuvojen NO x päästöjen kehittymistä ajettujen kilometrien suhteen. Seurannassa olleen stoikiometrisella seossuhteella toimivan maakaasubussin typenoksidipäästöissä on havaittu suurta vaihtelua. Korkeimman tuloksen jälkeen (n km) ajoneuvoon on vaihdettu useita komponentteja, mm. ohjausyksikkö ja sytytystulpat, jotka vaikuttavat moottorin toimintaan ja päästöihin. Ajokilometrien myötä auton päästöt ovat kuitenkin nousseet uudelleen. Laihalla seossuhteella toimivan maakaasubussin viimeisessä mittaustuloksessa on mitattu huomattavasti aikaisempaa korkeammat päästöarvot. Kyseisessä ajoneuvossa ei tiedetä olleen erityistä vikaa mitattaessa. Scanian dieselbussissa on ollut 400 tkm:n jälkeen tehdyssä mittauksessa vika EGR-järjestelmässä, joka selittää huomattavan korkean tuloksen. Kuva 4.8.4: Seurantabussien typenoksidipäästöt kokonaisajosuoritteen yli Kuva 4.8. esittää seuranta-autojen tuottaman partikkelimassan ajokilometrien suhteen. Parhaat ja tasaisimmat tulokset saavutetaan Ivecon valmistamilla hiuk- 76 (124)

77 kassuodattimilla varustetuilla dieselbusseilla, sekä maakaasubusseilla. Ivecon busseista ei tosin ole vielä mittaustuloksia kuin 200 tkm:n asti. Volvon dieselbussissa partikkelisuodatinta ei ole ja sen päästöt kasvavat vähitellen ajokilometrien myötä. Scanian EGR-järjestelmää käyttävän bussin partikkelipäästöt kasvavat huomattavan nopeasti ajokilometrien myötä. Alhainen tulos selittyy EGRjärjestelmässä olleella vialla, jonka korjauksen jälkeen päästöt ovat lähteneet jälleen nousuun. Kuva 4.8.2: Seurantabussien partikkelipäästöt kokonaisajosuoritteen yli Lisätietoja tutkimuksesta: RakeTruck kuorma-autotutkimus Tehtävän puitteissa on suunniteltu mitattavan yhteensä 9 erillistä ajoneuvoa. Ajoneuvot mitataan kolmessa eri ajosuoritteessa Jakelusykli Maantiesykli Moottoritiesykli Suunnitellussa laajuudessa on mukana uusia ajoneuvoja sekä seuranta-autoja. Tutkimuksen pääpaino on Euro VI kalustossa, mutta ko. päästötason ajoneuvojen toistaiseksi heikon saatavuuden takia tutkimuksen mittaukset päästään toteuttamaan enimmäkseen vuoden 2013 aikana. 77 (124)

78 Toinen pääasiallinen ryhmä tutkimuksessa ovat alle 18-tonniset jakeluajoneuvot. Tämä ajoneuvoryhmä tarjoaa mielenkiintoisen vaihtoehdon jakelukuormaautojen ja pakettiautojen välillä. Kaluston saatavuudesta riippuen ajoneuvo yksilöitä voidaan korvata toisilla, uutta teknologiaa edustavilla ajoneuvoilla Alustavat tulokset toteutuneista Euro VI-autojen mittauksista osoittavat, että Euro VI -tason ajoneuvojen päästöt ovat varsin matalat myös transienteissa ajotilanteissa. Lisäksi ajoneuvot näyttävät toteuttavan asetetun päästötasonsa entistä paremmin vaihtelevissa ajosuoritteissa. Lisätietoja tutkimuksesta: RakeVan pakettiautotutkimus Pakettiautoihin keskittyvä alatehtävän tavoitteena on tuottaa tietoa raskaan kaluston ja henkilöautokaluston väliin jäävistä ajoneuvoista. Alatehtävässä suoritettavien mittausten avulla pyritään: 1. kartoittamaan kevyen kuljetuskaluston energiansäästöpotentiaalia ja energiantarpeeseen vaikuttavia tekijöitä 2. tutkitaan pienten linja-autojen energiantehokkuutta, erityisesti syöttöliikenteessä 3. tuotetaan vertailutietoa sähköajoneuvojen potentiaalin ja käyttömahdollisuuksien selvittämiseksi jakelu- ja syöttöliikenteessä 4. Tutkimuksen yhtenä osa-alueena selvitetään myös moottorin esilämmityksen vaikutusta nykyisen moottoritekniikan energiankulutukseen Tutkimus toteutetaan suorittamalla määrittelymittauksia uusimmalle pakettiautokalustolle. Hanke tukee täydentämällä sekä suoritettavia RakeTruck- ja Rake- Bus-alatehtäviä että VTT:n viimeisen 10 vuoden aikana keräämää päästötietokantaa TUTKIMUKSEN SISÄLTÖ JA TÄRKEIMMÄT TULOKSET Tutkimuksen aikana suoritetaan energiatehokkuuden ja päästöjen mittauksia noin 10 ajoneuvolle sekä selvitetään moottorin esilämmityksen vaikutusta nykyisen moottoritekniikan energiankulutukseen. Alatehtävä on jaettu kolmeen osioon. 1. Mitattavien ajoneuvojen sekä niiden ajovastusten määrittely 2. Ajoneuvojen energiatehokkuus, päästöt ja vertailumittaukset laboratoriossa 3. Moottorin esilämmityksen vaikutus modernin ajoneuvon energiankulutukseen 78 (124)

79 Tutkimuksen ensimmäisessä osiossa määriteltiin mittauksiin valittavat ajoneuvot sekä mitattiin valittujen ajoneuvojen ajovastukset kesän ja syksyn 2012 aikana. Kaikkia mittauksiin valittavia autoja ei ollut saatavilla suotuisien mittausolosuhteiden vallitessa, minkä vuoksi ainakin kahden auton ajovastusten määrittely jää keväälle Yhden ajoneuvon saatavuus on vielä vuosiraporttia kirjoittaessa auki. Mittauksiin valitut ajoneuvot on esitetty taulukossa Taulukko RakeVan mittauksien pakettiautot Merkki Malli Kantavuus Kokonaispaino Ford Ford Ford Transit M300 matala Transit 300M puolikorkea Transit 300M korkea noin noin noin Nissan NV200 noin Mercedes- Benz Vito 113 CDI keskipitkä noin Mercedes- Benz Vito E-Cell Mercedes- Benz Sprinter 316CDI- 3.88/ Volkswagen Caddy 1.6 TDI noin Bluemotion Volkswagen Transporter matala noin Ajovastusten mittauksen tavoitteena oli selvittää ajoneuvojen välisten erojen lisäksi, miten otsapinnan ja kuorman muutos vaikuttavat ajovastuksiin. Kuvassa on esitetty kuormaamattomista ajoneuvoista mitattu ajovastusvoima nopeuden funktiona. Mitatut erot ovat suuria nopeusalueen yläpäässä, mutta on huomioitava että myös mitattujen autojen fyysinen kokoero on merkittävä. Suurin mitattu auton tyhjäpaino oli 2195 kg ja pienimmän 1520 kg. Vastaavasti suurimman mitatun auton otsapinta-ala oli noin 1,5 kertaa suurempi, kuin pienimmän mitatun auton otsapinta-ala. 79 (124)

80 Kuva Kuormaamattomista pakettiautoista mitattu ajovastusvoima nopeuden funktiona Tehdyt mittaukset osoittavat että jo saman painoluokan ajoneuvojen välillä voi olla suuria ajovastuseroja. Kuljetustarvetta suuremman ajoneuvon energiantarve on optimiratkaisua suurempi. Tutkimus jatkuu vuonna 2013 toteutettavin pakettiautojen sekä moottorin esilämmityslaitteiden laboratoriomittauksin. Lisätietoja tutkimuksesta: 80 (124)

81 4.9 Hybridibussit kokemuksia käyttöönotosta, liikennöinnistä ja energiankulutuksesta Hankekoodi 1.13 Vastuutaho Tampereen teknillinen yliopisto, liikenteen tutkimuskeskus Verne Raportointi Heikki Liimatainen Lähtökohta Diesel- ja sähkömoottorilla varustettuja hybridilinja-autoja on ollut liikenteessä jo yli kymmenen vuotta. Hybridibussit ovat kuitenkin olleet huomattavasti kalliimpia kuin perinteiset dieselbussit, joten ne ovat yleistyneet hitaasti. Tekniikka on kuitenkin kehittynyt, jolloin hybriditekniikan hinta ja luotettavuus ovat parantuneet ja hybridibussit alkavat olla elinkaarikustannuksiltaan kilpailukykyinen vaihtoehto dieselbusseille. Tästä huolimatta hybridibussit ovat Suomessa vielä harvinaisia. Ensimmäisenä Suomessa otettiin linjaliikenteeseen neljä Volvon valmistamaa hybridibussia Turussa kesällä Helsingin seudun liikenteessä puolestaan aloitti liikennöinnin kaksi Volvon hybridibussia vuodenvaihteessa Tampereella otettiin kaksi Solariksen hybridibussia käyttöön vuodenvaihteessa Tutkimuksen kohteet Tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää kirjallisuusselvityksen ja kyselyjen avulla käyttökokemuksia ja kustannustietoa hybridibussien käyttöönotosta ja liikennöinnistä. Tutkimuksessa myös selvitettiin, mille linjoille hybridibussi parhaiten soveltuu Tampereen joukkoliikenteessä. Kerättyjä tietojen pohjalta tehtiin investointilaskuri, jonka avulla voidaan verrata diesel- ja hybridibussien elinkaarikustannuksia Tutkimuksen tärkeimmät tulokset Hybridibussit ovat kehittyneet paljon viimeisen kymmenen vuoden aikana. Tekniikka on nyt luotettavampaa ja halvempaa kuin aiemmin ja massatuotanto on tekemässä hybridibusseista kilpailukykyisen vaihtoehdon dieselbusseille. Hybridibusseja käyttäneet operaattorit ja tilaajat ovat olleet tyytyväisiä hybridibusseihin ja niiden käyttöönotolla on voitu vähentää haitallisia lähipäästöjä ja melua. Eurooppalaisessa kyselyssä operaattorit olivat valmiita maksamaan hybridibussista 26 % enemmän kuin dieselbussista. Mielenkiintoisesti juuri tuolla hankintahinnan erolla investointilaskentaesimerkissä hybridibussin elinkaarikustannukset olivat 15 vuoden käytön jälkeen lähes samat dieselbussin kanssa. Investointilaskentaa on esitelty tarkemmin tutkimuksen loppuraportissa, joka on saatavilla TransEcon internet-sivuilla osoitteessa: 81 (124)

82 Hybridibussin elinkaarikustannuksiin liittyy kuitenkin suuria epävarmuuksia polttoaineenkulutuksen todellisten säästöjen, polttoaineen hinnan ja akkujen käyttöiän vuoksi. Polttoaineenkulutuksen säästöt ovat ratkaisevan tärkeitä hybridibussi-investoinnin kannattavuudelle, mutta eri puolilla maailmaa tehdyissä hybridibussien käyttökokeiluissa säästöt ovat vaihdelleet kymmeniä prosenttiyksikköjä. Säästöt riippuvat hybridibussin tekniikan lisäksi kuljettajan ajotavasta, joten kuljettajien koulutus hybridibussien optimaaliseen ajotapaan on erittäin tärkeää. Hybridibussit pitää myös sijoittaa hitaille, paljon jarrutuksia ja kiihdytyksiä sisältäville linjoille, joilla niiden ominaisuudet saadaan hyödynnettyä parhaiten. Tampereella hybridibussit soveltuvat parhaiten linjoille 2, 10, 3 tai 27, joilla polttoaineen säästö on noin 20 %. Investointilaskurin perusteella hybridibussi-investointi voi olla elinkaaritaloudellisesti hyvä tai huono ratkaisu. Epävarmuustekijöiden vuoksi asia selviää vain pitkäaikaisen käytön jälkeen. Todellisten hyötyjen ja kustannusten selvittämiseksi hybridibusseja tulee seurata monipuolisesti heti käyttöönotosta lähtien. Kuljettajien koulutusta, hybridibussien soveltuvuutta erilaisille linjoille ja hybridibussien todellisia hyötyjä ja kustannuksia selvitetään jatkotutkimuksessa. Lisätietoja: heikki.liimatainen@tut.fi 82 (124)

83 4.10 Induktiivisen latauksen kenttäkoe Hankekoodi 1.14 Vastuutaho Metropolia AMK Raportointi Ville Eskelinen Lähtökohta ja tavoitteet Tämän projektin tavoitteena on tutkia ja demonstroida induktiivista, eli kontaktitonta lataustekniikkaa, joka osaltaan helpottaa ja myös tekee sähköautojen latauksesta turvallisempaa käyttäjälleen. Tätä varten rakennetaan kaksi testiajoneuvoa pääosin suomalaisten yritysten toimittamia komponentteja ja järjestelmiä hyödyntäen Tutkimuksen kohteet ja alatehtävät Tuotettavilla ajoneuvoilla tutkitaan ja demonstroidaan sähkökäyttöisen ajoneuvon potentiaalia kontaktittomaan lataukseen yhdistettynä. Ajoneuvoihin asennetaan myös pikalatausjärjestelmät, joilla ajoneuvojen akut saadaan ladattua täyteen noin tunnissa. Näin ollen hanke pitää sisällään kaikki nykypäivän täyssähköauton latausmenetelmät. Ajoneuvot liitetään osaksi Pääkaupunkiseudun sähköinen liikenne fleet-testihanketta. Toteutettavat ajoneuvot palvelevat lisäksi mukaan tulevien yritysten testiajoneuvoina, joihin asennettavilla komponenteilla voidaan tehdä mm. järjestelmä- ja kestotestejä. Hankkeen toisena päätavoitteena on jatkaa Metropoliassa aloitettua ajoneuvolämpöpumpun kehittämistä. Matkustamon ja akuston lämmönhallinta vaikuttaa merkittävästi ajoneuvon käytettävyyteen ja sillä saavutettavaan toimintasäteeseen ja aikaan. Hankkeen tavoitteena on myös kehittää Metropolia Amk:n osaamista sähkökäyttöisten ajoneuvojen komponenttien ja järjestelmien suunnittelussa. Lisäksi hankkeen koulutuksellisiin tavoitteisiin kuuluu hankkeessa toimivien opiskelijoiden kouluttamisen lisäksi opetustoiminnan kehittäminen vastaamaan tämän päivän haasteita kehittämällä edelleen projektiopetusta ja mahdollistamalla opiskelijoiden kansainvälisyyteen kasvaminen ulkomaisen järjestelmätoimittajan kanssa työskentelyn kautta Tutkimuksen sisältö ja tärkeimmät tulokset Vuoden 2012 tutkimustyö on keskittynyt pitkälti sähköauton suunnitteluun ja rakentamiseen, sekä sähköauton latausjärjestelmiin perehtymiseen. Erityisesti tutkinnan kohteena on ollut induktiivinen lataus sekä pikalataus. Työ aloitettiin purkamalla suurin osa auton alkuperäisestä korkeajännitejärjestelmästä ja uuden järjestelmän mitoittamisesta projektissa käytettävien Micro-Vett Doblojen raameihin. Auton alkuperäiset korkeajännitelaitteet korvattiin kotimaisilla tuotteilla - akusto ja akunhallintajärjestelmä tulee European Batteriesilta, invertteri ABB:ltä ja DC/DC - muunnin sekä hidaslaturi Eforelta (Kiinan osastolta). Suunnittelu- ja rakennustyö 83 (124)

84 on tapahtunut pääosin opiskelijoiden toimesta. Auton ajojärjestelmän ohjaus perustuu Metropoliassa suunnitellun E-RA -sähköauton ohjauslogiikkaan. Akusto sijoitettiin kokonaan tavaratilaan hidaslaturin, DC/DC -muuntimen, akunhallintajärjestelmän ja kontaktorilaatikon kanssa. Loput sähköjärjestelmästä sijoitettiin auton konehuoneeseen. Näin ollen autoilla pystytään kuljettamaan edelleen viittä henkilöä. Induktiivisen latauslaitteiston hankinta osoittautui odotettua hankalammaksi, sillä yhtään laitteistoa ei ollut kaupallisesti saatavilla. Olemme keskustelleet kuuden eri laitteistovalmistajan kanssa yhteistyöstä, mutta vain yhden kanssa keskustelut jatkuva vuonna 2013 (Leopold Kostal GmbH). Useimmat laitteistovalmistajat pyrkivät tällä hetkellä tekemään yhteistyötä suurten autovalmistajien kanssa. Autoihin asennetaan lisäksi CHAdeMO -standardin pikalatausjärjestelmä, jonka ohjelmapuolen integraatio saatiin valmiiksi vuoden vaihteessa. Lataus tapahtuu portugalilaisen Efacecin valmistaman liitäntälaitteen kautta. Projektille hankittu siirrettävä pikalaturi saapui koululle vuoden 2013 alussa Julkaisut ja konferenssiesitelmät Ei julkaisuja. Lisätietoja: 84 (124)

85 5 Polttoainetutkimus 85 (124)

86 5.1 Korkeaseosteiset biokomponentit henkilöautojen polttoaineisiin muut kuin etanoli Hankekoodi 2.2 Vastuutaho VTT, yhteistyössä Neste Oil Raportointi Päivi Aakko-Saksa, Matti Kytö / VTT Yrityskontakti Leena Rantanen-Kolehmainen, Seppo Mikkonen / Neste Oil Lähtökohta ja tavoitteet Tämä osatehtävä jakautuu kahteen osaan, bensiinin muihin biokomponentteihin kuin etanoliin (biobensiini) ja dieselkäyttöisen henkilöautokaluston biokomponentteihin Biobensiini Tutkimuksessa kartoitettiin bensiinin biokomponenttivaihtoehtoja ja tutkittiin niiden käyttömahdollisuuksia sekä päästövaikutuksia. Vaikka etanoli on maailman yleisimmin käytetty biopolttoaine, tavanomaisten bensiinikäyttöisten autojen polttoaineessa etanolia voidaan käyttää enintään til-% teknisten rajoitteiden vuoksi (nykymääräysten puitteissa 10 %, vastaa noin 6,7 energia-%). Korkeita etanolipitoisuuksia voidaan käyttää nykyään vain flex-fuel (FFV) autoissa. Nykyiset tavanomaiset autot muodostavat valtaosan bensiinikäyttöisestä autokannasta vähintään seuraavien vuoden ajan, joten on syytä kehittää ja arvioida niille sopivia biokomponentteja. Euroopan unioni edellyttää, että uusiutuvien energianlähteiden osuus liikenteen energiankulutuksesta on vähintään 10 % vuoteen 2020 mennessä, ja vielä korkeampia alueellisia tavoitteita on esitetty. Siksi on toivottavaa löytää biokomponentteja, jotka voivat korvata tai täydentää etanolia bensiinin komponentteina. Kiinnostavia biokomponentteja ovat mm. bioeetterit, biobutanolit ja biohiilivedyt. Oksygenaatteja sisältäviä ja oksygenaatittomia biokomponentteja yhdistämällä voidaan lisätä bensiinin bio-osuutta. Tämä tutkimus muodostui a) tuotantoprosesseja koskevasta kirjallisuutta käsittelevästä osasta ja b) bensiinin biokomponenttien käyttökelpoisuutta tutkivasta osasta, joka perustuu kirjallisuuteen ja kokeelliseen tutkimustyöhön. Hankkeen kattavampi yhteenveto on esitetty TransEco-vuosiraporttissa Tässä esitetään vain tärkeimmät johtopäätökset. Tutkimuksessa keskityttiin muiden bensiinin biokomponenttien kuin etanolin käyttömahdollisuuksiin etanolin vaihtoehtona tai ohella sekä niiden päästövaikutusten arviointiin. Uusia polttoainekomponentteja arvioitaessa on tärkeää varmistaa, että ne toimivat hyväksyttävästi energiaketjun (well-to-wheel) kaikissa vaiheissa. Huomioon otettavia seikkoja ovat esimerkiksi tuotanto- ja loppukäyttövaiheen infrastruktuuri, yhteensopivuus autokannan kanssa sekä terveys- ja ympäristövaikutukset. 86 (124)

87 Etanolin käyttöön bensiinin biokomponenttina liittyy rajoituksia Etanolin on maailmanlaajuisesti käytetyin nestemäinen biopolttoaine. Etanolia käytetään sellaisenaan tai ETBE:n raaka-aineena. Teknisten rajoitusten vuoksi etanolia voi käyttää tavallisissa bensiinikäyttöisissä autoissa enintään til-% pitoisuuksina. Tätä suuremmat etanolin seossuhteet ovat mahdollisia FFV-tekniikkaa käyttävissä erikoisautoissa. Liikenteen biopolttoainetavoitteet ovat haastavia. Etanolia korvaavia tai täydentäviä bensiinin biokomponentteja tarvitaan, jotta tavallisten autojen biopolttoaineosuuksia voidaan kasvattaa. Biokomponenttivaihtoehtoja on monia Etanolia on perinteisesti tuotettu käymisteitse sokereista ja tärkkelyksestä. Lignoselluloosan käyttö raaka-aineena vaatii esim. entsymaattisen hydrolyysin käyttöä. Alkoholeja voidaan tuottaa myös kaasutuksen ja sen jälkeisen käymis- tai alkoholisynteesiprosessin avulla. Biobutanolia ja korkeampia alkoholeja voidaan valmistaa etanolin valmistusprosesseja muistuttavilla prosesseilla. Alkoholit voi muuntaa eettereiksi, jotka ovat alkoholeja parempia bensiinikomponentteja. Bensiinialueen hiilivetyjä on mahdollista valmistaa myös biomassasta. Bensiiniä voi tuottaa kaasutuksen ja Methanol to gasoline, MTG -nesteytysmenetelmän avulla, kuten Exxon-Mobilin MTG- ja Haldor Topsøen TIGAS-prosesseissa. Kaasutusta ja Fischer-Tropsch -nesteytystä käytetään nykyisin pääasiassa dieselin valmistamiseen, mutta prosessin voi myös optimoida bensiinin tuotantoon, kuten Sasolin hiiltä raaka-aineena käyttävä tuotantolinja Etelä-Afrikassa. Virent Energy Systems Inc. on kehittänyt BioForming-prosessin, jolla tuotetaan bensiiniä biomassan sokereista. Biopolttoaineita voidaan tuottaa öljynjalostamoissa. Esimerkiksi kasviöljyjä, eläinrasvoja, mäntyöljyä, FT-vahaa ja käsiteltyä pyrolyysiöljyä voidaan käyttää lisäsyöttönä jalostamoissa tai raaka-aineena nimenomaan niille kehitetyissä laitoksissa. Useat yritykset tuottavat nykyään vetykäsitellyistä öljyistä ja rasvoista kaupallisesti niin kutsuttua uusiutuvaa dieseliä (HVO). Sivutuotteena syntyy uusiutuva bensiinifraktio. Myös kaasutus/ft-prosesseista syntyy sivutuotteena bensiinin alueella tislautuvia hiilivetyjä, vaikka ne olisivat optimoituja dieselpolttoaineen tuotantoon. Myös loppukäyttöön liittyvät seikat on otettava huomioon... Teknisistä syistä bensiiniin voi sekoittaa etanolia vain rajallisesti. Butanolin isomeereillä on bensiinikomponenttina monia etuja verrattuna etanoliin. Myös bioalkoholien muuntaminen eettereiksi tuottaa hyviä bensiinikomponentteja. Perinteisten bensiinikäyttöisten autojen rajallinen happipitoisuuden sieto kuitenkin rajoittaa kaikkien happea sisältävien komponenttien sekoittamista bensiiniin. Bensiinialueen biohiilivedyt ovat hyödyllisiä, sillä ne ovat täysin yhteensopivia bensiinin sekä nykyisen autokannan ja infrastruktuurin kanssa. Biohiilivedyt eivät kuitenkaan ole yhdenmukaisia, vaan niiden ominaisuudet vaihtelevat tuotantoprosessin ja raaka-aineiden mukaan. Runsaasti uusiutuvaa energiaa sisältäviä vaihtoehtoja, jotka sopivat tavanomaisille bensiinikäyttöisille autoille... Bio-oksygenaattien ja biohiilivetyjen yhdistelmien käyttöä bensiinissä tutkittiin käyttäen biokomponentteina etanolin lisäksi tai sijasta isobutanolia, n-butanolia, 87 (124)

88 ETBE:tä ja uusiutuvaa hiilivetykomponenttia. Pakokaasupäästöt mitattiin kylmässä lämpötilassa (-7 C). Tulokset osoittavat, että on monia mahdollisuuksia lisätä bioenergian osuutta bensiinissä jopa yli 20 %:iin kasvattamatta bensiinin happipitoisuutta yli tason, joka sopii E10-yhteensopiville bensiiniautoille (kuva 5.1.1). Useimmissa tapauksissa etanolin, isobutanolin, n-butanolin, ETBE:n tai niiden seoksien käyttäminen yhdessä uusiutuvien hiilivetykomponenttien kanssa ei vaikuta merkittävästi tai haitallisesti tavallisten autojen päästöihin. Parhailla biokomponenttien yhdistelmillä autojen pakokaasut olivat vähemmän haitallisia kuin käytettäessä fossiilisia polttoaineita. Pakokaasut olivat selvästi kaikkein haitallisimpia käytettäessä E85-polttoainetta FFV-autossa, ja pakokaasujen otsoninmuodostumispotentiaali oli kaikkein suurin. Näitä haittavaikutuksia voitiin vähentää huomattavasti, kun polttoaineen etanolipitoisuutta pienennettiin esimerkiksi 30 %:iin. Tällöin bioenergiapitoisuutta voisi suurentaa käyttämällä biohiilivetykomponentteja. FFV-autojen ja pakokaasujen jälkikäsittelylaitteiden kehitys tulee todennäköisesti pienentämään E85-polttoaineen aiheuttamia pakokaasupäästöjä kylmässä. Bensiinikäyttöisten autojen pakokaasujen sisältämien hiukkasten haitallisuus alhaisissa lämpötiloissa lisää yleisiä terveyteen liittyviä riskejä, mutta tämä ongelma ei välttämättä liity ensisijaisesti polttoaineisiin, vaan suorasuihkutteisiin bensiininautoihin. Tosin oksygenaatit yleensä vähentävät hiukkaspäästöjä. Yksi mielenkiintoinen havainto liittyi tutkittujen autojen korkeisiin ammoniakkipäästöihin. Bensiinin lisättäviä uusiutuvia hiilivetyjä on jo olemassa. Niitä syntyy esimerkiksi uusiutuvan HVO-dieselpolttoaineen tuotantoprosessin sivutuotteena. On myös lupaavia prosesseja biohiilivetyjen tuottamiseksi selluloosapohjaisista raaka-aineista. Nämä prosessit ja lopputuotteet edellyttävät lisätutkimuksia, joissa arvioidaan esimerkiksi taloudellisia seikkoja ja koko energiaketjun kasvihuonekaasupäästövaikutuksia Dieselosuus Tutkimus polttoaineen vaikutuksesta hiukkassuodattimen toimintaan toteutettiin diplomityönä, jonka kokeellinen osuus toteutettiin VTT:n kevyen kaluston alustadynamometrillä neljällä eri polttoainelaadulla ja yhdellä autolla. Hankkeen kattavampi yhteenveto on esitetty TransEco-vuosiraporttissa Tässä esitetään vain tärkeimmät johtopäätökset. Vertailupolttoaineena käytettiin EN 590 normin mukaista fossiilista dieselpolttoainetta. Muut polttoaineet olivat 30 % HVO:ta (Hydrotreaed Vegetable Oil) sisältävä dieselseos, puhdas HVO ja 10 % perinteistä biodieseliä eli rypsiöljyn metyyliesteriä (FAME, Fatty Acid Methyl Ester) sisältävä dieselpolttoaine. HVO oli näissä kokeissa Neste Oil Oyj:n Porvoon jalostamolla valmistamaa polttoainetta kauppanimeltään NExBTL. 88 (124)

89 Ethanol (E85) Ethanol (E30) Ethanol + ETBE Isobutanol + ETBE Isobutanol Fossil Ethanol (E10) ETBE Isobutanol n-butanol Bio-HC Bio-HC + ethanol Bio-HC+ ETBE Bio-HC + isobutanol E85-compatible FFV cars E10-compatible cars Low emission alternatives for E85. High bioenergy achievable with Bio-hydrocarbons Present baseline Bioenergy ~ 14% Bioenergy > 20% Bioenergy-% Kuva E10-yhteensopiville autoille on saavutettavissa korkeita bioenergiaosuuksia yhdistämällä erilaisia biokomponentteja. Valmistelevan vaiheen kokeiden perusteella päädyttiin sykliin, jonka alussa on henkilöautojen päästö- ja polttoaineenkulutusmittauksissa käytettävä Eurooppalainen sykli (NEDC), jota seuraa ajo mittarinopeudella 100 km/h. Kokeet ajettiin VW Passat -henkilöautolla vuosimallia Kokeiden alussa autolla oli ajettu noin kilometriä ja kokeiden lopussa noin km. Hiukkassuodattimen tukkeutumista seurattiin lukemalla auton moottorinohjausyksikön kautta paine-eroa hiukkassuodattimen yli. Autonvalmistaja ei kerro regenerointistrategiaa, mutta ainakin ajomatka ja polttoaineenkulutus vaikuttavat regeneroinnin käynnistymiseen. Laskennallinen suodattimeen kertyvän hiukkasmassan määrä on ratkaiseva tekijä. Polttoaineella nähtiin olevan suora vaikutus auton hiukkaspäästöihin ja edelleen hiukkassuodattimen regenerointitarpeeseen. Kokeita tehtiin vain yhdellä autolla, joten tulokset ovat ensisijaisesti suuntaa antavia. Regenerointiväli Fossiilisella EN 590 dieselpolttoaineella regenerointiväli käytetyllä ajosyklillä oli noin 330 km (kuva 5.1.2). 30 % HVO-seoksella regenerointi alkoi keskimäärin 325 kilometrin jälkeen, käytännössä 30 % HVO lisäys ei siis vaikuttanut regenerointiväliin. 100 % HVO-seoksella regenerointi sen sijaan alkoi huomattavasti myöhemmin, regenerointiväli oli keskimääräin hieman yli 400 km, 22 % pidempi kuin EN 590 polttoaineella. Myös 10 % FAME:a sisältävällä polttoaineella päästiin keskimäärin noin 400 km:n regenerointiväliin, mutta tulosten hajonta oli poikkeuksel- 89 (124)

90 lisen suuri. Syytä hajontaan ei löydetty, lämpötiloissa tai painehäviön nousussa ei ollut eri kokeiden välillä merkittäviä eroja. Kuva Regerointiväli ajokilometreinä eri polttoaineilla. Pylväs osoittaa keskimääräisen regenerointivälin, musta viiva vaihteluvälin eli minimi- ja maksimiarvot. Paine-ero hiukkassuodattimen yli Kokeiden aikana hiukkassuodatin tukkeutui hitaasti nokihiukkasten kerääntyessä suodattimeen. Hiukkassuodattimen aiheuttama painehäviö juuri ennen regenerointia oli tyypillisesti luokkaa 85 mbar kaikilla muilla polttoaineilla paitsi 100 % HVO:lla, jolla painehäviö oli runsaat 10 mbar pienempi (kuva 5.1.3). Mikäli laskennallisessa hiukkasmassan kertymässä pystytäisiin huomioimaan polttoaineen ominaisuudet ja niiden vaikutus todelliseen kertymään HVO polttoaineella regenerointiväli voisi olla selvästi pidempi kuin mitä se nyt oli. Kuvassa näkyy myös paine-ero regeneroinnin aikana ja sen jälkeen. Kun regenerointi alkoi, paine-ero suodattimen yli nousi 130 mbarin tasolle ja laski siitä regeneroinnin jälkeen noin 40 mbariin. Regeneroinnin vaikutus polttoaineen kulutukseen Polttoaineen kulutus kasvoi selvästi regeneroinnin aikana. Kulutus kasvoi lähes kaksinkertaiseksi verrattuna kulutukseen vakionopeudella 100 km/h (mittarinopeus). Polttoaineen kulutus laskettiin vaa alla jatkuvasti mitatuista arvoista. Hetkellinen kulutus kohosi 4 5 l/100 km. Regenerointi kohotti koko ajomatkalle laskettua keskimääräistä kulutusta 0,2 0.4 l/100 km riippuen regeneroinnin kestosta. Auton ajotietokoneen mukaan polttoaineen kulutus ei kuitenkaan noussut. Auton mootto- 90 (124)

91 rinohjaus laskee polttoaineenkulutuksen ilmeisesti vain pääruiskutuksen keston ja ruiskutuspaineen mukaan. Kuva Tyypilliset paine-erot suodattimen yli eri polttoaineilla vakionopeusvaiheen aikana. Kyseessä ovat yksittäisten kokeiden käyrät Julkaisut ja konferenssiesitelmät Biobensiini-osuus Raportti: Aakko-Saksa, P., Koponen, P., Kihlman, J., Reinikainen, M., Skyttä, E, Rantanen-Kolehmainen, L. & Engman, A., Biogasoline options for conventional spark-ignated engines. VTT Working Papers. 219 s. Artikkelit Aakko-Saksa, P., Koponen, P., Kihlman, J., Rantanen-Kolehmainen, L. & Engman, A., Biogasoline options Possibilities for achieving high bio-share and compatibility with conventional cars. SAE International Journal of Fuels and Lubricants. SAE International. Vol. 4 (2011) No: 2, doi: / Also as SAE Technical Paper Aakko-Saksa, P., Koponen, P., Rantanen-Kolehmainen, P. ja Skyttä, E., Bensiiniautojen sääntelemättömät pakokaasupäästöt. Ilmansuojelu-lehti, 4/2012, Artikkeli: Bensiiniautojen hiukkaspäästöistä ehdotetaan artikkelia tieteelliseen lehteen. 91 (124)

92 Dieselosuus Diplomityö: Kopperoinen, A., Polttoainelaadun vaikutus dieselhenkilöauton hiukkassuodattimen toimintaan. Oulon yliopisto, Konetekniikan osasto. Toukokuu s. + liitt. 1 s. Artikkeli: Kopperoinen, A., Kytö, M., Mikkonen, S., and Mikkonen, S., "Effect of Hydrotreated Vegetable Oil (HVO) on Particulate Filters of Diesel Cars," SAE Technical Paper , 2011, Mikkonen, S., Honkanen, M., Kuronen, M., HVO, Hydrotreated Vegetable Oil - a Premium Renewable Biofuel for Diesel Engines. 9th International Colloquium Fuels - Conventional and Future Energy for Automobiles. Technische Akademie Esslingen, Ostfildern, In Fuels - Mineral Oil Based and Alternative Fuels, ISBN , p Mikkonen, S., Hartikka, T., Kuronen, M., Saikkonen, P., HVO, Hydrotreated Vegetable Oil a Premium Renewable Biofuel for Diesel Engines. 3rd edition. Neste Oil, Espoo, December p. Mikkonen, S., Dieselpolttoaineen tulevaisuudennäkymiä, Hiukkassuodattimet edellyttävät korkealaatuista polttoainetta. Suomen Autolehti 78(2011)8, s (124)

93 6 Järjestelmälohko 93 (124)

94 6.1 Henkilöautokannan ennuste- ja hallintamalli Hankekoodi 3.3 Vastuutaho Tampereen teknillinen yliopisto, Liikenteen tutkimuskeskus Verne & VTT Raportointi Hanna Kalenoja Lähtökohta ja tavoitteet Tutkimuksen tavoitteena on tuottaa alueellinen ennustemalli henkilöautokannan koostumuksen ja liikennesuoritteiden arviointiin. Ennuste- ja hallintamallilla on mahdollista arvioida erilaisten yhteiskunnallisten ohjaustoimenpiteiden kuten verotuksen ja lainsäädännön vaikutuksia autokannan kehitykseen ja henkilöautosuoritteeseen. Ajosuoritteen ja autokannan koostumuksen avulla on mahdollista tuottaa tarvittavia lähtötietoja tietoja esimerkiksi liikenteen energiankulutuksen ja ympäristövaikutusten arviointiin. Malli laaditaan kuvaamaan henkilöautokannan kehitystä vuosina Tutkimuksen kohteet ja tehtävät Malli koostuu alueellisista autonomistus- ja käyttötapamalleista, väestö- ja kotitalousrakennemalleista sekä autokantamallista, joka käyttää muiden mallien tietoa lähtötietonaan. Mallin rakenne on esitetty kuvassa alueryhmä alueryhmä 1 alueryhmä 2 vyöhyke vyöhyke 1 vyöhyke 2 moniautoisuus kotitaloustyyppi kotitaloustyyppi 1 kotitaloustyyppi 2 autollisuus auto ei autoa 1. auto 2. auto suorite ajokm/v ajokm/v ajokm/v ajokm/v hallintasuhde oma auto työsuhdeauto kokoluokka pienet autot (A) pieni perheja tila-autot (BC) keskikokoiset perhe- ja tilaautot (DE) isot autot (FG) käyttövoima bensiini diesel kaasu sähkö ikäluokka Alle 5 vuotta 5-9 vuotta vuotta yli 14 vuotta alueryhmä 3 vyöhyke 3 kotitaloustyyppi 3 ajokm/v maasturit (HI) alueryhmä 4 vyöhyke 4 kotitaloustyyppi 4 ajokm/v alueryhmä 5 vyöhyke 5 kotitaloustyyppi 5 alueryhmä 6 - TK, YKR TK, YKR mittarilukematiedot väestötietojärjestelmä ATJ+vero, YKR, HLT, alueelliset HLT:t HLT, alueelliset HLT:t, ATJ+vero ATJ+vero ATJ + vero ATJ + vero ATJ + vero Kuva Ahma-mallin rakenne Tutkimuksen sisältö ja tärkeimmät tulokset Alueellinen väestömalli kuvaa kotitalousrakennetta, tulotasoa sekä väestön sosiodemografisia taustatekijöitä ja tuottaa malliin alue- ja yhdyskuntarakennetta sekä liikkumismahdollisuuksia kuvaavaa taustatietoa. Kotitaloudet on mallissa jaettu elinvaiheen, kotitalouden koon, alueryhmän ja yhdyskuntarakenteen vyöhykkeen mukaan. 94 (124)

95 Alueellinen väestö- ja kotitalousrakennemalli on lähes valmiina. Malliin päivitetään vielä tuloluokkatiedot sekä uusin yhdyskuntarakenteen vyöhykejako. Autonomistus- ja valintamalleja malleja on laadittu testaamalla erilaisia muuttujakombinaatioita kuntapohjaisilla aluejaoilla. Suoritetietojen valmistumisen jälkeen päästään tekemään lopulliset muuttujien valinnat. Liikennesuoritteita koskevaa aineistoa on jatkoanalysoitu ja sen tietoja on vertailtu Tilastokeskuksen suoriteaineistoihin aineiston validoimiseksi. Lisäksi on aloitettu LIISA- ja AHMA-mallin rajapinnan valmistelu on aloitettu. YKR-aineistossa on myös aluerajaustietoja, jotka koskevat erilaisia yhdyskuntarakenteen vyöhykkeitä, joita hyödynnetään Ahma-mallin aluejaossa. Malliin lisätään vielä tuloluokkia koskevaa tietoa sekä ja ennuste niiden kehityksestä. Lisäksi yhdyskuntarakenteen vyöhykejako päivitetään vastaamaan uusinta valtakunnallista vyöhykejakoa. Aluejakoa on varauduttu tarkistamaan, mikäli LIISA-mallin päivitystyö edellyttää seutukuntakohtaisten suoritetietojen tuottamista. Koska aluerakenne on kuvattu malliin kuntajakopohjaisena, siitä on mahdollista muodostaa myös muita aluejakoja kuin malliin nyt kuvattu kaupunkiseutujen kokoon perustuva alueryhmäjako. Väestö- ja kotitalousrakenne-ennusteen perusteena on Tilastokeskuksen kunnittainen väestöennuste sekä ikärakenteessa ja kotitalousrakenteessa ennakoitavissa olevat muutokset. Koko maa on jaettu erilaisiin alueryhmiin (kuva 6.1.2) ja vyöhykkeisiin, joille on laadittu väestöennuste Tilastokeskuksen väestöennusteen perusteella. Yhdyskuntarakennetta on mallissa kuvattu vyöhykkeillä, jotka jakavat taajamat jalankulku-, joukkoliikenne- ja autovyöhykkeisiin (kuva 6.1.3). Vyöhykejako on laadittu 250 metrin ruudukolle ja se kattaa kaikki yhdyskuntarakenteen seurantajärjestelmän kaupunkiseutujen taajamaruudut. Autoistuminen on tyypillisesti hyvin erilaista eri vyöhykkeillä. Eniten autottomia talouksia asuu jalankulkuvyöhykkeillä ja vastaavasti eniten moniautoisia talouksia autovyöhykkeillä ja taajaman ulkopuolisilla alueilla. Kotitalousrakenne-ennusteessa kotitalouden keskikoko pienenee huomattavasti erityisesti kaupunkien tiiviisti rakennetuilla keskusta- ja alakeskusvyöhykkeillä. Yhden hengen talouksien suhteellinen osuus kasvaa ikärakenteen muutoksen seurauksena ja lapsitalouksien suhteellisen osuuden pienenemisen seurauksena (kuva 6.1.4). Kehitys on kuitenkin alueellisesti erisuuntaista, sillä kaupunkiseutujen kehysalueilla ja yhdyskuntarakenteen autovyöhykkeillä kotitalouden keskikoon on ennakoitu pienenevän muita alueita vähemmän. Kahden auton talouksien osuuden on muissa alueryhmissä ennakoitu tasaantuvan, mutta kehysalueilla ja autovyöhykkeillä se kasvaa mallin mukaan vielä lähivuosien aikana selvästi. 95 (124)

96 Kuva Ahma-mallin alueryhmäjako (kuntaryhmät). Taajaman ulkopuoliset alueet kuuluvat joko autovyöhykkeeseen tai taajaman ulkopuoliseen joukkoliikennevyöhykkeeseen. Joukkoliikennevyöhykkeet Jalankulkuvyöhykkeet Autovyöhyke Joukkoliikennevyöhykkeet sijaitsevat yli 2,5 km:n etäisyydellä kaupunkikeskustoista ja niillä joukkoliikenteen palvelutaso on hyvä tai erinomainen. Kriteereinä pysäkin vuorotiheys ja kävelyetäisyys pysäkille. 1. Intensiivinen joukkoliikennevyöhyke 2. Joukkoliikennevyöhyke 1. Jalankulkuvyöhyke rajautuu 1,0 2,0 km:n säteelle kaupungin kaupallisesta ydinkeskustasta. 2. Jalankulkuvyöhykettä ympäröi reunavyöhyke, joka ulottuu 2 5 km:n säteelle jalankulkuvyöhykkeestä. 3. Alakeskuksiin muodostuu itsenäinen jalankulkuvyöhyke Alkuperäinen kuvalähde Leo Kosonen, Kuopion kaupunki Jalankulku- ja joukkoliikennevyöhykkeiden ulkopuolelle jäävä taajama-alue on autovyöhykettä. Autovyöhykkeellä on jonkin verran joukkoliikennetarjontaa, mutta joukkoliikenteen palvelutaso ei ole yhtä hyvä kuin joukkoliikennevyöhykkeellä. Kuva Yhdyskuntarakenteen vyöhykkeet. Vyöhykejakon on Suomen Ympäristökeskuksessa laadittu 250 metrin YKR-taajamaruudukolle (Ristimäki et al. 2011). 96 (124)

97 45 % 40 % 35 % 32 % 35 % 37 % 40 % 41 % 30 % 27 % 28 % 25 % 20 % 15 % 10 % 18 % 17 % 15 % 13 % 11 % 10 % 9 % 5 % 0 % henk. 2 henk. 3 henk. 4 henk. 5+ henk. Kuva Kotitalousrakenteen muutos vuosina (Tilastokeskus, Altika). Autonomistusmalli on luonteeltaan hierarkkinen malli, jossa mallinnetaan kotitalouksien autojen määrää, autojen hallintasuhdetta, auton kokoluokkaa ja käyttövoimaa sekä vuosittaisen ajosuoritteen määrää. Auton omistuksen ja käyttötapojen mallien lähtökohtana on yksilökohtainen liikkumistarve, jota kuvataan kotitalousryhmien avulla. Auton valinnan ja hallintasuhteen mallissa mallinnetaan todennäköisyyttä valita auton koko- ja ikäluokka, hallintasuhde sekä henkilöauton käyttövoima. Tätä ennen mallinnetaan henkilöautosuoritteen määrä, joka vaikuttaa siihen, minkä tyyppiseen ajoneuvoon päädytään. Kotitalousryhmille syntyy mallissa erisuuruinen todennäköisyys valita tietyntyyppinen ajoneuvo. Muuttujia ovat mm. tulot, ajokortillisuus sekä auton kustannukset, joihin kuuluvat auton pääomakulut (lasketaan hankintahinnan ja iän perusteella), ajoneuvon vuosivero ja käyttövoimavero, polttoainevero sekä mahdollinen tuleva kilometriperusteinen vero. Alue- ja vyöhykejaon kautta mallissa on kytkentä yhdyskuntarakenteeseen ja liikkumismahdollisuuksiin. Ajoneuvojen kokoluokkina mallissa hyödynnetään ajoneuvojen pituuteen perustuvaa kokoluokitusta (Taulukko 6.1.1). Taulukko Ajoneuvojen kokoluokitus. Luokka Nimi Pituus (mm) Lukumäärä Osuus kannasta A pienet autot < % BC pienet perhe- ja tila-autot % DE keskikokoiset perhe- ja tila-autot % FG isot autot > % HI maasturit (ajoneuvoluokka M1G) > % Autonomistusmallien kannalta yhdyskuntarakenteen vaikutus on erittäin suuri, sillä moniautoisten talouksien osuus kasvaa kehysalueilla ja maaseutumaisessa 97 (124)

98 ympäristössä huomattavasti suuremmaksi kuin kaupunkiseutujen tiiviiksi rakennetuilla alueilla. Sen sijaan ajontyypin ja käyttövoiman valinnassa yhdyskuntarakenteen merkitys on selvästi pienempi. Ajoneuvon keskikoon, keski-iän ja käyttövoiman jakaumissa on havaittavissa suuria alueellisia eroja (kuva 6.1.5). Kuva Alle 5-vuotiaiden autojen osuus sekä henkilöautolla ajettujen kilometrien määrä kunnittain. Autokantamalli laaditaan siten, että sen avulla on mahdollista tarkastella erilaisten taloudellisten ohjausmekanismien vaikutusta autokannan kehitykseen ja auton käyttötapoihin. Malli tuottaa tietoa kuntatasolla, jolloin tiedoista on muodostettavissa myös muita kuntapohjaisia aluejakoja. Autokantamallia koskeva työvaihe on aloitettu vuonna Lisätietoja: 98 (124)

99 6.2 Ilmastonmuutoksen hillinnän toimenpiteiden vaikutusten ja vaikuttavuuden arviointi liikennesektorilla (ILARI) Hankekoodi 3.7 Vastuutahot VTT, Turun yliopiston tulevaisuuden tutkimuskeskus Raportointi Anu Tuominen Lähtökohta ja tavoitteet Vuonna 2011 Suomen kotimaan liikenteen kasvihuonekaasupäästöt olivat noin 13,2 miljoonaa tonnia hiilidioksidiekvivalenttia (CO2 ekv.) eli noin 20 % maan kaikista kasvihuonekaasupäästöistä (Tilastokeskuksen ennakkotieto, ). Liikenne- ja viestintäministeriön hallinnonala on sitoutunut kansallisiin ja Euroopan unionin yhteisiin kasvihuonekaasupäästöjen vähentämistavoitteisiin. Tavoitteiden mukaan Suomen tulee vähentää liikenteen ja muiden ei-päästökauppasektoriin kuuluvien sektoreiden kasvihuonekaasupäästöjä 16 % vuoden 2005 tasosta vuoteen 2020 mennessä. Lisäksi hallituksen ilmasto- ja energiapoliittinen tulevaisuusselonteko (2009) asetti tavoitteeksi vähentää koko Suomen kasvihuonekaasupäästöjä 80 % vuoden 1990 tasosta vuoteen 2050 mennessä. EU:n liikenteen valkoinen kirja (2011) esittää 60 prosentin vähennystavoitetta samalle ajanjaksolle. Edellä kuvatut vähennystavoitteet ovat hyvin haastavia. Tämän vuoksi onkin tärkeää pohtia ja arvioida minkälaisia mahdollisia, todennäköisiä ja toivottavia liikenteen tulevaisuuskuvia asetetut tavoitteet edellyttävät ja edelleen, millaisilla liikenteeseen kohdistuvilla toimilla ja toimenpidekokonaisuuksilla asetetut tavoitteet ja olisivat saavutettavissa. TransEco-ohjelman ja sektoritutkimuksen ilmastopolitiikkaa tukevan tutkimuskokonaisuuden (SETUILMU) yhteisessä ILARI-projektissa ( ) on tartuttu haasteeseen tunnistamalla uuden Baseline-kehitysennusteen ohella useita asiantuntijoiden ja nuorten visioita liikenteen hiilidioksidipäästöistä vuoteen Työssä on lisäksi laadittu toimenpidekokonaisuudet kahden erilaisen kasvihuonekaasupäästövision (Urbaani syke & Runsaudensarvi) saavuttamiseksi ja arvioitu kokonaisuuksien CO 2 -päästövähennyspotentiaalit Menetelmä visioiden ja toimenpidekokonaisuuksien tunnistamiseksi ILARI-työssä kehitetty ilmastonmuutoksen hillinnän visioiden ja toimenpidekokonaisuuksien laadinnan menetelmä noudattaa kuvan mukaista kolmivaiheista rakennetta. Työn ensimmäisessä vaiheessa (I) laadittiin liikenteen Baseline-päästökehitys (kuva 6.2.2) sekä tunnistettiin useita tulevaisuuden visiota tavoitevuodelle asiantuntijoiden ja nuorten näkemyksiin perustuen. Toisessa vaiheessa (II) tunnistettiin kirjallisuudesta kasvihuonekaasutavoitteiden saavuttamista edesauttavat ja Suomen tilanteeseen soveltuvat liikennejärjestelmän kehittämistoimenpiteet. Yksittäiset toimenpiteet koottiin keskeisen teeman (ensisijainen toimenpide) ympärille toimenpidekokonaisuuksiksi, sillä toimenpiteet ovat oikealla tavalla yhteen koottuna huomattavasti vaikuttavampia kuin yksittäin. Kolmannessa vaiheessa (III) kuvattiin toimenpidekokonaisuuksiin ja niiden ajoi- 99 (124)

100 tukseen perustuvat skenaariopolut ensimmäisessä vaiheessa tunnistettujen visioiden saavuttamiseksi. Kuva Visioiden ja toimenpidekokonaisuuksien rakentamisen periaate. Kuva Liikenteen hiilidioksidipäästöt liikennemuodoittain ja Baseline hiilidioksidipäästö-ennuste vuoteen (124)

101 6.2.3 Tulokset ASIANTUNTIJOIDEN JA NUORTEN VISIOT SUOMEN LIIKENNEJÄRJESTEL- MÄSTÄ JA SEN HIILIDIOKSIDIPÄÄSTÖISTÄ VUONNA 2050 Asiantuntijoiden Delfoi-tutkimuksen ja nuorten (3 lukioluokkaa eri puolelta Suomea) ainekirjoitusten ja kyselylomakkeen avulla kerätystä aineistosta muotoutui kahdeksan vaihtoehtoista tulevaisuuden visiota, jotka nimettiin seuraavasti: Urbaani syke, Transito-Suomi, Ekomoderni, Pienet askeleet, Business as usual, Materian kasvu, Runsaudensarvi ja Kehittyvä kohtuutalous. Näistä Urbaani syke- ja Runsaudensarvi-visiot valittiin tarkempaan jatkotarkasteluun, sillä niissä vuodelle 2050 asetetut päästötavoitteet saavutetaan, joskin erilaisin keinoin. Urbaani syke on radikaali tietoliikennevetoinen kompaktikaupunkivisio. Talous kasvaa voimakkaasti ja kulkutapajakauma muuttuu radikaalisti tieliikenteestä raideliikenteeseen. Runsaudensarvi -visiossa sekä talous että liikenne kasvavat voimakkaasti, mutta tieliikenteen teknologiahyppy vähäpäästöisyyteen ratkaisee ongelmat VISIOLÄHTÖISET TOIMENPIDEKOKONAISUUDET JA NIIDEN CO 2 -PÄÄSTÖ- VÄHENNYSPOTENTIAALIT Visioiden erilaisesta luonteesta johtuen myös visioiden saavuttamiseksi rakennetut toimenpidekokonaisuudet ovat hyvin erilaisia. Urbaani Syke vision toteutumiseen tähtäävien toimenpidekokonaisuuksien keskeisenä tavoitteena on CO 2 päästöjen vähentäminen kulku- ja kuljetustapamuutoksin tieltä raiteille ja kevyeen liikenteeseen. Toimenpidekokonaisuuksia on seitsemän: (1) Yhdyskuntarakenteen kehittäminen, (2) Kaupunkiseutujen joukkoliikenteen kehittäminen, (3) Henkilöliikenteen energiatehokkaat pitkät matkat, (4) Hinnoittelu, (5) Vähäpäästöiset ajoneuvot, (6) Raskaan liikenteen uudet kuljetuskonseptit ja (7) Raideinfrastruktuurin tehokas kehittäminen ja kunnossapito. Runsaudensarvi-vision toteutumiseen tähtäävien toimenpidekokonaisuuksien tavoitteena on CO 2 - päästöjen vähentäminen edistyneen teknologian keinoin. Toimenpidekokonaisuuksia on neljä: (1) Vähäpäästöiset ajoneuvot, (2) Raskaan liikenteen älykkäät ja kompaktit kuljetuskonseptit, (3) Tieinfrastruktuurin tehokas kehittäminen ja kunnossapito ja (4) Uudet teknologiat ja palvelukonseptit. Baseline-skenaariossa liikenteen kasvihuonekaasupäästöt vuonna 2050 ovat noin 8 miljoonaa tonnia. Suomen vuoden 2050 tavoite liikennesektorille on noin 2,5 miljoonaa tonnia (80 % päästövähennys), ja EU:n tavoite noin 5 miljoonaa tonnia (60 % päästövähennys). Karkeiden vaikutustarkastelujen perusteella näyttäisi siltä, että Urbaani syke toimenpidekokonaisuudella olisi mahdollista päästä kaiken kaikkiaan noin 2,5-4,5 miljoonan tonnin päästötasolle. Vähennysten edellytyksenä ovat kuitenkin mittavat raideinvestoinnit sekä kaupunkiseuduille että runkoverkon kehittämiseen. Runsaudensarvi-toimenpidekokonaisuudella näyttäisi olevan mahdollista päästä noin 2-3,5 miljoonan tonnin päästötasolle. Päästövähenemien realisoitumisen edellytyksenä ovat kuitenkin merkittävät panostukset uusien teknologioiden sekä tieverkon kehittämiseen. 101 (124)

102 Kuvassa on esitetty liikenteen CO 2 -päästöjen nykytilanne (2010), Baselinekehitys ja visioiden mukainen kehitys vuodelle Lisäksi esitetään arvio siitä, mihin päästömääriin visioille laadituilla toimenpidekokonaisuuksilla mahdollisesti päästäisiin. Kuvaan on lisätty myös Suomen hallituksen ilmasto- ja energiapoliittisessa selonteossa esitetty päästötavoite sekä EU:n liikennesektorille asettama tavoite, molemmat vuodelle Kuva Visioiden CO 2 -päästömäärät ja arviot toimenpidekokonaisuuksien (TPK) avulla mahdollisesti saavutettavista päästötasoista vaihteluväleineen (varovainen - rohkea arvio) sekä vähentämistavoitteet vuodelle Päätelmät ILARI-projektin keskeisenä tavoitteena on ollut toimia keskustelun herättäjänä ilmastonmuutoksen hillinnän tavoitteiden ja toimenpiteiden tunnistamisessa liikennesektorilla. Työn tulokset antavat kokonaiskuvan mahdollisista tulevaisuuksista ja niihin varautumisesta. Tulosten pääasiallisena tarkoituksena on luodata mahdollisia tulevaisuuden suuntia, ei kertoa tarkkoja laskennallisia arvoja tai ennusteita. Työn tulokset osoittivat, että ilman suurempia kehittämistoimia ja investointeja liikenne-järjestelmään (Baseline-kehitys), liikenteen haasteelliset vuoden 2050 kasvihuonekaasupäästöjen vähentämistavoitteet jäävät saavuttamatta. Urbaani syke- ja Runsaudensarvi-visioiden toimenpidekokonaisuuksien tunnistaminen, rakentaminen ja vaikutusten arviointi kuitenkin osoittivat, että haastavatkin tavoitteet ovat saavutettavissa, jopa kahdella hyvin erilaisella tavalla, mutta eivät kummassakaan tapauksessa ilman merkittäviä investointeja ja toimintatapamuutoksia sekä yksilöiden että yhteiskunnan tahoilta. Valittu polku vaikuttaa luonnollisesti myös ympäröivän yhteiskunnan kehitykseen ja päinvastoin. Menetelmällisesti visioinnin ja perinteisen laskennallisen vaikutusarvioinnin yhdistäminen onnistui ILARI-projektissa hyvin ja tuotti lopputuloksena uudenlaisen menetelmäkokonaisuuden, jota on mahdollista hyödyntää erilaisissa tulevaisuuden hankkeissa ja eri sektoreilla. Toisaalta vaikutusarviointeja tehtäessä kohdattiin myös monia haasteita. Esimerkiksi toimenpiteiden kohdistuminen, aika- 102 (124)

103 jänne, voimakkuus ja yhteisvaikutukset ovat dimensioita, jotka vaikutustarkasteluissa tulisi aina systemaattisesti käsitellä, mutta toistaiseksi käytössä olevat menetelmät ja osaaminen eivät tähän riitä. Tutkimus- ja kehitystyötä siis tarvitaan jatkossakin Julkaisut ja konferenssiesitelmät [1] Tuominen, A., Järvi, T., Wahlgren, I., Mäkelä, K., Tapio, P. & Varho. V Ilmastonmuutoksen hillinnän toimenpidekokonaisuudet liikennesektorilla vuoteen Baseline-kehitys, Urbaani syke vai Runsaudensarvi? Liikenne- ja viestintäministeriön julkaisuja 15/2012. [2] Tapio, P., Varho, V., Järvi, T., Nygrén, N. & Tuominen, A Liikennepolitiikan ilmasto. Baseline-kehitys sekä asiantuntijoiden ja nuorten visiot liikenteen hiilidioksidipäästöistä vuoteen Liikenne- ja viestintäministeriön julkaisuja 19/2011. [3] Ilmastonmuutoksen hillinnän visiot ja toimenpidekokonaisuudet vuoteen 2050 (ILARI). Liikkujan viikon tiedotustilaisuus Esitelmä. [4] Ilmastonmuutoksen hillinnän visiot ja toimenpidekokonaisuudet vuodelle 2050 Baseline-kehitys, Urbaani syke vai Runsaudensarvi? Väylät & Liikenne konferenssi Turku. [5] Tuominen, Anu; Järvi, Tuuli; Wahlgren, Irmeli; Mäkelä, Kari; Tapio, P.; Varho, V. Ilmastonmuutoksen hillinnän toimenpidekokonaisuudet liikennesektorilla vuoteen Baseline-kehitys, Urbaani syke vai Runsaudensarvi? Liikenteen suunta. Liikennevirasto (2012) No: 3/ [6] Tuominen, Anu; Järvi, Tuuli; Wahlgren, Irmeli; Mäkelä, Kari; Tapio, P.; Varho, V. Liikenteen vähentämisen visiot Urbaani syke ja Runsaudensarvi. Tie & Liikenne. Suomen tieyhdistys (2012) No: 8/2012 [7] Tuominen, Anu; Järvi, Tuuli; Wahlgren, Irmeli; Mäkelä, Kari; Tapio, P.; Varho, V. Liikenteen kasvihuonekaasujen kehitys vuoteen 2050 Baselineskenaario, Urbaani syke vai Runsaudensarvi? Ympäristö ja Terveys. Ilmestyy maaliskuussa Lisätietoja: 103 (124)

104 104 (124)

105 IEA-AMF ExCo 44 Meeting in Beijing (kuva IEA-AMF) 7 Kansainvälinen toiminta 105 (124)

106 7.1 IEA-TOIMINTA Hankekoodi 4.3 Vastuutaho VTT Raportointi Nils-Olof Nylund Johdanto VTT on ollut mukana kansainvälisen energiajärjestön IEA:n Advanced Motor Fuels (AMF) toiminnassa vuodesta AMF:ssä on ollut tästä lähtien ollut katkeamaton sarja VTT:n vastuulla olevia Annexeja (projekteja). Suomi on mukana myös muissa IEA:n liikenteeseen liittyvissä tutkimussopimuksissa: Advanced Fuel Cells (AFC) Advanced Materials for Transport (AMT) Bioenergy Combustion Hybrid and Electric Vehicles (HEV) Hydrogen (HIA) Tässä raportoidaan kuitenkin vain AMF toiminta ja toiminta End-use Working Party (EUWP) toiminnassa. VTT:n Nylund on toiminut mm. Advanced Motor Fuels (AMF) sopimuksen puheenjohtajana tai varapuheenjohtajana vuodesta 1998 lähtien. Lisäksi Nylund on vuodesta 2007 alkaen toiminut End-Use Working Party:n (EUWP) liikenteeseen liittyvien tutkimussopimusten koordinaattorina tehtävänimikkeellä EUWP Vice Chairman for Transport. Lisäksi Nylund on edustanut Suomea varajäsenenä EUWP-kokouksissa (varsinainen jäsen Tekesin Mikko Ylhäisi). Aikaisemmin Tekes rahoitti näitä tehtäviä (AMF, EUWP) erillisellä rahoituspäätöksellä. Vuonna 2012 (ja osittain jo vuonna 2011) toiminta rahoitettiin yhteispohjoismaisen sähköautohankkeen NER-hanke EV-Norden (sisältäen "RekkEVidde" ja "INTELECT ) kautta. Pohjoismainen NER on rahoitusinstrumenttina huono, ja Tekes päätti myöntää hankkeisiin lisärahoitusta, jolla julkinen rahoitus nousi yhteensä 70 %:iin, ja samalla katettiin IEA-yhteistyön kustannukset Tehtävät NER-hankkeen IEA-osuuteen sisältyi alun perin seuraavat tehtävät: EUWP Vice Chairman for Transport tehtävät, ml. Transport Contact Group TCG EUWP:n Suomen varajäsenenä toimiminen 106 (124)

107 EUWP TCG Electric Vehicle Initiative:n (EVI) Suomen varajäsenenä toimiminen AMF-tutkimussopimuksen varapuheenjohtajana ja Suomen edustajana toimiminen Muulla rahoituksella Aalto-yliopisto osallistui mm. Hybrid and Electric Vehicle ja Hydrogen tutkimussopimuksiin ja VTT Advanced Fuel Cells ja Bioenergy tutkimussopimuksiin. EVI:n osalta sovittiin, että vuodesta 2012 alkaen EVE-ohjelman koordinaatio (Markku Antikainen & Mikko Koskue) hoitaa yhteydet jatkossa. Vice Chairman for Transport kommunikoi kahdeksan liikenteeseen liittyvän sopimuksen kanssa, toimii linkkinä tutkimussopimusten ja EUWP:n välillä hoitaen raportointia EUWP:n suuntaan kahdesti vuodessa, ja järjestää lisäksi vuosittain Transport Contact Group kokouksen, tavoitteena edistää tiedonsiirtoa ja parantaa yhteistyötä liikenteeseen liittyvien tutkimussopimusten välillä. Vice Chairman for Transport (VCT) osallistuu ajoittain myös eri tutkimussopimusten ExCo-kokouksiin. Vuodelle 2012 osui normaaliin tapaan kaksi EUWP kokousta. Kevään kokous kiertää paikasta toiseen, ja painottuu strategiseen työhön. Kevään 2012 kokous pidettiin maaliskuussa AIT:ssa (Austrian Institute of Technology) Wienissä. Kokousta edelsi työpaja From buildings to smart cities. Itse kokouksessa keskusteltiin mm. EUWP:n uudesta strategisesta suunnitelmasta, jatkokauden hakemisesta (RfE) ja EUWP:n uudesta raportointijärjestelmästä. Uuden raportointijärjestelmän ydin on n. 2 sivun yhteenveto jokaisesta ExCo-kokouksesta. Syksyn kokous, joka painottuu hallinnollisiin asioihin kuten tutkimussopimusten jatkoaikahakemusten käsittelyyn, pidetään IEA:n pääkonttorissa Pariisissa, nyt syyskuussa Kokouksen agendalla oli mm: EUWP ja EEWP (Energy Efficiency Working Party) yhteissessio kahden tutkimussopimuksen jatkohakemukset (Advanced Materials for Transport (AMT) ja Heat Pumps) Technology gaps (teknologia/tietoaukot) kahden teeman osalta: o Industry (teollisuus) o Transport (liikenne) Nylund johti puhetta AMT:n jatkohakemuksen osalta. EUWP totesi AMT dokumentaation osittain puutteelliseksi ja huonosti viimeistellyksi. Niinpä EUWP päätyi ehdolliseen jatkon suositukseen: ehdoksi asetettiin että AMT parantaa dokumentaatiotaan. Näin tapahtui, EUWP suositteli loppujen lopuksi jatkoa päätöksestä vastaavalle CERT:ille (Committee on Energy Research and Tecnology), joka teki asiasta positiivisen päätöksen. Technology gaps keskustelussa Nylund toi esille sen seikan, että IEA:ltä puuttuu sellainen tutkimussopimus, joka tarkastelisi liikenteen energiatehokkuutta järjestelmätasolla esim. huomioiden ICT:n tuomat mahdollisuudet. Kokouksen jälkeen EUWP:n sihteeri laati luettelon liikennepuolen aukoista. Vuoden 2012 Transport Contact Group piti alun perin järjestää kesäkuussa 2012 Kanadassa Transportation Technology and Fuels Forum (TTFF) konferenssin yh- 107 (124)

108 teydessä. TTFF pidetään vuorovuosin Kanadassa ja USA:ssa, ja järjestelyistä vastaavat Natural Resources Canada ja US Department of Energy. TTFF:ää siirrettiin kuitenkin useampaan otteeseen, ja se ja siihen liittyvä TCG kokous toteutuivat vasta helmikuussa 2013 Ottawassa Kanadassa. Vaikka tässä esitettävä raportointi koskee vuotta 2012, tässä esitetään kuitenkin yhteenveto helmikuun 2013 kokouksesta (valmistelut tehtiin vuoden 2012 puolella). Kokous onnistui hyvin. Kaikkiaan liikenteeseen tavalla tai toisella liittyviä IEA tutkimussopimuksia on 8. Yksi näistä on sellainen, jolla ei tällä hetkellä ole liikenteeseen liittyviä aktiviteetteja (Renewable Energy Technology Deployment RETD). 5 sopimusta oli edustettuina paikan päällä: Advanced Materials for Transport (AMT) Advanced Motor Fuels (AMF) Bioenergy Combustion Hybrid and Electric Vehicles Hydrogen-sopimus oli edustettuna videoyhteyden avulla, ja Advanced Fuel Cells (AFC) oli toimittanut kokoukseen esitysmateriaalia. Myös IEA sihteeristö (Alex Körner) oli edustettuna kokouksessa. Kokouksen pääteemoja olivat yleisen tiedonvaihdon lisäksi tutkimussopimusten ja IEA sihteeristön välisen tiedonsiirron ja yhteistyön lisääminen sekä EUWP:ssä esiin nostetut Technology gaps in transport. Pohjana oli EUWP:n tuottama aukkolista. Keskusteluissa todettiin, että merkittävä osa EUWP:n listaamista puutteista voidaan hoitaa olemassa olevien tutkimussopimuksien toimesta, mutta että järjestelmäpuolelta löytyy tutkimussopimuksen mentävä aukko. Niinpä TCG päätyi ehdottamaan EUWP:lle harkittavaksi uutta liikennejärjestelmätason tutkimussopimusta. (Vuoden 2012 raportoinnin ulkopuolella mainittakoon, että kevään 2013 kokouksessaan EUWP päätti viedä ajatusta uudesta tutkimussopimuksesta eteenpäin, koska aihe herätti varsin paljon mielenkiintoa EUWP delegaattien joukossa. Niinpä Nylundia pyydettiin laatiman alustava kuvaus otsikolla Implementing Agreement on Energy Efficient and Intelligent Transport Systems. Aiheesta keskustellaan myös toukokuussa 2013 Espoossa järjestettävässä IEA Experts Group on R&D Priority- Setting and Evaluation (EGRD) työpajassa teemasta Mobility: Technology priorities and strategic urban planning.) Vice Chairman for Transport in muut kontaktit liikenteeseen liittyviin tutkimussopimuksiin ja osallistumiset IEA:n tilaisuuksiin vuonna 2012 olivat: IEA AMF ExCo kokous, Zürich, Sveitsi IEA HEV ExCo kokous, Stuttgart, Saksa, IEA AMF ExCo kokous, Peking, Kiina, IEA NEET (Network of Experts in Energy Technology) työpaja Integrated approaches to energy technologies, Peking, Kiina IEA EGRD työpaja Energy technology R&D needs of emerging economies, Peking, Kiina, (124)

109 AMF Lisäksi VCT esitteli IEA Technology Network toimintaa seuraavissa konferensseissa: SAE 2012 Commercial Vehicle Engineering Congress and Exhibition, Rosemont, Illinois., USA, o IEA Technology Network Cooperation: Fuel and Technology Alternatives for Buses: Overall Energy Efficiency and Emissions o sai SAE kunniamaininnan Excellence in Oral Presentation NGV Global 2012, 13 th NGV Global Biennial Conference and Exhibition, Mexico City, Mexico, o IEA Energy Technology Network: AMF Activities on Methane Vehicles AMF järjestää kaksi ExCo kokousta vuodessa, keväisin ja syksyisin. Kuten edellä olevasta käy ilmi, vuoden 2012 kokoukset järjestettiin touko/kesäkuussa Zürichissä (isäntänä BFE) ja lokakuussa Pekingissä (isäntänä CATARC). Tehtäviin kuuluu Suomen edustajana toimiminen ja lisäksi sopimuksen varapuheenjohtajan tehtävät. Varapuheenjohtaja osallistuu AMF:n toimintaan rividelegaattia enemmän, osallistuen mm. vuosiraportointiin ja edustamalla AMF:ää erilaisissa kansainvälisissä tilaisuuksissa. AMF:n puheenjohtajat on valittu niin, että he edustavat eri maanosia: Pohjois-Amerikkaa, Aasiaa ja Eurooppaa. Vuosi 2012 muodostui kuitenkin erityisen työlääksi, koska AMF:n puheenjohtaja, kanadalainen Jean-Francois Gagne siirtyi kesällä 2012 IEA:n sihteeristön palvelukseen (Head of Energy Technology Policy Division). Niinpä Nylund joutui järjestelemään uuden puheenjohtajan etsintää ja valintaa, ja lisäksi toimimaan puheenjohtajana Pekingin kokouksessa. Zürichissä oli mukana 12 osallistujamaata 15:sta, tarkkailijat Israelista, Koreasta, Norjasta, Puolasta ja Turkista sekä lisäksi kolmen muun IEA-sopimuksen edustajat (Bioenergy, Combustion ja HEV). Kaikkiaan henkilölukumäärä oli 44. Kokouksessa esiteltiin kaksi loppuraporttia, ja samalla päätettiin kaksi Annexia: Annex 37: Fuel and technology options for buses o Operating Agent VTT o kautta aikojen laajin hanke o yhteistyö Bioenergyn kanssa, task-sharing osuuksia kaikilta liikenteeseen liittyviltä sopimuksilta o valittiin AMF:n Most Important Achievement sisällytettäväksi IEA:n Technology Networks -julkaisuun o huomioitiin IEA:n OPEN Energy Technology Bulletin:issa lokakuussa 2012 ( gybulletin/october2012/) o loppuraportti: Annex 40: Life Cycle Analysis of Transportation Fuel Pathways 109 (124)

110 o Operating Agent Reilly-Roe & Associates Ltd, Kanada o loppuraportti AMF:n verkkosivuilla Kokouksessa käynnistettiin kaksi uutta Annexia: Annex 44: Unregulated Pollutants Emissions of Vehicles Fuelled with Alcohol Alternative Fuels o vastuutaho CATRAC, Kiina o Suomi ilmoitti kiinnostuksensa osallistua sekä cost-sharing että tasksharing periaatteella Annex 45: Synthesis, characterization and use of hydro treated oils and fats for engine operation o vastuutaho Uni Rostock/FNR, Saksa o Suomi ei osallistu (Neste Oilin harkintaan jää mahdollisten polttoainenäytteiden toimittaminen) Lisäksi kokouksessa keskusteltiin seuraavista hankeaihioista: Opportunities and Challenges for the Implementation of Biomethane as Alternative Motor Fuel o saksalainen aloite o jatkoharkintaan vain jos IEA Bioenergy tukee aloitetta Alcohol Application in CI Engines o DTU:n (Tanska) ja VTT:n yhteinen aloite o jatketaan valmistelua Ethyl Butyrate as Bio-gasoline o korealainen aloite o ei toistaiseksi anna aihetta jatkotoimenpiteisiin (Korea paikalla tarkkailijana) Reconsideration of DME fuel specifications for vehicles o AIST/Japani o jatketaan valmistelua Fuel and technology alternatives for heavy-duty vehicles o keskustelu syntyi spontaanisti Annex 37:n loppuraportin käsittelyn yhteydessä o Annex 37 kattoi bussit, Annex 43 (josta erillinen raportointi tässä vuosiraportissa) kattaa henkilöautot, tavara-autot puuttuvat o Japani ja Ruotsi, muiden tuella, pyysivät että VTT valmistelee alustavan ehdotuksen seuraavaan kokoukseen Kokouksen tekniset vierailut suuntautuivat EMPA:an ja ja Paul Scherrer Instituteen (Bioenergy and Catalysis Lab & Combustion Research Lab). Lokakuun Pekingin kokoukseen osallistui yhteensä 31 henkilöä. Korea oli ensimmäisen kerran mukana jäsenenä. Tarkkailijoita oli kaksi, Israel (kuten edellisessä 110 (124)

111 kokouksessa) ja ANGVA, eli Aasian kaasuajoneuvoyhdistys (kotipaikkanaan Malesia). Kokouksessa käsiteltiin varsin paljon hallinnollisia asioita, tärkeimpänä asiana uuden puheenjohtajan valinta. Samalla tehtiin päätös siitä, että Vice Chairman lukumäärä nousee kolmeen. Tehtäviin valittiin: Chairman: SandraHermle, BFE, Sveitsi Vice Chairman: Shinichi Goto, AIST, Japani (Asia) Vice Chairman: Kevin Stork, DOE, USA (North-America) Senior Vice Chairman: Nils-Olof Nylund, VTT, Suomi (Continuity) Lisäksi päätettiin perustaa Outreach ja Strategy komiteoiden rinnalle uusi Technical Committee. Kokouksessa keskusteltiin myös strategisesta suuntauksesta ryhmätöiden muodossa. Kokouksessa käynnistettiin yksi uusi Annex: Annex 46: Alcohol Application in CI Engines o Zürichissä käytyjen keskustelujen perusteella o Operating Agent DTU, Tanska o osallistujat aluksi Tanska, Suomi ja Ruotsi o myös muita kiinnostuneita osapuolia Lisäksi keskusteltiin seuraavista aihioista: Value Proposition Study on Natural Gas Pathways for Road Vehicles o ehdottajana FECC, USA o taustalla liuskekaasun aiheuttama uusi kiinnostus maakaasun USA:ssa o keskusteluja jatketaan seuraavassa kokouksessa Reconsideration of DME fuel specifications for vehicles o AIST, Japani o varsinainen ehdotus seuraavaan kokoukseen Fuel and Technology Alternatives for Commercial Vehicles o kokouksessa käsiteltiin VTT:n laatimaa luonnosta o varsinainen ehdotus ja lopullinen päätös seuraavassa kokouksessa o ainakin 7 alustavasti kiinnostunutta maata o varsinaisen suunnitelma työstetään VTT/Trafikverket (Ruotsi) yhteistyönä Tekninen vierailu suuntautui CATARC (China Automotive Technology & Research Center, tiloihin Pekingissä ja Tianjinissa. Uusi laitos Tianjinissa on CATARC:in keskuspaikka. Tianjin laitos oli aivan ällistyttävä, uusi, iso ja varustettu parhaimmilla tutkimuslaitteilla. Toiminnan laajuutta kuvaa se, että yhdessä ainoassa hallitilassa oli peräti 19 alustadynamometria. Varustukseen kuului myös mm. lämpötila- ja ilmanpainekontrollilla sekä nelivetoalustadynamometrilla varustettu koeajotila (lämpötila suuruusluokkaisesti o C, ja 111 (124)

112 mahdollisuus 5000 m korkeuden simulointiin). Rullilla ollut auto oli sopivasti Bentley. Henkilökuntaa CATARC:illa on saman verran kuin VTT:ssä, eli noin 3000 henkilöä. Tianjinin laitoksella CATARC:illa on mm. oma viiden tähden hotelli IEA TOIMINNAN DOKUMENTTEJA: EUWP: (salasanasuojattu) EVI: AMF: (salasanasuojattu) sivusto uusittu nyt näkyvissä myös VTT:n toteuttama Fuel Information -palvelu Log in User name: AMF2013 Password: mpfamf2013! (my password for AMF 2013!) ExCo Meetings IEA TOIMINNASTA VIESTITTÄMINEN TransEco järjesti kaksiosaisen vuosiseminaarin Aamupäivä oli omistettu tutkijaseminaarille, ja teemana oli kansainvälinen yhteistyö IEA-yhteistyöhön painottuen. Seminaarissa kuultiin seuraavat esitykset (aineisto TransEco verkkosivuilla): Tekesin näkökulma kansainväliseen yhteistyöhön o Martti Korkiakoski, Tekes IEA Advanced Motor Fuels -toiminta o Nils-Olof Nylund, VTT Fuel and technology alternatives for buses - Overall Energy Efficiency and Emission Performance (IEA-AMF Annex 37) 112 (124)

113 o Nils-Olof Nylund, VTT Performance Evaluation of Passenger Car Fuel and Powerplant Options (IEA- AMF Annex 43) o Jukka Nuottimäki, VTT Fuel Information System web-based service (IEA-AMF Annex XXVIII) o Päivi Aakko-Saksa, VTT IEA Combustion -toiminta o Martti Larmi, Aalto Yliopisto IEA Hybrid and electric vehicles (HEV) toiminta o Jussi Suomela, Aalto Yliopisto IEA Bioenergy toiminta o Tuula Mäkinen, VTT Pohjoismainen yhteistyö Norden-rahoituksella o Sähköautohankkeet (INTELECT ja RekkEVidde) Juhani Laurikko, VTT o Verkostohanke (No Slone) Päivi Aakko-Saksa, VTT 113 (124)

114 7.2 Nordic Sustainable Logistics Network (NoSlone) Hankekoodi 4.6 Vastuutaho VTT Raportointi Päivi Aakko-Saksa Hankkeen kesto: 2/2012-2/2014. Koko hankkeen budjetti on 188 k ja Suomen osuus 59 k. Hankkeen rahoittaa Norden ja Suomen osuudessa rahoittajana on myös VTT Lähtökohta ja tavoitteet Pohjoismaista yhteistyötä kestävän kehityksen liiketoiminnan alueella ei vielä juurikaan ole. Vahvemman yhteistyön avulla voitaisiin edistää pienten yritysten dynaamisuuden yhdistämistä suurten yritysten resursseihin, jolloin uutta liiketoimintaa voisi syntyä nopeammin. Yhteistyön vahvistaminen pienten ja keskisuurten yritysten sekä suurten yritysten välille vaatii verkostojen rakentamista lähtien kansallisten vaikuttajien yhteistyöstä. Erilaisten yritysten kokoaminen innovaatioprosessiin lisää onnistumismahdollisuuksia ja nopeuttaa uuden liiketoiminnan syntymistä Pohjoismaissa. Nordic Sustainable Logistics Network (NoSlone) -hankkeen tavoitteena on luoda yhteistyöverkostoa Pohjoismaisten yritysten välille kestävän kehityksen logistiikkaan liittyvien liiketoimintamahdollisuuksien lisäämiseksi. Uusia aloitteita odotetaan syntyvän eri osa-alueilla, erityisesti kuljetusten sähköistämisessä. Hankkeen tavoitteisiin pyritään kansallisella toiminnalla sekä pohjoismaisen yhteistyön avulla käyttäen työkaluina tapahtumia ja portaalia Tutkimuksen kohteet ja alatehtävät Nordic Sustainable Logistics Network (NoSlone) -hankkeessa rakennetaan pohjoismaista yhteistyöverkostoa kestävän kehityksen logistiikan edistämiseksi viidellä eri osa-alueella, joista jokaisella osallistujamaalla on vastuullaan yksi: 1) Vaihtoehtoiset polttoaineet, Suomi 2) Raskaan kaluston liikenne, Ruotsi 3) Kevyen kaluston sähköinen liikenne, Norja 4) Meriliikenne, Islanti 5) Sähköisen liikenteen liiketoimintamallit ja kaupallistaminen, Tanska (koordinaattori) Verkoston avainhenkilöt kuuluvat organisaatioihin, joilla on hyvä tietämys kunkin maan toimijatahoista. Projektissa on pyramidirakenne: kussakin maassa keskitytään tiettyyn osa-alueeseen eli kansalliset verkostot toimivat itsenäisesti, mutta kaikilla mailla on samat tavoitteet ja tehtävät. 114 (124)

115 Eri osa-alueilta järjestetään kansallisia tapahtumia ja käytetään portaalia tiedon kanavana. Suomen vastuulla on järjestää tapahtumia ja tapaamisia sekä välittää uutisia hankkeen verkkosivuille "Vaihtoehtoiset polttoaineet"-tehtävän puitteissa. Hankkeessa järjestetään myös pohjoismainen konferenssi kestävän kehityksen liikenteeseen liittyen. Hankkeessa laaditaan raportti osallistujamaiden logistiikasta ja siihen liittyvästä politiikasta Tutkimuksen sisältö ja tärkeimmät tulokset Vuonna 2012 No Slone hankkeen puitteissa järjestettiin kolme seminaaria: Liquid bio-origin/alternative fuels in Finland, Aineisto: Myös Emissions and sustainability aspects for transport sectors, Aineisto: Liquid (bio)methane opportunity for heavy-duty transport? Uutisia Suomen aktiviteeteista on toimitettu verkkosivustoon Hankkeen muiden maiden järjestämistä seminaareista mainittakoon Norjan laaja sähköautoseminaari, jossa oli mukana mm. autovalmistajien (myös pienet kuljetusautot), latausinfrastruktuurin sekä kuljetusyritysten ja kaupunkien esityksiä. Italian Vicencasta oli myös esitys; kaupungin logistiikkakeskuksesta jatkokuljetukset hoidetaan sähköajoneuvoilla. Seminaarin aineisto on saatavilla: Toinen mainittava konferenssi järjestettiin Islannissa: Electromobility in the North Atlantic Regions. Tämän konferenssin esitelmät ovat saatavilla: c_regions 2012/ Julkaisut ja konferenssiesitelmät Hankkeen tutkimustuloksia on esitetty TransEco -seminarissa Hankkeen järjestämät tilaisuudet on lueteltu edellisessä kappaleessa. Tuloksia on saatavilla myös hankkeen verkkosivustolla ( Lisätietoja: 115 (124)

116 116 (124)

117 Kuva: St1 8 Demonstraatiot 117 (124)

118 8.1 Etanolikäyttöiset raskaat ajoneuvot Hankekoodi 5.1 Vastuutaho St1 Raportointi Petri Laine, Juhani Laurikko Lähtökohta ja tavoitteet Alustavat tutkimus etanoli ajoneuvojen suorituskyvystä toteutettiin VTT raskaan kaluston laboratoriossa osana laajempaa biopolttoaineiden käyttötutkimusta. Tehtävässä vertailtiin etanolikäyttöisten ajoneuvojen suorituskykyä verrattuna muihin vaihtoehtoisiin tekniikoihin. Ajoneuvot (bussi ja jakeluauto) mitattiin useassa erilaisessa ajotilanteessa. Tulokset osoittivat etanolikäyttöisten raskaiden ajoneuvojen olevan energian kulutukseltaan täysin verrattavissa dieselajoneuvoihin. Lähipäästöjen osalta etanolikäyttöiset ajoneuvot puolestaan suoriutuivat jopa huomattavasti dieseltekniikkaa paremmin. Tämä esitutkimus osoitti, että uusimman moottorisukupolven myötä etanoli on varteen otettava vaihtoehto raskaiden ajoneuvojen energian lähteenä. Moottori toimii hyvällä hyötysuhteella, ja antaa ajoneuvolle saman suorituskyvyn kuin perinteinen dieseltekniikkakin. Haasteena tekniikan käyttöönotossa on etanolin huomattavasti korkeampi litramääräinen kulutus, joka pitää huomioida ajoneuvojen polttoainesäiliöiden mitoituksessa, jotta saavutetaan käyttötehtävään riittävä toimintamatka. Hankkeen tavoitteena on arvioida etanolikäyttöisten raskaiden ajoneuvojen suorituskykyä ja käytettävyyttä. Lisäksi hanke antaa osapuolille tekniset valmiudet ja tarvittavaa käytännön kokemuspohjaa etanoliajoneuvojen laajempaan käyttöönottoon. Projekti tuottaa tietoa niin kuljetuspalvelujen tuottajille kuin tilaajillekin sekä päättäjille eri organisaatiossa. Hankkeessa selvitetään etanolikäyttöisten ajoneuvojen suorituskykyä niin yleisen käyttövarmuuden, käytännön suorituskyvyn, pakokaasupäästöjen kuin käyttötalouden osalta. Projekti vastaa siihen, onko projektiosapuolten mahdollista siirtyä laajemmin käyttämään etanolitekniikkaa, ja mitä etuja etanoliautoilla voidaan saavuttaa. Etanolikäyttöiset ajoneuvot tarjoavat mielenkiintoisen vaihtoehdon varsinkin tilanteissa, joissa operoijan on mahdollista tuottaa etanolin raakaainetta itse muun toimintansa oheistuotteena. Tutkimuksella selvitetään mm. seuraavat asiat: autojen todelliset kuormitusprofiilit eri ajotehtävissä autojen todellinen polttoaineen kulutus autojen käytettävyys ja huollon tarve dieselkalustoon verrattuna suorituskyvyn ja toimintamatkan riittävyys erilaisissa ajotehtävissä käyttö- ja kokonaiskustannukset dieselkalustoon verrattuna pakokaasupäästöt (säännellyt päästöt ja hiilidioksidi) 118 (124)

119 8.1.2 Toteutuksen eri vaiheet Projektiosapuolet hankkivat käyttöönsä etanolikäyttöisiä kuorma-autoja tutkimuksen kestoajaksi. Ajoneuvot tulevat toimimaan vaihtelevissa tehtävissä pääkaupunkiseudulla. Ajoneuvot varustetaan tiedonkeruulaitteistolla käytönaikaisen seurannan mahdollistamiseksi. VTT vastaa autojen toiminnan seurannasta raportointeineen (mm. tiedonkeruujärjestelmistä tulevan tiedon purku ja käsittely). Ajoneuvojen käytöstä pidetään lisäksi ajopäiväkirjaa johon tehdään merkintöjä ajosuoritteista, tankkauksista, mahdollisista vioista sekä yleisistä huomioista koskien ajoneuvojen käyttöä Tällä hetkellä demonstraatiossa on mukana kolme autoa ja yritystä: Valio, jolla on jakelutehtävissä oleva kuorma-auto, sekä Lassila & Tikanoja ja SITA Finland, jotka operoivat jäteautoversioita. Kaikki autot perustuvat etanolimoottoriseen Scania P 270 autoon, ja niillä on Pitäjänmäellä yhteinen tankkauspiste. Kuva 8.1.1: RED95-etanolipolttoaineen tankkauspiste Pitäjänmäellä (kuva St1) Testien toteuma Etanolikäyttöisillä ajoneuvoilla on suoritettu sekä alkumittaukset että ensimmäiset seurantamittaukset. Näiden testien pohjalta voidaan ajoneuvojen suorituskyvystä tehdä ensimmäiset havainnot. Aloitus mittauksissa ja niitä seuranneissa seurantamittauksissa ajoneuvoista mitattiin energian kulutus sekä pakokaasupäästöt, useassa eri ajosuoritteessa sekä kolmessa eri kuormituspisteessä. 119 (124)

120 Tutkimuksessa mukana olevat ajoneuvot ovat L&T Scania P270 Etanoli, Jäteajoneuvo Sita Scania P270 Etanoli, Jäteajoneuvo Valio Scania P270 Etanoli, Jakeluajoneuvo Tutkimuksessa käytettävät ajosuoritteet ovat Moottoritiesykli Jakelusykli Sekajäte -sykli (jäteajoneuvot) Valio jakelusykli (jakeluajoneuvo) Kuormitustasot, jonka mukaan valitaan kokeessa käytettävä inertia, ovat ajoneuvokohtaisesti: Tyhjä (Omamassa) Puolikuorma (omamassa + 50 % sallitusta kantavuudesta) Täyskuorma (suurinta kantavuutta vastaava massa) Mittaustulosten perusteella voidaan ajoneuvoissa tapahtuvat muutokset havaita ja tätä kautta tehdä johtopäätöksiä etanoliteknologian soveltuvuudesta vaihtoehdoksi diesel-teknologialle. Tutkimuksessa vertailukohta dieselteknologiaan saadaan toisaalta vertailuajoneuvojen mittauksista ja toisaalta VTT ajoneuvotietokannasta, joka sisältää kattavasti tuloksia dieselajoneuvoista. Tutkimuksen alaiset etanoli-ajoneuvot on eritelty taulukossa Taulukko 8.1.1: Etanoliajoneuvojen tekninen erittely Polttoaineen kulutus Tutkimus seuraa ajoneuvojen polttoaineen kulutuksen kehittymistä ajosuoritteen kasvun myötä. Polttoaineen kulutuksen seuranta osoittaa ajoneuvojen pysyvyyttä käytön myötä ja auttaa arvioimaan ajoneuvon käyttöön liittyviä suoritusarvoja, kuten toimintasäde, jonka mukaan joudutaan mitoittamaan ajo-ohjelma ja tankkaukset. Kuvassa on esitetty seurannassa mitattu polttoaineen kulutus eri ajosykleissä. 120 (124)

121 Kuva 8.1.2: Jäte Etanoli 1 ajoneuvon litramääräisen polttoaineen kulutuksen kehittyminen Energian kulutus Vertailtaessa ajoneuvoja joiden käyttövoimanlähde (polttoaine) ei ole sama, on turvauduttava suureisiin, jotka kuvaavat ajoneuvon polttoaineen kulutusta vertailukelpoisesti. Litramääräinen ja kilomääräinen polttoaineen kulutus poikkeavat toisistaan polttoaineen tiheyden ja tehollisen lämpöarvon eroavaisuuksien mukaisessa suhteessa. Sen sijaan energiamääräinen kulutus on kaikille käyttövoiman lähteille yhdenmukainen, ja kuvaa käytettävän polttoaineen palamistehokkuutta. Kuvassa on esitetty etanoli-ajoneuvojen energian kulutus jakelusyklissä verrattuna 18-tonnisten Euro V -jakelukuorma-autojen keskimääräiseen energian kulutukseen. Kuvan mukaa etanoliajoneuvojen keskimääräinen energian kulutus jakelusyklissä on melko yhden-mukainen dieselkaluston keskimääräisen kulu- 121 (124)

122 tuksen kanssa. Kuvaa tarkastellessa on syytä ottaa huomioon, että etanolijakeluajoneuvo tuotti seurantamittauksissa noin 10 % korkeamman kulutustuloksen ko. syklin osalta (mahdollinen tekninen ominaisuus ns. Power-toiminto). Lisäksi on syytä huomioida, että Etanoli Refuse 2 ajoneuvo on varustettu perinteisellä automaattivaihteistolla. Kuva 8.1.3: Etanoliajoneuvojen energian kulutus verrattuna keskimääräiseen diesel-kalustoon Päästötasot Ajoneuvojen lähipäästöjen, ensisijaisesti typenoksidien (NOx) ja partikkelimassan (PM), on osoitettu olevan merkittäviä terveysriskejä urbaanilla alueella. Onkin tärkeää, ettei vaihtoehtoisten polttoaineiden käyttö lisää tätä ympäristökuormaa. Kuvassa on esitetty etanoliajoneuvojen lähipäästötasot suhteessa dieselvertailuajoneuvoon. Kuva osoittaa etanoliajoneuvojen lähipäästöjen olevan odotetusti Euro V -dieselajoneuvojen tasolla. Etanoliajoneuvojen partikkelimassapäästöt ovat kuitenkin merkittävästi pienemmät Ajoneuvojen käytettävyys Ajoneuvojen käytettävyyttä arvioitiin tutkimuksessa keräämällä ajoneuvojen omistajilta subjektiivisia kokemuksia ajoneuvojen toiminnasta todellisessa käytössä. Lisäksi ajoneuvojen huoltohistoriaa tarkastellaan. Ajoneuvojen käytössä ei ole huomattu merkittävää eroa tavanomaiseen diesel kalustoon. Kaiken kaikkiaan raportteja käytettävyydestä on tullut vain vähän ja ovat olleet enimmäkseen neutraaleja. Negatiivisia kommentteja on kertynyt ajo- 122 (124)