Korkeaseosetanoli moottoripolttoaineena henkilöautoissa

Transkriptio

1 Korkeaseosetanoli moottoripolttoaineena henkilöautoissa RE85 polttoaineen optimointi kylmiin olosuhteisiin Juhani Laurikko, VTT

2 TEHTÄVÄN MÄÄRITTELY Valita kylmä(käynnistys)ominaisuuksiltaan paras vaihtoehto eri polttoaineformulaatioista Menetelmä: pakokaasukokeita eri käynnistyslämpötiloissa välillä +23 C C Kokeet toteutettiin kahdessa vaiheessa: peruskokeissa seulottiin potentiaalisimmat vaihtoehdot jatkokokeissa syvennettiin analyysia matalammissa lämpötiloissa ja tutkittiin mm. lohkolämmittimen vaikutusta

3 Peruslaatuna normi-e85 EtOH 85% BE95 15% 5 erilaista sekoitetta, joissa bioetanolia % bensiiniosuus koostuu useasta eri seoskomponentista ja niiden yhdistelmästä Verrokkina E10 bensiini kesä- ja talvihöyrynpaineet erikseen KOEPOLTTOAINEET

4

5 Koeautot Euro4 MPFI+TWC Euro4 MPFI+TWC Euro4 MPFI+TWC V FT DRIVe t BioPower Euro4 MPFI+TWC Sandero 1.6 HiFlex Mondeo 2.0 Flexifuel Euro5 FTFSI+TWC Euro5 FTFSI+TWC A4 2.0 TFSI Passat 1.4 TSI Multifuel

6 Koeautot Euro4 MPFI+TWC Euro4 MPFI+TWC Euro4 MPFI+TWC V FT DRIVe t BioPower Euro4 MPFI+TWC Sandero 1.6 HiFlex Mondeo 2.0 Flexifuel Uusinta suoraruiskutusmoottoritekniikkaa! Euro5 FTFSI+TWC Euro5 FTFSI+TWC A4 2.0 TFSI Passat 1.4 TSI Multifuel

7 VTT:n kylmätestitila henkilöautoille

8 EU-normitestin ajosykli Bag1 Bag2 Bag3 Nähdään miten tilanne etenee

9 Vakioanalyysit CVS + AMA2000 CVS laimennus ja keräys AMA2000 kaasuanalysaattorit

10 Erikoisanalyysit Aldehydit + etanoli FTIR ja DNPH-näytteenotto aldehydimääritystä varten (+HPLC) Näytteenotto etanolimääritystä varten (+HPLC)

11 Uusimmista myös Hiukkaspäästöjen mittauksia: massa ja kokojakautuma (ELPI)

12

13 Koematriisi kokonaisuudessaan 2009/2010/2011 polttoaine koelämpötila Autoja # Pa Pa Pa Pa3T LL 3 Pa Pa LL 3 E10K E10T Pa3w F ei käynnistyt LL = lohkolämmitin 2 h Yhteensä noin 150 yksittäistä koetta joka kokeesta noin 50 tuloslukua, eli yli 7500 datapistettä analysoitavaksi!

14 EURO 4 vs. EURO 5 EURO4 hyväksyminen koski vain bensiinikäyttöä EURO5 hyväksymisessä sekä bensiini & E85-polttoaine EURO6 hyväksymisessä myös kylmätestaus (-7 C) (2014)

15

16

17

18

19

20 Kylmäkäynnistyksen haasteet Polttoaineen höyrystyminen heikkenee lämpötilan laskiessa Moottorin käynti huonontuu ja palamattomien hiilivetyjen päästöt kasvavat Riittävän kylmässä moottori ei enää käynnisty

21 Kylmäkäynnistysten vaikutukset Kylmäkäynnistyksessä pakokaasupäästöt lisääntyvät Hiilivetypäästöissä voimakkain kasvu Vaikutushavaittavissakuitenkinvain ensimmäisten 2-5 km aikana Lämpimällä moottorilla ei ulkolämpötilalla juuri vaikutusta

22 HC emissio EC Kesälaaduilla pärjätään pikkupakkasissakin REFuel BE10 NORMI-E o Lämpötila [ C]

23 Käynnistyvyysraja n. -15 o C 6 HC emissio EC Talvibensa (E10) NORMI-E o Lämpötila [ C]

24 Käynnistyvyysraja < -20 o C REFuel1-laatu talvihöyrynpaineella HC emissio EC NORMI-E85 REFuel1-laatu kesähöyrynpaineella o Lämpötila [ C]

25 Käynnistyvyysraja alle -25 o C Kylmäoptimoidut REFuel-laadut HC emissio EC NORMI-E o Lämpötila [ C]

26 o Samalla HC-tasolla yli 10 C alempi käynnistyslämpötila 6 HC emissio EC o Lämpötila [ C]

27 h lohkolämmitin HC emissio EC samalla tasolla kuin bensiini (E10) o Lämpötila [ C]

28

29 Ulkolämpötilan vaihtelu PK-seudulla 04/ / (lähde: VTTn kenttäkokeet autoilla) Ulkolämpötila [ o C] UCI-788 (HEV) TMY-229 (PHEV) TMY-229 UCI Päivämäärä

30 Ulkolämpötilan vaihtelu PK-seudulla 04/ / (lähde: VTTn kenttäkokeet autoilla) 30 Ulkolämpötila [ o C] UCI-788 (HEV) TMY-229 (PHEV) TMY-229 UCI-788 kylmäajoa voi ajaa noin 10 km/päivä alle 0 C 90 pvä (35%), josta... n. 600 kylmä-km alle -10 C 30 pvä (12%), ja... n. 300 kylmä-km alle -20 C 2-3 pvä (<1%) n. 30 kylmä-km Päivämäärä

31 Ulkolämpötilan vaihtelu PK-seudulla 04/ / (lähde: VTTn kenttäkokeet autoilla) 30 Ulkolämpötila [ o C] n. 600 kylmä-km, päästö 2.5x osuus n. 7% n. 300 kylmä-km, päästö 4.5x osuus n. 7 % n. 30 kylmä-km, päästö 7x osuus n. 1% UCI-788 (HEV) TMY-229 (PHEV) TMY-229 UCI Päivämäärä

32 Ulkolämpötilan vaihtelu PK-seudulla 04/ / (lähde: VTTn kenttäkokeet autoilla) Ulkolämpötila [ o C] UCI-788 (HEV) TMY-229 (PHEV) TMY-229 UCI-788 Noin 85 % kilometreistä ajetaan joko yli 0 C lämpötilassa tai lämpimällä moottorilla, kylmäajon osuus vain n. 15 % Päivämäärä

33 Yhteenveto Bensiiniosuuden koostumuksella voitiin vaikuttaa käynnistyvyyteen ja pakokaasupäästöihin Optimoimalla seoskomponentit, koeautot käynnistyivät vielä-25 C lämpötilassa samalla HC-tasolla kuin normi-e85 noin-15 C:ssa Kylmänäajon vaikutus n. 15% vuotuisesta kokonaispäästöistä Lohkolämmitin erittäin tehokas apuväline, ja vakiovarusteena FFV-malleissa

34 Korkeaseosetanoli moottoripolttoaineena henkilöautoissa RE85 polttoaineen optimointi kylmiin olosuhteisiin Juhani Laurikko, VTT

35 TRANSECO HANKKEEN TIEDOTUSTILAISUUS KORKEASEOSETANOLIN NÄKYMISTÄ HENKILÖAUTOISSA Harri Kallberg Tieliikenteen Tietokeskus

36 AUTON KORKEASEOSETANOLIKELPOISUUS ASIAKKAAN KANNALTA I Automalleja, joihin korkeaseosetanoli E85 soveltuu, on rajoitetusti tarjolla. Ainakin Dacialla, Volvolla, Saabilla, Fordilla, Audilla ja VW:lla on niitä. Aiemmin soveltuvuus USmaastureihin oli yleistä. E85-kelpoisten autojen hinnat eivät näkyvästi poikkea muiden vastaavien (E10-kelpoisten) autojen hinnoista. Asiakkaan havaittavissa olevia eroja bensiinin (E10) kulutuksessa ei E85-kelpoisilla autoilla ole verrattuna autoihin, joiden soveltuvuus rajoittuu E10:n. Moottoreissa voi kuitenkin olla eroja muuallakin kuin polttoainelaitteissa. Autojen omatoiminen muuntelu E85-kelpoisiksi ei ole autoalan kannalta toivottavaa.

37 AUTON KORKEASEOSETANOLIKELPOISUUS ASIAKKAAN KANNALTA II Polttoaineenkulutus käytettäessä E85-polttoainetta on suurempi kuin käytettäessä E10-bensiiniä. Ero on laskennallisesti suuruusluokkaa 40 % Vertaamalla polttoaineenkulutusta omassa käytössä E10:llä ja E85:llä saadaan tarkempi käsitys polttoaineenkulutuksen määrällisestä erosta. Ottamalla tämän ohella huomioon hintaero voidaan päätellä, kumpi polttoaine tulee taloudellisesti edullisemmaksi. Polttoainevalintaan voi kustannusten ohella liittyä ympäristönäkökohtia. E85-kelpoisuus voidaan nähdä vakuutuksen luonteisena varautumisena polttoainemarkkinoiden tuleviin muutoksiin. Asiakkaalla säilyy optio polttoaineen vaihtamiseen, vaikka vaihto ei nyt näyttäisikään perustellulta.

38 SKENAARIO E85-KELPOISUUDEN YLEISTYMISESTÄ UUDET HENKILÖAUTOT

39 SKENAARIO E85-KELPOISUUDEN YLEISTYMISESTÄ AUTOKANTA

40 SKENAARIO E85-KELPOISUUDEN YLEISTYMISESTÄ POLTTOAINE 1000 t / a E85 ESITETÄÄN VASTAAVANA BE-MÄÄRÄNÄ

41 EU:ssa kaavailtuja vaihtoehtoja liikennepolttoaineiden biokomponenttien lisäämiseksi

42 Case FFV + RE85, puhtaan autoilun standardi Jari Suominen, St1 Oy

43 Biopolttoaineet, biovelvoitteet ja polttonesteverotus Polttoaineverotuksen perusteet: CO 2 -päästöt Energiasisältö Lähipäästöt Dieselin veronkorotus 7,9 +2,6 c/l = 13 c/l sis. alv Bensiinin veronkorotus 2,3 c/l 2,6/2,3 c/l CO 2 veron korotuksella 25,0 20,0 15,0 10,0 5,0 95 E5 4,0 4,0 95 E10 Biovelvoite-% 6,0 6,0 6,0 6,0 95 E15? 8,0 10,0 12,0 95 E20? 15,0 18,0 20,0 2013/2014 Toinen vastaava CO 2 -veronkorotus EU:n minimiverouudistus ehdotuksen mukaan energia-/co 2 -perusteinen 0,0 2, Diesel (v. 2012) Rikitön polttoöljy Rikillinen polttoöljy HFO + 7,90 snt/l + 7,35 snt/l + 10,00 snt/l + 12,09 snt/kg (ei sis. ALV)

44 CO 2 -hyvän energian kulutus liikenteessä kasvaa Emissions, % of 1995 level CO 2 CO NOx PM-diesel VOC Benzene SO2 CO2 Ml Bensiinin kulutus Fossiilinen Etanoli&tuuli yhteensä EU-tavoite uusille henkilöautoille 95 g/km vuonna 2020 Suomen tavoitteet liikenteen fossiilisten CO 2 -päästöjen osalta vuoden 2040 tavoite on g/km FFV+RE85 vuoden 2050 tavoite on g/km RED95

45 Auton/polttoaineen valinta Turvallisuus, käytännöllisyys, toimivuus ja saatavuus Käyttökustannukset ja vaihtoarvo Päästöt; CO 2 ja pienhiukkaset Suomessa FFV-autoja myyvät merkit Kotimaisuus; työllisyys ja energiaomavaraisuus

46 FFV/RE85 vs. bensiini/e veroilla /6v/120 kkm FFV/RE85 vs E10 (hintaero 0,35 /l) 1,4 1,6 1,8 2 2,2 2,4 2,6 Bensiinin hinta /l Esimerkkilaskelma: 118 kw/160hv km/6 vuotta E10 (l/100 km) 7 E85 (l/100 km) 8,8 jälleenmyyntiarvoero 3 % rahoituskorko 5 % RE85/E10 hintaerotarve /l 0-0,05-0,1-0,15-0,2-0,25-0,3 1,4 1,6 1,8 2 2,2 2,4 2,6 Bensiinin hinta /l

47 FFV/RE85 vs. bensiini/e10 - päästöt CO 2 -päästöt eri vaihtoehdoilla g/km tavoite 2050 tavoite - E10 - E85 - RE85 fossiiliset *) 2040 tavoite 2050 tavoite g/km 6 vuotta (tn) (tn/vuosi) - E ,4 3,2 - E ,3 2,9 - RE85 fossiiliset *) 35 4,1 0,7

48 FFV + RE85 tiekartta kohti v FFV Malleja autoa RE85 Jakelupisteitä 30 St1 ja Shell -asemilla Vuosittain 10% bensiini- -autoista 2015 FFV Kaikilla valmistajilla Myös hybridimalleina autoa RE85 Jakelupisteitä 100+ Useilla brändeillä Etanolintuotanto 100 milj. litraa Vuosittain 50% bensiini- -autoista 2020 FFV Kaikki bensiinimallit autoa RE85 Jakelupisteitä 500 Kaikilla brändeillä Etanolintuotanto 300 milj. litraa Kaikki uudet bensiiniautot FFVmalleja Etanolintuotanto 14 milj. litraa

49 RE85 jakelu vko 46 St1 Alavieska St1 Espoo (3) St1 Helsinki (4) Shell Hyvinkää St1 Hämeenlinna St1 Kajaani St1 Kemi St1 Kokkola St1 Kuopio St1 Lahti St1 Luumäki Shell Mikkeli St1 Mustasaari/Vaasan lentoasema St1 Mäntsälä St1 Pori St1 Porvoo St1 Raisio St1 Tampere St1 Tampere St1 Turku St1 Vaasa St1 Vantaa (2)

50 Suomen etanolituotannon mahdollisuudet Niklas von Weymarn, Tuula Mäkinen, Päivi Aakko-Saksa, Kai Sipilä, Nils-Olof Nylund Teknologian tutkimuskeskus VTT

51 Suomi kulkee edellä EU:n yhteinen tavoite on nostaa liikenteen uusiutuvan energian osuus kymmeneen prosenttiin vuoteen 2020 mennessä Suomen oma tavoite on kaksikymmentä prosenttia Suomessa liikennepolttoaineiden kulutus on tällä hetkellä yhteensä noin 4000 ktoe/v Bensiinin osuus on noin 40 prosenttia ja dieselin vastaavasti noin 60 prosenttia Sähkön rooli vuonna 2020 on vielä pieni Tarvitsemme Suomessa bio-komponentteja sekä bensiiniin että dieseliin (v. 2020) Bio-komponenttien tuonti ulkomailta versus kotimainen tuotanto? Koskien bioetanolia, niin pelkästään tuontitavaran varaan Suomi ei voi suunnitella (ts. tarve kasvaa kaikissa EU-maissa samanaikaisesti)

52 Numeroina Vuoden 2020 arvioitu liikennepolttoaineiden kulutus on noin 3800 ktoe/v 20 prosenttia vastaa noin 760 ktoe/v bio-komponentteja. Jos pelkästään tuplalaskettavaa, niin tarvitsemme vain 380 ktoe/v Arviomme mukaan bioetanolin (ja/tai bio-etbe:n) tarve Suomessa olisi vuonna ktoe/v (ts miljoonaa litraa/v) Esityksen seuraavilla sivuilla oletamme että bio-komponentteja tullaan merkittävissä määrissä sekoittamaan bensiiniin Suomessa vuonna 2020 ja että osa tästä tarpeesta tyydytetään kotimaisella tuotannolla.

53 Nykyinen tuotanto Suomessa (bensiiniin sekoitettavia bio-komponentteja) Bioetanolitehtaat (St1 Biofuels) Raaka-aine Määrä(milj. litraa) Määrä(ktoe) Leipomon ja makeistehtaan sivuvirtoja 1 0,5 Perunahiutaletehtaan sivuvirta 1 0,5 Leipomon sivuvirta 1 0,5 Leipomon ja makeistehtaan sivuvirtoja sekä jäteleipä 1 0,5 Panimon ja leipomon sivuvirtoja 1 0,5 Biojäte 1 0,5 Entsyymitehtaan sivuvirta 8 4 Yhteensä 14 7 Muita bio-komponentteja bensiiniin Raaka-aine Määrä(m 3 ) Määrä(ktoe) Kasviöljyäja eläinrasvaa (Neste Oilin NExBTL-laitosten sivuvirta) ,8

54 Maksukyky etanolista Brasilialainen etanoli maksaa tällä hetkellä vajaat 0,7 euroa/litra (veroton) Bensiiniekvivalenttina hinta on noin 1,05 euroa/litra (veroton) Bio-polttoainevelvoitteen voimassa ollessa brasilialainen etanoli muodostaa referenssin Toimijat joutuvat myymään E5 tai E10 laatua Tuplalaskenta antaa kilpailuetua jäte- tai selluloosapohjaiselle etanolille Jäte- tai selluetanolia tarvitaan puolet vähemmän velvoitteen täyttämiseksi brasilialaisetanoliin verrattuna Maksukyky tuplalaskettavasta etanolista on noin 1,00 euro/litra Tällä hinnalla esim. tuplalaskettavasta etanolista tehdyn E10:n (todellisuudessa 5 % etanolia) lämpöarvoon suhteutettu hinta on sama kuin brasilialaisesta etanolista tehdyn E10:n (todellisuudessa 10 % etanolia) lämpöarvoon suhteutettu hinta

55 Selluloosaetanoli: Tuotantokustannus ja sen arvioitu kehitys Tuotantokustannus ( /l) First of its kind plants (2013): Higher costs from scale up risks(investment), feedstock logistic, operating costs Early-stage plants(2017): Higher operating & investment costs, suboptimal yields Later-stage plants(2020): Feedstock driven production costs(> 60% of total costs) Kuvalähde: epure

56 Arviot tuotantopotentiaaleista Suomessa Raaka-aine Määrä (ktoe) Leipomon ja makeistehtaan sivuvirtoja 2 samanlaista laitosta 1 Perunahiutaletehtaan sivuvirta 0,5 Leipomon sivuvirta 0,5 Panimon ja leipomon sivuvirtoja 0,5 Biojäte 0,5 Entsyymitehtaan sivuvirta 4 NExBTL-laitosten sivuvirta 4 Yhteensä 8 laitosta 11 Vilja 2 laitosta á m3 75 Nollakuitu ja REF 5 Kotitalousjäte 2 laitosta á1000 m 3 1 Liukosellutehdas 1 10 Olki (maksimikoko) 2 laitosta á m 3 40 Olki (pienempi) 2 laitosta á m 3 25 Liukosellutehdas 2 10 Puru ja kuori (maksimikoko) 2 laitosta á m 3 24 Puunkorjuutähteitä(kaasutuslaitoksen sivutuote) 250 MW 63 Olki (edelleen pienempiä) 2 laitosta á m 3 19 Puru ja kuori (pienempi) 2 laitosta á m 3 15 Yhteensä kaikki 26 laitosta 298 Olemassa olevat Mahdollisuuksia

57 Yhteenveto Olettaen että bio-komponentteja lisätään runsaasti myös bensiinin ja että merkittävä osa näistä bio-komponenteista on tuotettava Suomessa vuodelle 2020 asetettujen tavoitteiden saavuttaminen edellyttää useamman suurehkon bioetanolitehtaan rakentamista Suomeen Toisin sanoen, tavoitteen saavuttaminen edellyttää: -Toteuttamiskelpoisia konsepteja yrityksiltä -Investointitukia kiihdyttämään kehitystä (uusien teknologien kaupallistaminen) -Stabiilia liiketoimintaympäristöä seuraavat (10-15 vuotta) Markkinoita ei kuitenkaan saa vääristä tukitoimilla

58 Tapahtuu Italiassa Oljesta ja Arundo donax -kasvista noin 26 ktoe bioetanolia/v Käynnistys kesällä 2012 Investointi noin 130 MEUR

59 Jätteistä etanolia Ajankohtaista Mika Anttonen

60 St1: Johtava CO 2 -hyvän energian valmistaja ja myyjä St1 on rakentanut vuodesta 2007 etanolitehtaiden verkostoa, jonka tavoitteena on tuottaa vuonna 2020 jätteistä ja sivuvirroista jopa 300 miljoonaa litraa etanolia liikennekäyttöön. Bio Bio Etanolix Bionolix Cellunolix 85% Väkevöinti 99,8% Terminaali Bio Jätekuidut Rehu Lannoite Biopelletti Lämpö Sähkö Jätekuidut

61 Etanolintuotanto ja hankkeet tänään Etanolintuotantoverkosto ja kapasiteetti: 7 jätteistä tai prosessitähteistä etanolia tuottavaa laitosta - kapasiteetti m 3 /v Absolutointilaitos kapasiteetti m 3 /v Korvaa tuontienergiaa :n edestä vuodessa Investoinnit: Tuotantoverkostoon ja tuotekehitykseen n euroa Työllisyys: St1 Biofuels Oy työllistää 75 etanoliteknologian huippuammattilaista Välillisesti satoja henkilötyövuosia laitosprojektien ja yhteistökumppaneiden kautta Teknologiakehitys: Etanolix -konseptin vientineuvottelut käynnissä useaan kohteeseen Bionolix -konseptin täydentäminen biokaasun tuotannolla Hämeenlinnassa Cellunolix - konseptin pilottilaitos rakenteilla Jokioisiin

62 Bionolix integroitu etanolin ja biokaasun tuotanto Strategiset syyt: Biojätteen energiasisältö hyödynnetään maksimaalisen tehokkaasti, ympäristöystävällisesti ja kannattavasti. Etanoli liikenteeseen korvaamaan bensiiniä Biokaasu sähkön ja lämmöntuotantoon Jätepohjaisen bioetanoli- ja biokaasutuotannon integrointi ja tuotteistaminen on edellytys vakiintuneille biokaasumarkkinoille etabloitumiseen (esim. Saksa ja Ruotsi) Projekti: Tuotanto käynnissä 9/2012 (käyttöönotto 5/2012) Laitoksen toimittaa MK Protech Oy Suomen johtava biokaasulaitostoimittaja Hämeenlinnan Karanojan Bionolix -alue: Etanolin tuotantokapasiteetti m 3 /v Jätteen käsittelykapasiteetti t/v CO 2 -hyvän sähkön tuotanto MWh/v ja lämmön tuotanto MWh/v

63 Integroidun etanolin ja biokaasun tuotannon edut Biokaasu ja etanoli eivät ole toistensa kanssa kilpailevia tuotteita Nestemäistä etanolia jaellaan nykyisillä jakeluasemilla (Suomessa n. 2000) ja käytetään kaikissa bensa-autoissa (2,3 miljoona autoa) Kaasumainen metaani vaatii omat jakelulaitteensa (asemia nyt 17 kpl) ja omat autonsa (n kpl) kahdella polttoainesäiliöllä Jakeluliikenteen busseissa biokaasu kilpailee dieselin kanssa Biokaasu sopii erinomaisesti sähköntuotantoon, jossa on suuri tarve korvata fossiilisia polttoaineita Etanolin ja biokaasun valmistusmenetelmät eivät ole kilpailevia vaan toisiaan tukevia Jotkut jakeet soveltuvat paremmin etanolin tekemiseen ja toiset mädätykseen Laitoksissa käsitellään useimmiten sekalaisia biojäte-massoja, joten molempien valmistus tukee toisiaan Etanolin valmistus ennen mädätystä parantaa biokaasun saantoa tavallisesta suomalaisesta erilliskerätystä biojätteestä

64 Cellunolix pilotti Strategiset syyt: Ruokaketjun ulkopuolinen selluloosa ja lignoselluloosa ylivoimaisesti suurin kestävä potentiaali etanolivalmistuksen raaka-aineeksi Esikäsittelyn talouden parantamiseksi tuotekehitys ja pilotointi välttämätöntä Öljyn hintakehityksestä seuraa kasvava kysyntä kestäville polttoaineratkaisuille Projekti: Rakenteille Jokioisten Etanolix -laitoksen yhteyteen Käynnistyy 4/2012 Pilotti: Joustavasti käytettävissä eri raaka-aineiden ja menetelmien testaukseeen

65 Kotimaisen biopolttoainetuotannon merkitys energiahaasteita ratkottaessa Elinkeinoministerin erityisavustaja Kai Mykkänen

66 FFV + RE85 hankekumppanit N