Autotekniikka muutoksen edessä - haasteet koulutuksessa

Transkriptio

1 Autoalan ammattikoulutuksen edistämissäätiö FOKUS X0 Autotekniikka muutoksen edessä - haasteet koulutuksessa Juhani Laurikko Nils-Olof Nylund Markku Ikonen Sami Ruotsalainen

2

3 Tekniikan tohtori Juhani Laurikko ja professori Nils-Olof Nylund, VTT: Autotekniikka muutoksen edessä haasteet koulutuksessa DI Markku Ikonen, Turun ammattikorkeakoulu: Vaihtoehtoisten polttoaineiden aiheuttama koulutus- ja osaamistarve autokorjaamotoiminnassa DI Sami Ruotsalainen, Metropolia AMK: Sähkö- ja hybridiajoneuvojen koulutuksessa ja jälkimarkkinoinnissa huomioonotettavat erityispiirteet Autotekniikka muutoksen edessä 1

4 2 Autotekniikka muutoksen edessä

5 Esipuhe Autotekniikan kehitys on ollut viimeisen kahden vuoden aikana merkittävämpää kuin viimeisten viidentoista vuoden aikana yhteensä. Voimakkaassa kehityksessä mukana pysyminen edellyttää vahvaa panostusta koulutukseen. Alan oppilaitokset ovat aivan ratkaisevassa asemassa, mutta yritysten henkilöstön aktiivisuudella on aivan keskeinen rooli. Teknologian voimakas kehittyminen tuo toimialalle jatkuvasti uusia haasteita osaamisen kehittämisen ja infran suhteen. Ympäristön päästövaateet ovat kasvaneet, mikä on asettanut ajoneuvojen valmistajat uusien haasteiden eteen. Millä teknologialla valmistajat lähtevät kehittämään uusia ajoneuvoja ja millaisilla polttoaineiden jakeluverkostoilla, miten hybridiajoneuvo muuttuu kehityksen myötä suoraan sähköautoiksi ja millaisia muita polttoaineratkaisuja tulevaisuus tuo tullessaan perinteisten fossiilisten polttoaineiden vähentyessä? Autoalan ammattikoulutuksen edistämissäätiön hallitus käsitteli syksyllä 2009 autoalan tulevaisuuden osaamistarpeita. Hallitus halusi selkeän kuvan siitä, millaisilla ajoneuvoilla liikutaan vuosina Säätiön hallitus tilasi raportin autoalan parhaimmilta asiantuntijoilta. Toimeksianto käsitti vision alan tulevaisuuden teknologian kehityksestä ja siitä mitä osaamistarpeita tulevaisuudessa tarvitaan. Raportin työnimeksi laadittiin Fokus Raporttiin toivottiin autoalan teknologian näkymiä globaalisti tulevista mahdollisista ratkaisuista sekä siitä, miten nämä ratkaisut tulevat näkymään meillä kansallisesti autotalojemme toiminnoissa; Minkälaista osaamista tarvitsemme ja kuinka autotalojen henkilöiden osaamisen kehittäjien - opettajien - osaaminen varmistetaan. Haluamme esittää suuret kiitokset Autoalan ammattikoulutuksen edistämissäätiön puolesta professori Nils-Olof Nylundille, tekniikan tohtori Juhani Laurikolle, diplomi-insinööri Markku Ikoselle sekä diplomi-insinööri Sami Ruotsalaiselle hyvän raportin tuottamisesta. On ollut ilo ja kunnia työskennellä tässä huippuasiantuntijaryhmässä, jossa autoalan näkymiä on laajaalaisesti käsitelty. Toivomme tästä raportista olevan hyötyä paitsi autoalalla toimiville, myös sidosryhmille, joista mainittakoon opetusministeriö, Opetushallitus ja autoalan koulutuksen järjestäjät. Helsingissä Matti Pörhö puheenjohtaja Jouko Sohlberg säätiön asiamies Autotekniikka muutoksen edessä 3

6 4 Autotekniikka muutoksen edessä

7 FOKUS X0 AUTOTEKNIIKKA MUUTOKSEN EDESSÄ HAASTEET KOULUTUKSESSA Tekniikan tohtori Juhani Laurikko Professori Nils-Olof Nylund VTT Autotekniikka muutoksen edessä 5

8 SISÄLLYS 1. MIKSI AUTOT OVAT SELLAISIA KUIN OVAT? Suunnittelun reunaehdot Markkinoitavuus Turvallisuus Kustannukset Ympäristö MITKÄ TEKIJÄT SÄÄTELEVÄT REUNAEHTOJA? Aikaperspektiivejä Vuoropuhelun osapuolet KEHITYSNÄKYMIÄ Missä ja miten uusi teknologia kehittyy? Moottorien hyötysuhteen parantaminen on kehityksen veturi Energian kulutuksen vähentäminen nousee energian tehokkaan tuottamisen rinnalle Massan pienentäminen tuo säästöjä Voimansiirron kehittäminen, hybriditekniikka Töpselihybridi Ensiaskel verkkosähkön tulolle henkilöautoihin Akkusähköauto toimiva mutta kallis Vetyauto kirittää sähköautoa TULEVAISUUDEN AUTOTYYPIT Tekniset vaihtoehdot henkilöautoissa Yleistymisskenaarioita Korkeaseosetanolipolttoainetta käyttävät FFV-autot Kaasuautot Sähköautot Bensiini- ja dieselmoottoriautot Raskaat ajoneuvot Autotekniikka muutoksen edessä

9 1. Miksi autot ovat sellaisia kuin ne ovat? 1.1 Suunnittelun reunaehdot Henkilöauto on kuluttajatuotteena varsin vaativa toteutettava. Se on suuri investointi, joten siihen kohdistuu sen mukaisesti myös suuria odotuksia ja vaatimuksia. Sillä on myös nykyajassa varsin monitahoiset reunaehdot, joiden sisäpuolelle lopputuloksen on mahduttava. Seuraavassa on hahmoteltu niitä eri näkökulmia, joista nämä reunaehdot muodostuvat. Autonsuunnittelun ristipaineet Valmistus Polttoainekulut Huollot ja ylläpito Kustannukset Markkinoitavuus Kuljetus- ja suorituskyky Varusteet Haluttavuus Ajostabiliteetti ja ajodynamiikka Kolariturvallisuus Turvallisuus Ympäristö Melu Pakokaasupäästöt Energian kulutus Kierrätettävyys 1.2 Markkinoitavuus Henkilöauto on siis kestokulutushyödykkeeksi luokiteltava, ja niitä valmistetaan ja myydään kaupallisen voiton tavoittelu mielessä. Ne ominaisuudet - kuljetuskyky, varusteet, suorituskyky ja jonkinlainen haluttavuus ja fun-todrive - joilla autoa markkinoidaan ja joiden varassa auton valinta ja ostopäätös pitkälti syntyvät, ovat kuitenkin vain pieni osa auton ominaisuuksia. Tässä segmentissä usein syntyvät ne uutuudet, joita auton tekniikkaan tulee, ja joita halutaan korostaa erottumismielessä, etenkin jos kilpailijoilla ei ole vastaavaa (vielä!), tai joilla halutaan ohjata vaihtamaan vanha malli uuteen. Joskus osa uusista tekniikoista halutaan kuitenkin piilottaa käyttäjiltä, jotta niillä ei aiheutettaisi epävarmuutta (ks. turvallisuus). 1.3 Turvallisuus Turvallisuus on tärkeä osa auton ominaisuuksia, ja siitä on tullut myös osa auton markkinointia. Törmäystestien kehittyminen on tehnyt ainakin passiivisesta eli kolariturvallisuu- desta selkeästi mitattavan ominaisuuden ja auton ostajat odottavat uusilta automalleilta vähintään samanlaista suorituskykyä kuin edeltäjiltä. Sen seurauksena kukaan ei tänä päivänä tuo markkinoille mallia, joka ei saavuta vähintään neljän tähden tulosta EURONCAP-kokeessa. Noin kymmenen vuoden oppimisjakson aikana valmistajat ovat myös oppineet suunnittelemaan autot niin, että tähän tavoitteeseen ylletään. Mittaako testi sitten oikealla tavalla todellista törmäysturvallisuutta, on jo kokonaan toinen juttu, ja siihen saadaan vastaus vasta pitkän aikavälin kuluessa, kun voidaan analysoida todellisia liikenneonnettomuuksia ja niissä aiheutuvia vammoja ja yhdistää ne luokitukseen. Aktiivisesta turvallisuudesta eli ajodynamiikasta ja -stabiliteetista on jo paljon vaikeampi tehdä mitattava suure, eikä ainakaan vielä tälle alueelle ole syntynyt samanlaista normitestiä kuin passiiviselle. Tässä suhteessa auton ostaja on toistaiseksi pitkälti vain autolehtien koeajojen ja oman perstuntumansa varassa, joka usein rajoittuu hyvin lyhyeen ja hyvissä tai ainakin kohtuullisissa olosuhteissa suoritettuun koeajoon. Turvallisuusteemaan liittyy itse asiassa vielä autojen toiminta- ja käyttövarmuus, luotettavuus. Sitä monet auton ostajat pitävät itse asiassa usein lähes tärkeimpänä auton ominaisuutena. Ehkä siksi auton valmistajat pyrkivät panostamaan varsin paljon tuotelaatuun ja käytettävyyteen mikä tosin toisaalta rasittaa auton kustannuspuolta. Joka tapauksessa autoalan toimintakulttuurissa on varsin syvällä uusien tekniikoiden varsin perusteellinen testaus ennen niiden ottamista sarjatuotantoautoihin. Silloinkin tämä yleensä tapahtuu vain osassa malleja laajentuen sitten asteittain kaikkiin autoihin. Tämä luo paitsi varmuutta, että tekniikka hallitaan, se myös toisaalta hidastaa uutuuksien markkinoille tuloa. Jossain tapauksissa uutuudet jopa toteutetaan sammutetuin lyhdyin, eli niistä ei ostajalle/ käyttäjälle sen enempää viestitä, vaan muutos toteutetaan ja käyttökokemusten kautta kerätään palautetta. 1.4 Kustannukset Näiden jälkeen tullaankin sitten jo paljon ikävämpien ominaisuuksien pariin. On selvää, että auton suorituskyky ja ominaisuudet ovat sidoksissa kustannuksiin, joita on sekä kertaluonteisia (valmistus) että jatkuvia (huolto ja ylläpito). Valmistuskustannukset näkyvät suoraan hinnassa, jolla autoa voidaan myydä, mutta ylläpitokustannukset ovat Autotekniikka muutoksen edessä 7

10 vaikeammin laskettavissa ja usein jäävätkin vähemmälle huomiolle, vaikka moottorilehdet ansiokkaasti raportoivatkin käyttötestiautojensa kokonaiskulut. Sille joukolle auton käyttäjiä, jota ostavat uusia autoja, ja vaihtavat ne jo vain vähän käytettyinä, ainakin takuuajan puitteissa, konstruktioon ja tuotannon laatuun liittyvät kustannukset ovat myös varsin vähän kiinnostavia, koska ne eivät ainakaan nimellisesti lankea heidän maksettavikseen. Toki ne kokonaisuutena ottaen sisältyvät auton uusmyyntihintaan ja vaihtoarvoon, mutta sen ymmärtämiseen tarvitaan jo vähän enemmän ajattelua. 1.5 Ympäristö Neljäntenä näkökulmana auton suunnittelussa on ympäristö: päästöt, melu ja raaka-aineiden/luonnonvarojen kulutus. Tähän katsantokantaan liittyy myös voimakas tekniikkapainotteinen regulaatio, sillä mm. pakokaasupäästöjä rajoitetaan varsin monimutkaisten teknisten määräysten kautta. Myös turvallisuusominaisuuksiin liittyy paljon teknisiä määräyksiä. Nykypäivänä käytössä oleva, EU:n laajuinen koko ajoneuvon tyyppihyväksyntä (EUWVTA, direktiivi 2007/46/ EC) yhdistää suuren joukon aladirektiiveillä säädeltyjä osien ja alajärjestelmien hyväksymisiä. Uuden automallin markkinoille tuloon liittyy siis aina huomattava panostus näiden säädösten huomioon ottamisesta. Monimutkaisuutensa takia ne muodostavat myös eräänlaisen suojamuurin alan vakiintuneille toimijoille, sillä mahdollisen uuden toimijan ei ole kovin helppoa omaksua kaikkea sitä tietämystä, joka aiheeseen liittyy. Siksi ei ole odotettavissa, että alalle ilmaantuu paljon uusia toimijoita, vaikka käynnissä oleva teknologiamurros tietyllä tavalla avaakin siihen mahdollisuuksia, kun kaikilla on paljon uutta teknologiaa omaksuttavana. Autojen tekniikan kehityksen esteitä ja hidasteita tottumukset tieverkko, sää infrastruktuuripuutteet Ympäristö polttoaine turvallisuus markkinavoimat AUTON RAKENNE moottori muu saasteenestotekniikka 8 Autotekniikka muutoksen edessä

11 2. Mitkä tekijät säätelevät reunaehtoja? 2.1 Aikaperspektiivejä Kaikilla näillä edellä kuvatuilla osa-alueilla ja niiden tuottamilla reunaehdoilla on aina aikaan sidottu sisältö. Myös niiden keskinäiset painoarvot ovat vuosikymmenien mittaan vaihdelleet. Voidaan siis sanoa, että auto on aikansa lapsi, monellakin tapaa. Automaailman osapuolet sääntely Todellisuudessa muutosta tapahtuu kuitenkin varsin hitaasti, koska auton tuotesykli konseptista tuotannon päättymiseen on helposti 10 tai jopa 12 vuotta, ja auto on sen jälkeen liikenteessä ainakin saman ellei vielä paljon pitemmän ajan. Siten kestää vähintään 25 tai jopa 30 vuotta, että kaikki ne vanhanaikaisuudet jota nykyautot sisältävät, poistuvat käytöstä, ja korvautuvat uutuuksilla, jotka nyt ovat siirtymässä prototyyppilaboratoriosta suunnittelijan työpöydälle ja tuotantoon. Siten nykyhetken uusinta teknologiaa on autoissa vielä 2030-luvulla. Tämä merkitsee käytännössä myös sitä, että huolto- ja korjaamotoiminnassa pitää olla kykyä ylläpitää valmiuksia ja osaamista varsin laajalle paletille tekniikkaa ja osaamista, koska tällaiseen vuoden aikaikkunaan mahtuu aika monenlaista. On kai kuitenkin myös niin, että pääpaino tässä palvelutarjonnassa suuntautuu uusien tekniikoiden tukemiseen niiden tullessa markkinoille. Tämä on luonnollista, koska uusiin autoihin kohdistetaan aina selvästi isompi panostus huoltoon ja ylläpitoon järjestäytyneen korjaamotoiminnan puitteissa, kun taas vanhat käytöstä poistuvat autot eivät ole kaupallisessa mielessä enää kovin kiinnostavia vaan hiipuvat hiljaa pois. ( Old soldiers never die; they just fade away Kenr. Douglas McArhur, 1951.) 2.2 Vuoropuhelun osapuolet Auton suunnittelun reunaehtojen asettamisessa ja auton toteutuksessa on mukana usieita eri tahoja, joiden välillä käydään erilaisia vuoropuheluja, joiden lopputuloksena kulloinenkin automalli ja sen tekninen toteutus lopulta syntyvät. Autonvalmistajat ja auton ostajat käyvät tätä vuoropuhelua markkinoiden kautta: uusia malleja tuodaan markkinoille ja niiden menestyksen perusteella tehdään tarvittavia toimenpiteitä. Usein autonvalmistaja testaa kuluttajien vastaanottoa jo etukäteen erilaisten konseptiautojen esittelyn kautta, ja kerää niistä palautetta. Tällä vältytään täydellisiltä ohilaukauksilta, joita liian radikaalit uutuudet voisivat tuottaa. Autonvalmistajat markkinat OHJAUS & KANNUSTIMET Auton ostajat ja käyttäjät Julkinen lainsäädäntövalta Autonvalmistajien toimintaa taas sääntelee julkinen lainsäädäntövalta. Kuten jo edellä todettiin, auton tekniikkaa sääntelee suuri joukko erilaisia säädöksiä, ja niiden kautta autosta pyritään tekemään yhteiskuntakelpoinen, eli huolehtimaan ympäristöasioista ja turvallisuudesta, ainakin jollain minimitasolla, joka kulloinkin katsotaan kohtuulliseksi vaatia. Kyse on kuitenkin aina kompromissista, sillä vaatimustason kiristäminen väistämättä heijastuu kustannuksina. Auton ostajien ja julkisen vallankin välillä on oma vuoropuhelunsa: julkinen valta pyrkii vaikuttamaan markkinoihin erilaisin ohjauskeinojen kautta. Verotus ja erilaiset kannustimet ovat näistä tyypillisimmät Jos sitten ajatellaan, miten auton lopullinen tekninen muoto ja sisältö syntyvät, niin lähtökohtana toimii auton konsepti, joka syntyy auton ostajien/kuluttajien ja autonvalmistajan välisessä vuorovaikutuksessa. Kun tästä konseptista sitten aletaan muovata tuotantokelpoista tuotetta, käydään vuoropuhelua autonvalmistajan ja järjestelmätoimittajien välillä. Itse asiassa kasvava osa auton teknologisesta kehityksestä tapahtuukin nykyaikana erilaisten alihankintaketjujen kautta, ja vain pieni osa teknologiasta on Autotekniikka muutoksen edessä 9

12 enää varsinaisen autotehtaan käsissä. Lopullinen auton sisältö syntyy sitten järjestelmätoimittajien ja komponenttitoimittajien yhteistyöstä. Kilpailullisesti ajatellen mitä alemmas tässä ravintoketjussa edetään, sitä vähemmän eri merkkien väliset rajat ja eroavuudet vaikuttavat. On täy- sin mahdolista, että samat komponettitoimittajat tuottavat osia useille merkeille. Ketjussa seurava porras (järjestelmätoimittajat) pyrkii sitten räätälöimään ja brändäämään ne leimallisesti kulloisenkin merkin imagon mukaiseksi. Auton suunnittelun osapuolet Auton resepti Järjestelmätoimittajat Autonvalmistajat eli OEM Auton KONSEPTI Auton SISÄLTÖ Osatoimittajat Auton ostajat ja käyttäjät 10 Autotekniikka muutoksen edessä

13 3. Kehitysnäkymiä 3.1 Missä ja miten uusi teknologia kehittyy? Tarkasteltaessa auton ja sen teknologian muuttumista, evoluutiota, voidaan auto jakaa joko osakokonaisuuksiin ja alajärjestelmiin (kori, akselistot/jousitus, moottori, sisustus, lämmitys/jäähdytys jne.) ja yrittää hahmottaa niiden kehitystä, tai sitten voidaan tarkastella tilannetta enemmän geneeristen teknologioiden (elektroniikka, sähkötekniikka, materiaalit, valmistustekniikka jne.) kehittymisen kautta. Lyhyen aikavälin (5-15 vuotta) sisällä merkittävin muutosta ajava reunaehto on selvästikin paine kasvihuonekaasupäästöjen vähentämiseen ja uusiutuvan energian käytön lisäämiseen. Molemmat nousevat esiin hyvin vahvoina EUtasoisten, sitovien tavoiteohjelmien kautta. Uuden tekniikan kehittämisessä järjestelmätoimittajien ja erilaisten teknologia integraat torien rooli on vahva ja koko ajan vain vahvistuu. Jotkut teknologia-alueet kuten koritekniikka ja jossain määrin moottori/voimalaitetekniikka ovat niin merkittäviä auton brand imagen kannalta, että ne pysyvät voittopuolisesti autonvalmistajan oman tuotekehityksen hallinnassa. Niissäkin ollaan kuitenkin valmiit luovuttamaan osavastuu järjestelmätoimittajille. Esimerkiksi moottorissa imujärjestelmä+ahdin, polttoaineen syöttö, sen ohjausjärjestelmä ja pakokaasun puhdistuslaitteet hankitaan niihin erikoistuneilta toimittajalta. Vastaavasti mekaanisissa osissa männät, sylinterit ja laakerit kehittää nimenomaan niiden teknologiaan erikoistunut toimittaja. Nykyaikainen moottori on erittäin monimutkainen kokonaisuus erilaisia yhteen sovitettuja alajärjestelmiä ja kehityskohteena erittäin haastava Nykyaikainen auton moottori on monimutkainen, integroitu kokonaisuus 4 Kaasunvaihto imusarja venttiilikoneisto ahdin tai ahtimet EGR Pakokaasun puhdistus katalysaattori(t) hiukkaspuhdistimet ja regenerointi Mekaaninen rakenne iskutilavuus palotila/puristussuhde Polttoaineen syöttö tarkka annostelu muuttuva ruiskutuspaine adaptoituvuus minimi- ja maksimimäärille useita ruiskutuksia/työkierto Muut toiminnot OBD ja muu diagnostiikka limp home -toiminnot Moottorin ohjaus joutokäynti momentin säätö hiukkasloukun regenerointi ajoituksen ja ruiskutusmäärän tarkka kontrolli Autotekniikka muutoksen edessä 11

14 3.2 Moottorien hyötysuhteen parantaminen on kehityksen veturi Auton rakenteelle asetetut kehityshaasteet voidaan jakaa usealle eri TAHOLLE. Perinteisesti päästöjä ja energian kulutusta on vähennetty kehittämällä voimalaitetta, eli parantamalla muuntosuhdetta, jolla käyttövoimana toimivasta polttoaineesta tai energiasta synnytetään autoa kuljettavaa mekaanista työtä. Tähän on kuluneen vuosikymmenen aikana panostettu todella paljon, ja tulosta on myös syntynyt ainakin siltä kannalta, että moottorien ns. ominaiskulutus (kulutettu polttoainemäärä tuotettua tehoa kohden, esim. g/kwh) on alentunut. Tähän osaltaan liittyvä, erittäin merkittävä dimensio on moottorikoon ja tehon sovittaminen oikein, sillä varsinkin otto(bensiini)moottorissa, joissa tehonsäätö tapahtuu täytöksen määrää muuttamalla (virtausta kuristamalla), on hyötysuhde osakuormalla paljon huonompi kuin suuremmilla vääntömomenteilla. Siksi tinkiminen suorituskyvystä, etenkin huippunopeudesta, joka on se pahin tehosysöppö, voidaan tulla toimeen sopivamman kokoisella moottorilla, jossa keskikuormitustaso on riittävä hyvän hyötysuhteen ylläpitämiseksi. Tätä trendiä kutsutaan yleensä downsizing ilmiöksi, vaikka toisaalta se mielletään myös tarkoittavan entistä pienitilavuuksisempien, mutta silti hyvin tehokkaiden moottorien markkinoille tuloa, esimerkkinä vaikkapa Fiat Multiair- tai VAG:n TSI-moottorisarjat, joissa 1,2... 1,4 -litran voimakkaasti ahdetuista moottoreista otetaan tehoa saman verran kuin vanhan polven 2-litraisista turbottomista moottoreista. Toisaalta kehitteillä on moottoreita, joissa ns. tehollista iskutilavuutta voidaan muuttaa tarpeen mukaan, esim. lepuuttamalla joku tai osa sylintereistä väliaikaisesti, jos tehoa ei tarvita paljon. Silloin käynnissä olevien sylinterien kuormitustaso nousee. Tästä periaatteesta käytetään usein nimitystä displacement-on-demand. Se soveltuu varsinkin suurien autojen monisylinterisiin moottoreihin. Tähän liittyen kehitteillä on myös sähköisesti ohjattu venttiilikoneisto, joka sallisi moottorin täytösasteen nykyistä paremman ja joustavamman säädön sekä sylinterien ajoittaisen käytöstä poissulkemisen. 3.3 Energian kulutuksen vähentäminen nousee energian tehokkaan tuottamisen rinnalle Vaikka elektroniikan ja säätötekniikan jatkuva kehittyminen parantaa moottorien hyötysuhdetta, ja luo myös koko ajan uutta potentiaalia, on autojen koon ja painon kasvaessa energian tarpeen ja kulutuksen kasvu ainakin osittain syöneet kehityksen tuomat edut. Siksi nyt on avattu toinen rintama, eli lähdetty paran tamaan ajoneuvojen energiatehokkuutta, ts. pienentämään liikkumiseen tarvittavan energian määrää. Tähän päästään pääasiassa auton liikevastuksia pienentämällä, mutta voimansiirron häviöiden vähentäminen toimii vastaavalla tavalla. Myös liike-energian talteenotto ja uudelleen käyttö, joka on osa hybridiauton ideaa, tehostaa energiankäyttöä. Liikevastuksiin vaikuttavista tekijöistä merkittävimmät ovat massa ja aerodynamiikka, joka aiheuttaa ilmanvastusta. Kummassakin näistä on viimeaikaisin kehitys ollut paremminkin negatiivista kuin positiivista, sillä henkilöautojen omamassa on kasvanut autojen koon, turvarakenteiden ja lisääntyneen varustelun myötä. Auton korin ilmanvastuksen pienentämisessä on tehty paljon työtä 1980-luvun aikana. Tuulitunnelikokeilla ja myöhemmin myös tietokonesimuloinneilla on etsitty virtausvastusten kannalta edullisimpia muotoja. Rajoittavana tekijänä on matkustajatilan koko ja muoto, mikä käytännössä osittain sanelee korin korkeuden ja poikkipinta alan. Kokonaisvastusta ei siksi voi kovin paljon enää pienentää. Myös viimevuosina suosioon nousseiden tila-autojen ja citymaasturien korien korkeus ja suurehko poikkipinta ovat olleet omiaan kasvattamaan ilmanvastusta suuremmiksi kuin perinteisellä sedan-koreilla. Tyypillisen nykysedanin arvo on noin 0,29...0,33, ja korkeissa tila-autoissa Cd on jopa 0,40. Nykyhybridit pääsevät reippaasti tämän tason alapuolelle. Honda Insight in ja Toyota Priuksen (2010 malli) Cd-arvo on 0,25. Priuksessa kehitys on kulkenut tämän päivän tasolle kymmenessä vuodessa alkuperäisestä mallista, jolla Cd oli 0,29, välimallin kautta, jolla Cd oli 0,26. Melkein samaan ja toisaalta vähän parempaankin pystyvät kyllä uusimmat normiautotkin, kuten Opel Insignia ja Mazda6: 0,27 ja Mercedeksen uusi E-sarja: 0,24. Huippulukemia on esitetty toki ennenkin. Aikoinaan ensimmäisen 3-litran auton Audi A2 TDI n lukema oli 0,25, ja virtaviivaisuuden kulta-ajan 1930-luvun suippoperäisellä Tatra T77 -mallilla vain 0,212. [ 12 Autotekniikka muutoksen edessä

15 Sähköautoissa kulkuvastusten pienentäminen vielä tärkeämpää, jotta saadaan ajomatkaa pitemmäksi tai akkua pienemmäksi ja halvemmaksi. Pienempi akku on myös kevyempi, jolloin energian tarve vähenee myös kokonaismassan pienentyessä. Erityisen tärkeää on ilmanvastus, koska sähköautossa (kuten myös tavanomaisessa hybridiautossa) massalla ei ole niin suurta merkitystä energian kulutukselle, sillä regeneratiivisessa jarrutuksessa liike-energiaa otetaan talteen uudelleen käyttöä varten. Kiihdytys ja hidastus siis kompensoivat toisiaan, mutta ilmanvastuksen voittaminen kuluttaa koko ajan tehoa. cars/2008/0712_chevrolet_volt_aerodynamics/index.html Tästä esimerkkinä tieto, että GM:n legendaariselle EV-1 sähköautolle Cd oli aikoi naan (1996) vain 0,195. (Sillä oli myös poikkeuksellisen pieni otsapinta-ala, eli 0,367 m 2.) Nykyiselle Chevrolet Volt ille ilmoitetaan 0,26, ja GM:n uusimmissa konsepteissa (Opel Flextreme GT/E, EREV) ilmanvastuskerroin ilmoitetaan olevan tasolla 0,22. Sähköautossa on periaatteessa helpompi saavuttaa pieni ilmanvastuskerroin kuin polttomoottorikäyttöisessä, koska kori voi olla edestä suljetumpi, kun moottorin jäähdyttämiseen ei tarvita niin suuria ilmamääriä. Tulevaisuudessa tähänkin voidaan ehkä saada parannusta: Frankfurtin näyttelyssä 2009 esitellyn Volks wagen L1 supersäästömallin konseptiautossa ilmaa päästetään keula maskin läpi ohjatusti vain jäähdytystarpeen mukaan. Sille Cd arvo on vain 0,195. [ Massan pienentäminen tuo säästöjä Auton energian kulutuksen pienentämiseksi on edullista, että auto olisi kevyt. Silloin sen kiihdyttämiseen tarvittaisiin vähemmän energiaa. Siksi tehdään paljon kehitystyötä uusien kevyempien rakenteiden kehittämiseksi. Tähän liittyy myös uusien keveiden materiaalien kehittä minen. Uusien materiaalien kehittämistä ohjaavat paitsi, kustannukset, vaatimukset sarjavalmistuksen edellyttämästä mittatarkkuudesta ja helposta työstettävyydestä, myös tiukat vaatimukset turvallisuudesta kolarissa (esim. hiilikuitu pirstoutuu rikkoutuessaan teräviksi säleiksi), sekä kierrätettävyydestä 1, kun ajo neuvo elinkaarensa lopulla poistetaan käytöstä. Massan keventämisessä auttavat koko ajan paremmaksi kehittyvä 3D-mallinnus ja tietokoneavusteinen suunnit- 1 Ns. End-of-Life Vehicle eli ELV-direktiivi Directive 2000/53/ EC. Autotekniikka muutoksen edessä 13

16 telu, joilla voidaan mm. simuloida korin käyttäytymistä törmäys(testi)tilanteissa, ja sitä kautta optimoida rakenteiden mitoitus etukäteen ilman kalliita prototyyppikokeita. Suurlujuusteräs ja muut nykyistä kevyemmät rakenneaineet lisäävät osuuttaan korissa. Komposiitit eivät ole suosittuja/ suositeltavia massavalmistetuissa autoissa, vaikka kilpa-autoilussa ovatkin yleisiä. Ne eivät sovellu suursarjavalmistukseen, sillä osavalmistusprosessi ja osien liittäminen toisiinsa on paljon vaikeampaa kuin teräksen muotostanssaus ja hitsaus (tai liimaus) roboteilla. Haasteena tulee olemaan monimutkaisella tekniikalla varustettujen autojen pitäminen toiminnallisesti moitteettomassa kunnossa, kun ajan myötä mm. erilaiset johtimien liitokset hapettuvat ja antureihin ilmaantuu iän myötä toimintapuutteita. Myös erilaiset pyrotekniset laitteet eli kemialliset räjähdyspanokset, joilla turvatyynyjärjestelmiä käytetään/täytetään, saattavat ajan myötä vaatia uudistamista. Niiden oikea käsittely on osa turvallisuuskulttuuria, ja ehdottoman välttämätöntä, jotta vältytään virhetoiminnoilta ja onnettomuuksilta niin korjaamossa kuin tien päällä. Joitain kokoalumiinisia koreja on markkinoilla, ja niiden määrä lienee hienoisessa kasvussa. Alumiinin korkea hinta kuitenkin rajaa ne pääasiassa premium- ja luksusautoihin, joiden valmistusmäärät ovat pieniä. Siten niiden kokonaismarkkinaosuus jää lähes mitättömäksi. Toisaalta hybridirakenteet, joissa yhdistetään esim. alumiini- ja teräsosia, lisääntyvät koko ajan. Ne ovat kaikkein vaativimpia korikorjausten suhteen, koska jokaisen osan kohdalla pitää tuntea materiaalin asettamat vaatimukset ja rajoitteet. Koritekniikan kehitystä on vahvasti ohjannut kolaritestien kehittäminen ja järjestelmällinen testaustyö, jonka tuloksia raportoidaan julkisesti. Euroopassa julkishallinnon, kansainvälisen autoliiton (FIA) ja eri autoalan kuluttajajärjestöjen yhteenliittymänä toimiva EuroNCAP tekee näitä testejä uusille malleille. Kantava yleispiirre korirakenteiden suunnittelussa on ollut tehdä matkustamosta luja kehikko, ja etu ja takaosista törmäyksessä energiaa sitovia vyöhykkeitä, joissa rakenteiden muodonmuutokseen sidotaan suuri osa törmäyksessä vapautuvasta energiasta. Silloin matkustamo-osa pitää paremmin muotonsa, ja sen keskimääräinen hidastuvuus pienenee. Siten kuljettajan ja matkustajien kokema törmäysvoima ja törmäyksen väkivaltaisuus pienenee, ja myös vammautuminen vähenee sen myötä. Esikiristyvät turvavyöt pyrkivät pitämään sisällä olijat tiukasti kiinni penkissä. Törmäyksessä laukeavat turvatyynyt tehostavat turvavöiden toimintaa, pehmentävät äkkipysähdystä ja pitävät sisällä olijat turvarakenteiden piirissä. Alkuaan yhdestä ajajaa suojaa vasta turvatyynystä on nykypäivänä edetty jo 6 10 turvatyynyn järjestelmiin, joissa kaikille matkustajille on omat etutyynyt, ja lisäksi useita sivutyynyjä. Tämän suuntainen kehitys todennäköisesti vielä jatkuu, ja samalla turvatyynyjärjestelmien laukaisulogiikkaa kehitetään ottamaan paremmin huomioon erilaiset, eri suunnista tulevat törmäykset. Lisähuolenaihe on mahdollisten autoon tehtyjen (kori) korjausten vaikutus korin muodonmuutoskäyttäytymiseen uudessa törmäyksessä, jolloin poikkeamat suunnitellusta käyttäytymisestä voivat johtaa turvajärjestelmän toimintalogiikkaa harhaan, ja esim. viivästyttää turvatyynyjen laukeamista Voimansiirron kehittäminen, hybriditekniikka Voimansiirron kehittäminen ja häviöiden pienentäminen vähentää osaltaan sitä työmäärää, joka moottorin on tuotettava, koska suurempi osa energiasta välittyy vetäviin pyöriin. Automaattivaihteistoissa on siirrytty perinteisistä 3 4 -vaih teisista, hydraulisella momentinmuuntimella varustetuista laatikoista kohti 6 7 -vaihteisia, lukkiutuvalla momentinmuuntimella tai kahdella mekaanisella kytkimellä varustettuja robottivaihteistoja, joiden häviöt ovat entistä pienemmät ja välityssuhteiden suuri määrä helpottaa toimintapisteen ohjaamista kaikissa olosuhteissa moottorin toiminnan kannalta parhaimmille alueille. Tämän kehityslinjan jatkeena voidaan nähdä hybridiauto ja sen sähköinen voimansiirto. Siinä sähkömoottori toimii joko mekaanisen voimansiirron rinnalla (=rinnakkaishybridi) tai sähkömoottori tuottaa kaiken pyörille menevän vetovoiman (=sarjahybridi), jolloin polttomoottori on vain mukana kulkeva sähkölaitos. Silloin polttomoottori voi toimia aina oman ohjauslogiikkansa mukaan parhaan hyötysuhteen/ pienimmät päästöt tuottavalla alueella, ja tehontarpeen muutokset ja tehohuiput otetaan sähköisestä energiavarastosta (akku, kondensaattori). Sähköisen voimansiirron ja sähköenergian välivaraston (engl. buffer) mukana autoon tulee myös mahdollisuus liike-energian regenerointiin eli taltiointiin. Kun auton nopeutta on tarve hidastaa, mekaanisten jarrujen sijasta jarrutusvoima tuotetaankin sähkömoottorilla, joka vas- 14 Autotekniikka muutoksen edessä

17 takkaissuuntaisella momentilla toimii generaattorina, ja muuntaa liike-energiaa sähköksi, joka voidaan varastoida käytettäväksi seuraavassa kiihdytyksessä. Tämä reversibiliteetti, eli sähkömoottorin kyky toimia generaattorina vastakkaissuuntaisella momentilla, ja virran kulku molempiin suuntiin ilman mitään lisä- tai erityisrakenteita, on eräs merkittävimpiä sähköisen voimansiirron etuja ja vahvuuksia ajoneuvokäytössä, jossa varsinkin kaupunki- ja taajamaliikenteessä nopeudenmuutokset ovat koko ajan tarpeen. Täysimittaisen hybriditekniikan, jota edustaa tyypillisimmin Toyota Prius, rinnalle on tuotteistettu myös ns. µ-hybridi (mikrohybridi) tai kevythybridi, joissa sähkömoottorin teho on pieni, kw, ja sähköenergian osuus koko energiavuosta on pieni. Kevythybriditekniikkaa edustaa markkinoilla Honda, jonka nykyinen päämalli on Insight. Useat järjestelmätoimittajat, jotka tuottavat sähköjärjestelmiä, ovat tuotteistaneet µ-hybriditekniikan, mutta kovin laajalle sen käyttö ei ole vielä edennyt. Siinä pääperiaatteena on ajoneuvon sähköjärjestelmän avustaminen jarrutuksessa regeneroitavalla sähköenergialla. Uusimmissa isoissa autoissa kun viihde- ja mukavuusjärjestelmän kuluttama sähköteho on varsin huomattava, ja hihnavetoisen generaattorin hyötysuhde tehdä sähköä kampiakselitehosta sittenkin varsin vaatimaton. Silloin hidastuksissa regeneroitava ilmainen sähköenergia tuo tervetulleen lisän energiataseeseen. 3.4 Töpselihybridi Ensiaskel verkkosähkön tulolle henkilöautoihin Verkosta ladattava sähkö tarjoaa erittäin suuren potentiaalin vähähiilistä tai jopa hiilineutraalia/nollahiilistä energiaa. Hybridiauton sähköinen voimansiirto taas puolestaan mahdollistaa sähkön käyttämisen auton liikuttamiseen. Kun tähän väliin rakennetaan (jo olemassa olevista palasista) tarvittava sähkön lataus ja varastointi, niin virta alkaa kulkea! Kun tällaisessa autossa on myös polttomoottori ja kohtuullinen/riittävä polttoainesäiliö, jolla moottoria ruokitaan, niin syntyy erittäin toimiva ja suorituskykyinen yhdistelmä/ järjestelmä. Verkosta ladattavalla, akkuun varastoidulla sähköllä voidaan ajaa tyypillisesti km, ja kun akku tyhjenee, polttomoottori-generaattori alkaa jauhaa lisää sähköä, jotta matka voi jatkua. Näin yhdistyvät molempien energianlähteiden parhaat puolet: lyhyillä matkoilla, jotka kuitenkin edustavat huomattavaa osaa kaikista ajomatkoista, hyödynnetään (vähähiilistä) sähköä. Jos sitten on tarve ajaa pitempiä matkoja, polttoaine/polttomoottori-yhdistelmä tarjoaa riittävän energiareservin, jotta päästään perille. Tälle ns. plug-in/ töpselihybridi tekniikalle rakentuu varmasti huomattava osa tulevan vuosikymmenen merkittävistä uusista automalleista. Koska Toyota on valmistanut sähköhybridiautoja jo yli 10 vuotta ja hallitsee Prius-hybrdiautolla HEV-markkinoita kaikkialla maailmassa, on ihan luonnollista, että se on ensimmäinen valmistaja, joka pian tarjoaa lataushybridiä kaikelle kansalle. Sitä kirittää etenkin Pohjois-Amerikan markkinoille suunnattu tarjonta lisäakustoista ja latausjärjestelmistä, joilla normaali Prius voidaan konvertoida lataushybridiksi. Tyypillisesti näiden jälkimarkkinasarjojen tarjoama energiamäärä on noin 5 kwh, ja vastaavasti ajomatka sähköllä noin km. Yllättävän suurelle osalle tämä riittää kuitenkin päivittäisiin ajoihin. 3.5 Akkusähköauto toimiva mutta kallis Periaatteessa pelkällä akkuun varatulla sähköllä liikkuva sähköauto (battery-electric vehicle, BEV) on tullut lähes markkinakypsäksi, kun litium-ioniakkujen suorituskyky on parantunut nykytasolle, jossa 1 kwh painaa noin 10 kg. Näin on mahdollista varustaa auto noin kwh akulla ilman että auton omamassa kasvaa kohtuuttoman suureksi. Tällainen energiamäärä riittää antamaan keskikokoiselle autolle noin km ajomatkan yhdellä latauksella, mitä voi jo pitää kohtuullisena. Ongelmana on akkujen korkea hinta, sillä parhaimmat ja tehokkaimmat akut maksavat vielä ainakin EUR/kWh, jolloin akuston hinnaksi tulee helposti EUR, eli normaalin polttomoottoriauton verran, jolloin sähköversio on siis melkein tuplasti kalliimpi kuin normaaliauto. Ongelmaa on yritetty kiertää keskittämällä kehitystyö pienikokoisiin kaupunkiajoon soveltuviin malleihin, joissa riittää pienempi akusto. Esimerkki tällaisesta autosta on Mitsubishin i-miev, jonka sarjavalmistus alkoi jo viime vuonna (2009). Siinä on 16 kwh akku, joka riittää 130 km ajoon. Euroopassa autoa tullaan myymään myös Peugeot ion ja Citroën C-ZERO nimillä. Tämän tyyppiset autot ovat kuitenkin liian pieniä voidakseen toimia ns. perheautona. Siksi ne useimmiten hankittaisiinkin kakkosautoiksi, ellei sitten ole kyseessä pääasiassa urbaanissa ympäristössä elävä citysinkku, jolle tällainen auto voisi olla riittävä asiointimatkoille, ja pitemmät matkat kuljettaisiin julkisilla liikennevälineillä. Kehitystyö ja investoinnit akkujen tuotantokapasiteettiin alentavat varmasti akkujen hintaa seuraavien 5-10 vuoden Autotekniikka muutoksen edessä 15

18 kuluessa. Silti näyttää epätodennäköiseltä, että ainakaan pelkkään akkusähköön tukeutuva sähköauto saavuttaisi kovin suurta markkinaosuutta tällä aikajänteellä. Sen sijaan polttomoottoriavusteinen töpselihybridi näyttää hyvinkin kilpailukykyiseltä, ja yhdistää tavallaan molempien teknologioiden parhaat puolet: sähkön päästöttömyys ja energiatehokkuus ja toisaalta polttonesteen tarjoama runsas energiamäärä yhdistettynä polttomoottorin hyvään suorituskykyyn ja kohtuulliseen hintaan. Suuret autonvalmistajat (Daimler, Toyota, Honda, Ford etc.) ovat syksyllä 2009 ilmoittaneet aikeistaan tuoda vetykäyttöisiä autoja markkinoille vuonna 2015 yli kpl vuosituotannon verran. Niiden käyttö on kuitenkin mahdollista vain niillä rajoitetuilla alueilla, joihin on onnistuttu rakentamaan vetyjakelujärjestelmä. Näitä ovat Kalifornia Yhdysvalloissa, Tokio-Yokohama -suuralue Japanissa ja Euroopassa eräät alueet Saksassa (Bremen-Hampuri, Berliini) ja Hollannissa. Sähköautojen, myös jo lataushybridien, mukana autoon tulee aikaisempaa huomattavasti korkeampia jännitetasoja jopa 600 V asti. Tämä on yksi merkittävimpiä uusia ja haltuunotettavia osaamisia, ja edellyttää varsin perusteellista turvallisuuskoulutusta näitä autoja aikanaan huoltavilta ja korjaavilta henkilöiltä, sekä myös esim. pelastuslaitoksilta, jota joutuvat mahdollisesti käsittelemään tällaisia autoja onnettomuustilanteiden yhteydessä. Asemaverkoston laajentaminen on suuri haaste ja edellyttää isoja investointeja. Siksi vetyauton menestys ei ole mitenkään itsestään selvyys, vaikka se teknisesi näyttääkin puhdasta sähköautoa etevämmältä. Hinnaltaan vetyauto ei ole sen kilpailukyisempi kuin pelkkä sähköautokaan, koska polttokennovoimalaite on kallis, ja sen rinnalle tarvitaan myös ainakin jonkin kokoinen akku tehopuskuriksi. 3.6 Vetyauto kirittää sähköautoa Koska sähkön varastoinnissa on vielä suuria sekä teknisiä että kustannuksiin liittyviä haasteita, on autoteollisuus kehittänyt jo pitkään vetyä käyttävää autoa. Vedystä on mahdollista tehdä suoraan sähköä polttokennolla, ja varsin hyvällä hyötysuhteella. Nykytekniikalla voidaan autoon varastoida noin 4 5 kg vetyä, joka antaa jopa 500 km ajomatkan, eli käytännössä kilpailee normaalien autojen kanssa. Kun tankkauskin on lähes yhtä nopeaa kuin nestemäisillä polttoaineilla, on auton käyttö varsin lähellä totuttua. 16 Autotekniikka muutoksen edessä

19 4. Tulevaisuuden autotyypit 4.1 Tekniset vaihtoehdot henkilöautoissa On nähtävissä, että seuraavien 5 10 vuoden kuluessa markkinoilla tulee olemaan ainakin seuraavanlaiset autojen voimalaitteiden perustyypit ja niiden polttoaineiden tai käyttövoiman yhdistelmät. Taulukko: Tulevaisuuden auton polttoaine, käyttövoima ja tekniikkavaihtoehtoja voimalaite polttoaine/käyttövoima lisätekniikka polttomoottori BE E5/ E85 CNG EL H 2 µ- täyshybridin plug- E10 (CH 4) hybridi kipinäsytytys x x [x] [x] x x x [x] [x] x x x [x] # x x (x) x x x x x (x)* [x] [x] voimalaite polttoaine/käyttövoima lisätekniikka polttomoottori DÖ B5/ B100 CNG EL HV µ- täyshybridin plug- B10 (CH 4) O hybridi puristussytytys x x [x] [x] x [x] [x] x x [x] x x x x voimalaite polttoaine/käyttövoima lisätekniikka EL H 2 polttokenno akku/ kond. plugin sähkömoottori x x x [x] (x) * x x [x] x = kaupallinen tai (x) esikaupallinen tai ( )* koesarjoja [x] = teknisesti mahdollinen, ei välttämätön # = tekn. mahdollinen, mutta esim. painosyistä ei luultavaa, että kaupallistuu 4.2 Yleistymisskenaarioita 4.2. Yleistymisskenaarioita Koska useat uusista voimalaitetekniikoista ovat vasta keaseosetanolipolttoainetta (max 85 % etanolia) käyttävä esikaupallisella Koska tai useat prototyyppikehitysasteella, uusista voimalaitetekniikoista on vaikeata bensiinimoottoriauto, ovat vasta esikaupallisella metaania (maatai tai prototyyppikehitysasteella, on vaikeata ennustaa niiden markkinoille tulon ajankohtaa biokaasu) polttoaineena käyttävä auto tai (akku)sähköauto. Kullakin näillä ennustaa niiden markkinoille tulon ajankohtaa ja menestystä. Jos tarkastelu 2020 asti, kuitenkin ei kovin rajataan merkittäviä noin 10 vuoden muutoksia autokannassa on oma profiilinsa, edes jonka ehdi perustella vielä tapahtua. niiden yleistymistä ja menestystä. Jos tarkastelu kuitenkin rajataan noin 10 vuoden aikajaksolle, ts. aikajaksolle, Tässä ts jaksossa asti, ei kovin on yritetty merkittäviä hahmottaa muutoksia niitä on kehityspolkuja pyritty ennustamaan. jotka Merkittävimmät näyttäisivät mahdollisilta. edes ehdi Tulevaisuudesta vielä tapahtua. Tässä esitetään jaksossa on kaksi fiilissa vaihtoehtoista ovat tekniikan skenaariota. kypsyys ja mutkikkuus, Perusske- joka heijastuu tekijät tässä pro- autokannassa naario on sellainen jalat maassa -tulevaisuus, joka toteutuu hyvin suurella todennäköisyydellä. Kiihdytetty taas on sellainen tulevaisuus, jossa vaihtoehtoisia yritetty hahmottaa niitä kehityspolkuja jotka näyttäisivät tuotantokustannuksiin ja hintaan, sekä yleinen mielenkiinto mahdollisilta. energioita Tulevaisuudesta ja tekniikoita esitetään kaksi suositaan, vaihtoehtoista skenaariota. Perusskenaario on sellainen jalat maassa yhdistyy polttoaineen (tai energian) jakeluverkon tila. ja niiden ja myyntimäärät hyväksyttävyys kuluttajien ovat siksi keskuudessa, suuremmat. mihin osaltaan -tulevaisuus, Henkilöautojen joka toteutuu hyvin osalta suurella on todennäköisyydellä. Kiihdytetty tarkasteltu kolmea Kolmas tekniikkavaihtoehtoa, osatekijä on teollisuuden jotka valmius ovat ja FFV halukkuus ko. (Fuel-Flexible taas on sellainen Vehicle) tulevaisuus, eli korkeaseosetanolipolttoainetta jossa vaihtoehdon kehittämiseen, (max kaupalliseen 85 % etanolia) tarjontaan ja sen käyttävä bensiinimoottoriauto, metaania (maa- tai biokaasu) polttoaineena käyttävä auto tai (akku)sähköauto. Kullakin näillä on oma profiilinsa, jonka perus- vaihtoehtoisia energioita ja tekniikoita suositaan, ja niiden kasvattamiseen. Vaikka tiedossa on, että autoteollisuus myyntimäärät tella ovat niiden siksi suuremmat. yleistymistä on pyritty ennustamaan. tulee tarjoamaan Merkittävimmät markkinoille vetypolttokennoautoja tekijät tässä 2015 profiilissa ovat tekniikan kypsyys ja mutkikkuus, alkaen, niiden joka tulo heijastuu Suomen markkinoille tuotantokustannuksiin osalta ja on hintaan, tarkasteltu sekä kolmea yleinen tekniikkavaih- mielenkiinto lienee ja erittäin hyväksyttävyys epätodennäköistä kuluttajien muutoin kuin kes- demonstraa- ennen vuotta 2020 Henkilöautojen kuudessa, mihin osaltaan yhdistyy polttoaineen (tai energian) jakeluverkon tila. toehtoa, jotka ovat FFV (Fuel-Flexible Vehicle) eli kortioiden tai vastaavien kautta. Kolmas osatekijä on teollisuuden valmius ja halukkuus ko. vaihtoehdon kehittämiseen, kaupalliseen tarjontaan ja sen kasvattamiseen. Vaikka tiedossa on, että autoteollisuus tulee tarjoamaan markkinoille vetypolttokennoautoja 2015 alkaen, niiden tulo Suomen markkinoille ennen vuotta 2020 lienee Autotekniikka erittäin muutoksen epätodennäköistä muutoin kuin demonstraatioiden tai vastaavien edessä 17 kautta.

20 Vaihtoehtoisten polttoaineiden markkinoille tulo menestyksen osatekijät: saatavuus/tuotanto jakelujärjestelmä autot, joihin sopii Biopolttoaineet H2 Maakaasu Matalaseosteiset, taaksepäin yhteensopivat, olemassa oleviin autoihin Sähkö & Vety (tuotettu ei-fossiilisella energialla) Markkinoilla ? Korkeaseosetanolipolttoainetta käyttävät FFV-autot FFV-autot ovat teknisesti varsin vähän normaalista poikkeavia, ja niiden valmistuksen lisäkustannus on varsin pieni. Useissa jo markkinoilla olevissa malleissa lisäkustannus ei edes näy loppuhinnassa, vaan ne hinnoitellaan samalle tasolle kuin normaali bensiinivaihtoehto. Toiminnallisesti ne ovat myös täysin normaalin bensiinimoottoriauton kaltaisia, jotkut jopa vähän tehokkaampia. Ainoa poikkeus FFVauton ominaisuuksissa on 30 % lyhyempi toimintamatka yhdellä tankkauksella, jos käytetään etanoliseospolttoainetta. Toistaiseksi markkinoilla ei kuitenkaan ole ollut FFVversioita hyötysuhteeltaan normaalia parempien, suoraruiskutteisten bensiinimoottorien joukossa. Syynä lienevät vaikeudet hallita tilavuudeltaan jopa 30 % kasvavaa polttoainesuihkua, kun bensiinin sijasta suihkutettava polttoaine onkin voittopuolisesti etanolia. Tähän on kuitenkin tulossa muutos, koska ainakin sekä Ford että Volkswagen ovat tuomassa markkinoille suoraruiskutusmoottorista FFV-autoa. On oletettavaa, että muut valmistajat seuraavat näitä edelläkävijöitä, ja muutoinkin FFV-mallien tarjonta laajenee nykyisestä, joka painottuu vahvasti suuriin autoihin, koska merkittävimmät markkina-alueet FFVautoille ovat olleet Yhdysvallat ja Ruotsi. Vasta aivan viime vuosina myös Iso-Britannia ja Ranska ovat liittyneet niihin maihin, joissa FFV-autoja on tarjolla. Oma lukunsa tietysti on Brasilia, jossa etanoliautoilla on ollut valta-asema jo kymmeniä vuosia. FFV-auto voidaan myös nähdä turvallisena vaihtoehtona kehityskaaressa, jossa bensiinin etanolipitoisuutta koko ajan kasvatetaan, ja pelkkiä mineraaliöljyjakeita sisältävää tai edes enintään 5 % etanolia sisältävää bensiiniä, joka sopii kaikkiin nykyautoihin, ei enää muutaman vuoden kuluttua ole saatavissa. Siten FFV-autojen yleistymiselle kynnys on pienin, ja tässä tarkastelussa on oletettu niiden osuuden lisääntyvän ensirekisteröinneissä vuoteen 2020 mennessä joko 25 %:iin uusina myytävistä bensiinimoottorisista autoista (perusskenaario) tai 50 %:iin (kiihdytetty) Kaasuautot Metaanikaasua polttoaineena käyttävä auto on normaalisti kaksipolttoaineauto, eli kaasun lisäksi niissä on varapolttoaineena bensiini, vaikka nykyisin tehdasvalmisteisten 18 Autotekniikka muutoksen edessä

21 autojen moottorit onkin jo optimoitu kaasulle, ja bensiinisäiliön koko on alle 20 litraa. Bensiinin avulla on haluttu pidentää ajomatkaa ja mahdollistaa tarvittaessa ajaminen myös kaasujakeluverkon ulkopuolella. Koska kaasuautoon pitää käytännössä tehdä kaksi polttoainejärjestelmää ja korkeapainekaasusäiliöt, on lisäkustannus selvästi suurempi kuin FFV:n tapauksessa, ja nostaa auton kuluttajahintaa muutamalla tuhannella eurolla. Kun myös kaasun saatavuus Suomessa on toistaiseksi rajattu maantieteellisesti Etelä- ja Kaakkois-Suomeen, on luultavaa, että kuluttajat suhtautuvat niihin varauksella, vaikka useita paikallisia hankkeita onkin meneillään biokaasun tuottamiseksi liikennekäyttöön niillä alueilla, johon putkiverkko ei ulotu. Siksi kaasuautojen yleistyminen on arvioitu olevan paljon hitaampaa kuin FFV-tekniikan. Tätä olettamusta tukee niiden määrä nykyisessä autokannassa, joka on noin 500 auton tasolla, vaikka autoja on ollut myynnissä jo useita vuosia. FFV-autojen kanta sen sijaan on noussut samalle tasolle jo kahdessa vuodessa. Kaasuautojen on siksi oletettu saavuttavan vain pienen osan myynnistä, jolloin niiden osuus voisi olla noin 2,5 % ( perus ) tai 5 % ( kiihdytetty ) vuoden 2020 uusien henkilöautojen myynnistä Sähköautot Vaikka sähköautojen medianäkyvyys ja mediaseksikkyys on selvästi suurempi kuin muiden vaihtoehtojen, niiden kohdalla lisäkustannukset ovat aivan omaa luokkaansa. Pääasiassa syynä on akkujen kalleus, mutta myös koko konseptin yleinen kypsymättömyys ja ainakin toistaiseksi pienet valmistusmäärät, joka pitää yksikkökustannukset korkeina. Siksi on luultavaa, että ainakaan ilman mittavia tukitoimia sähköautojen yleistyminen ei ole todennäköistä. Tässä tarkastelussa niiden on oletettu perusskenaarion mukaan saavuttavan 3 % myyntiosuuden vuoden 2020 uusista autoista. Optimistisemmassa vaihtoehdossa myyntiosuus olisi 7 %, joka on sopusoinnussa useassa eri selvityksessä esitettyjen arvioiden kanssa. Esimerkiksi englantilainen konsulttiyritys Frost & Sullivan ennustaa sähköautoille 7 % maailman automyynnistä Pienempi myyntiosuus on kuitenkin todennäköinen, koska Suomen automarkkina on pieni eikä ainakaan vielä ole tiedossa, että sähköautojen hankinnoille tulisi mitään erityisiä taloudellisia kannustimia, kuten mm. USA:ssa, Japanissa ja Ranskassa. Siksi on luultavaa, että Suomessa niiden myynti jää huomattavasti jälkeen kansainvälisestä tilanteesta. Esimerkkinä uusien voimalaiteteknologioiden markkinoille tulosta ja suosiosta Suomessa voidaan ottaa Toyota Prius, joka hinnaltaan oli Suomessa aluksi kalliimpi kuin samanlaiset normaaliautot, mutta veromuutoksen myötä paljon kilpailukykyisempi. Kun Priusta oli maailmanlaajuisesti myyty 1 milj. yksikköä, oli niitä Suomessa vasta 1000 kpl, eli vain 0,1 % siitä, vaikka Prius on melkein kaikilla mittareilla arvioituna aivan normaali auto, eikä toimintarajoitteinen, kuten suurin osa alkuvuosien sähköautoista, jotka ovat joko hyvin pienikokoisia tai ajomatkaltaan alle 200 km latausta kohden. Siten on arvioitu, että jos maailmassa myytäisiin vuonna 2020 noin 3,5 milj. sähköautoa (vastaa ennustettua 7 % myyntiosuutta), olisi ennustettu myynti Suomessa täällä 0,1 % vertailukertoimella noin 3500 autoa, joka on noin 2,5 % oletetusta ensirekisteröintien määrästä (noin ). Toisaalta, jos sähköautoilla on vain km vuosisuorite, niitä tarvitaan lukumääräisesti enemmän korvaamaan normaaliautoja ja tuottamaan sama ajosuorite kuin normaaleilla polttomoottoriautoilla, jolla keskisuorite on noin km/vuosi Bensiini- ja dieselmoottoriautot Myös normaalien polttomoottori/polttoainevaihtoehtojen keskinäinen markkinaosuus voi kehittyä tulevina vuosina monella tavalla. Suomessa dieselmoottorin osuus uusissa henkilöautoissa on vuoden 2008 alusta voimaan tulleen autoveromuutoksen jälkeen noin 50 %, mikä on myös suunnilleen koko EU:n keskiarvo. On kuitenkin esitetty näkemyksiä, että pakokaasumääräysten kiristyminen Euro6-tasolle vuodesta 2015 voi tehdä dieselmoottorista huomattavasti nykyistä kalliimman, koska niihin tarvitaan tehokas NOxpuhdistusjärjestelmä. Siten bensiinimoottoristen autojen suosio saattaa kasvaa, koska niiden kustannuksissa ei ole nähtävissä samanlaisia nousupaineita. Tässä tarkastelussa on kumpaankin skenaarioon yhdistetty kaksi vaihtoehtoista tapausta dieselmoottorin myyntiosuudelle. Toisessa dieselin myyntiosuus säilyy 50 % tasolla koko ajan, mutta toisessa tapauksessa dieselin myynosuus on vain 30 % vuonna 2015 ja sen jälkeen. Oheisissa taulukoissa on summattu eri vaihtoehtojen määrät autokannassa sekä perus että kiihdytetty -skenaarioiden mukaan. Autotekniikka muutoksen edessä 19

22 PERUSSKENAARIO lisääntyminen ei periaatteessa muuta dieselteknologiaa juuri lainkaan, eikä tuo tullessaan mitään merkittäviä uusia asioita huomioon otettavaksi korjaamotasollakaan. Metaani (maa- tai biokaasu) on raskaissa ajoneuvoissa myös kaupallisella tasolla olevaa teknologiaa. Enin osa tuotannossa olevista moottoreista on kuitenkin kipinäsytytysmoottoreita. Kaasua on mahdollista käyttää myös dieselmoottorissa. Silloin dieselpolttoaine toimii sytytyspolttoaineena, ja kaasu tuodaan sylinteriin useimmiten imuilman mukana tai ruiskutetaan palotilaan. Tällaista tekniikkaa käytetään yleisemmin suurissa voimalaitoskokodieselmoottoriautojen osuus uusista 50% koko ajan Yht. bensiini diesel sähkö kaasu FFV dieselmoottoriautojen osuus uusista 50% koko ajan Yht. bensiini diesel sähkö kaasu FFV Perusskenaariossa uusien vaihtoehtojen osuus vuonna 2020 on 3 4 % autokannasta. KIIHDYTETTY dieselmoottoriautojen osuus uusista 50% koko ajan Yht. bensiini diesel sähkö kaasu FFV dieselmoottoriautojen osuus uusista 50% koko ajan Yht. bensiini diesel sähkö kaasu FFV Kiihdytetty -skenaariossa uusien vaihtoehtojen osuus vuonna 2020 on 6 7 % autokannasta. 4.3 Raskaat ajoneuvot Raskaissa ajoneuvoissa moottori- ja käyttövoimavaihtoehtojen määrä on rajatumpi kuin henkilöautoissa. Dieselmoottori tulee olemaan valta-asemassa myös tulevaisuudessa, mutta sen polttoaineessa tulee olemaan enenevässä määrin bioraaka-aineesta valmistettuja komponentteja. Dieseltekniikka on siinä määrin joustavaa, että toisen sukupolven biodieselpolttoaineet kelpaavat jo nykyisille moottoreille varsin suurina pitoisuuksina, joten erillistä biopolttoaineversiota ei tarvita, vaan uudet polttoaineet pyritään saamaan ominaisuuksiltaan vähintään nykyisten, mineraaliöljystä jalostettujen kanssa, jolloin ne sopivat jo koko olemassa olevaan autokantaan. Siten biopolttoaineiden käytön 20 Autotekniikka muutoksen edessä