Moottoritekniikan kehityssuuntia ja tulevaisuuden polttoaineet Ari Juva, Neste Oil seminaari 4.11.2009
Source: Ben Knight, Honda, 2004 4.11.2009 Ari Juva 2
120 v 4.11.2009 Ari Juva 3
Auton kasvihuonekaasupäästöt GHG = f(kulutus) = f(ή; m; v ) 2 ή = hyötysuhde m = auton massa v = auton nopeus ha. CO2 (g/km) = 0,09 x m (kg) + 38,7 Lähde IEEP/CE/TNO 2007 4.11.2009 Ari Juva 4
Polttoaineiden kulutus, Länsi-Eurooppa 200 Miljoonaa tonnia / vuosi 150 100 Diesel Bensiini 50 1993 1998 2003 2008 4.11.2009 Ari Juva 5
Henkilöautojen vaihtoehdot Ottomoottori: hiilivety, alkoholit, eetterit, metaani, nestekaasu, vety, Dieselmoottori: hiilivety, esterit, DME HCCI/CAI ottodiesel: petroli, diesel, bensiini,.. Hybridi = Polttomoottori + Sähkö Sähkö: verkkovirta Polttokenno: vety, hiilivety, alkoholi tuskin Polttoaineet joko fossiilisia tai bioperäisiä 4.11.2009 Ari Juva 6
P. Crist 2009 4.11.2009 Ari Juva 7
Polttoaineen kulutus Volvo V50 1,6D DRIVe, Volvo V50 1,8 F 12 10 10,5 l/100 km 8 6 4 3,9 4,3 4,1 4,1 7,4 2 0 Diesel RME biodiesel NExBTL Palmu BTL puusta Bensiini E85 Luvut perustuvat http://ekoake.autoalanverkkopalvelu.fi/ tyyppihyväksyntäarvoihin ja direktiivin 2009/28/EC oletusarvoihin 4.11.2009 Ari Juva 8
Kasvihuonekaasupäästöt CO2e g/km CO2e g/km 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 Volvo V50 1,6D DRIVe, Volvo V50 1,8 F 118 Diesel 73 RME biodiesel 48 NExBTL Palmu 8 BTL puusta 198 Bensiini 87 E85 Luvut perustuvat http://ekoake.autoalanverkkopalvelu.fi/ tyyppihyväksyntäarvoihin ja direktiivin 2009/28/EC oletusarvoihin 4.11.2009 Ari Juva 9
Energiasisältö: Ajomatka yhdellä tankkauksella Polttoaine + polttoainesäiliö yhteensä 60 kg (henkilöauto) 800 km 600 Kuorma-autoille oleellinen hyötykuormakysymys! 400 200 0 Bensiini Diesel Biodiesel Etanoli Maa- & biokaasu Vety (neste) Vety (kaasu) Sähkö (akut)?? GHG = f(massa) 4.11.2009 Ari Juva 10
Raskaan kaluston vaihtoehdot Dieselmoottori: hiilivety, esterit, DME, (alkoholit) HCCI/CAI ottodiesel: petroli, diesel, bensiini,.. Hybridi = Polttomoottori + Sähkö => kaupunki Polttokenno: vety, hiilivety, alkoholi tuskin Ottomoottori: maakaasu => kaupunki Polttoaineet joko fossiilisia tai bioperäisiä 4.11.2009 Ari Juva 11
Reduced fuel consumption Volvo FH12, 40 ton in traffic 4.11.2009 Ari Juva 12
Paluu menneeseen => ei kannata Hevosen GHG vastaa 40.000 km ha Karva Ooppeli kuluttaa vuodessa (myös tyhjäkäynnillä) Kauraa 1800 kg Heinää 2900 kg Kenkiä 24 kpl Vettä 11 000 litraa Peltoa tarvitaan siis n. 2ha/hevosvoima "Se mikä menee sisään, tulee myös ulos" Päästöt: Urea/vesi, metaani, hiilivetyjä, hiilidioksidia, kasa 4.11.2009 Ari Juva 13
Suomessa sota-aikana biota Puuspriitä bensiiniissä 25% Häkäpönttö Erittäin alhainen hyötysuhde 4.11.2009 Ari Juva 14
Vaihtoehtopolttoaineet 5% (energia) 2008 Etanoli 33 Mtoe Maakaasu 26 Mtoe Nestekaasu 20 Mtoe Biodiesel (FAME) 9 Mtoe Synteettiset alle 10 Mtoe Vetykäsitellyt dieselit 0,5 Mtoe Liikennepolttoaineita yhteensä 1600 Mtoe REN 21 2009 4.11.2009 Ari Juva 15
4.11.2009 Ari Juva 16
4.11.2009 Ari Juva 17
Kasvien hehtaarituotot Rypsi (EU) Soijaöljy (USA) Palmuöljy (Malesia) Vehnä (EU) Ohra (Suomi) Maissi (USA) Sokerijuurikas (EU) Ruokosokeri Jatropa Levä Lopputuote NExBTL / (FAME) NExBTL / (FAME) NExBTL / (FAME) Etanoli Etanoli Etanoli Etanoli Etanoli NExBTL / (FAME) NExBTL / (FAME) Hehtaarisaanto toe/ha 0.9 0.54 4.2 1.1 0.6 1.2 3.1 3 1-1,5 30 4.11.2009 Ari Juva 18
2. sukopolven biopolttoainet tilanne 9/2009 Lähde: GlobalBiofuelsCenter 9/2009 Tuote Pilot/ Kaupal- Tuotanto kt/a Tuotanto kt/a Demo linen Pilot/demo Kaupallinen Selluetanoli 106 19 2615 1834 Vetykäsitelty diesel 18 5 968 2264 FT-diesel 10 3 53 318 Butanoli 2 1 28 28 Hiilivedyt 4 2 - - Metanoli 3 1 12 2 DME 2 -? - Yhteensä 145 kpl 31 kpl 3676 kt/a 4446 kt/a 4.11.2009 Ari Juva 19
Vältetty CO2 verrattuna bensiiniin % 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 FT-di RME EtOH-s-juurikas 2. sukupolvi EtOH-olki&puu EtOH-sokeriruoko 1. sukupolvi EtOH-vehnä CNG 0 100 200 300 400 500 600 700 /t vältetty CO2 Raakaöljy 50$/bbl 5% korvaavia Lähde EU WtW LPG 4.11.2009 Ari Juva 20
SÄHKÖAUTO Ajomatka alle 150 km = kaupunkiauto Akkupaketti nostaa auton painoa 20-50% GHG = f(m) Akkujen ikä lyhyempi kuin auton => lisäkustannus Akut ja auto vaativat lämmitystä => hyötysuhde laskee Ajokustannus nykyveroin 3 /100km - bensiini 8 /100km *) CO2 230 g/kwh (ka. Suomessa) 850 g/kwh (lauhdesähkö) *) CO2 260 g/kwh bensiinillä 6,7 l/100 km *) 30 kwh:n akkupaketti maksaa luokkaa 10.000 20.000 **) Akkusähköauto on 7.000-20.000 kalliimpi **) => Akkukehitys on avainasemassa => Hybridi on sopiva Suomen olosuhteisiin Polttokenno ei sovellu voimanlähteeksi vain lisäenergiaksi Lähteet: *) SähköajoneuvotSuomessa selvitys 2009 ja **) IEA 2009 Fulton 4.11.2009 et al./iea 2009 Ari Juva 21
CO2-päästöjen vähentäminen 120 100 80 Prosenttia, verrattuna keskivertolinja-auton päästöihin Lähde VTT,Kabus Oy Keski-Uusimaa 1.12.2007 60 40 20 0 Keskivertolinja-auto Kevyt linja-auto Hybridi Hybridi +NExBTL (25%) Hybridi +NExBTL (100%) 4.11.2009 Ari Juva 22
Vety liikenteeseen Höyryreformointi on ylivoimaisesti halvin tapa valmistaa Rikittömät hiilivedyt sopivat polttokennoihin Vedyn kuljettaminen ja varastointi vetynä on kallista Vedyn lisääminen dieseliin on kustannustehokas keino vähentää liikennepäästöjä vety- tai polttokennoautoon verrattuna => Biokaasun käyttö biovetynä öljynjalostuksessa on parempi ratkaisu kuin kaasun suora käyttö autoissa, joka vaatii uutta autokalustoa ja erillisen kaasun jakelujärjestelmän 4.11.2009 Ari Juva 23
Polttoaineen kulutusmuutokset EU 27 Fossiili-Bensiini Kaasut Bionesteet Fossiili-Diesel % -osuus 2005 2010 2020 2030 2050 100 % 90 % 80 % 70 % 60 % 50 % 40 % 30 % 20 % 10 % 0 % 4.11.2009 Ari Juva 24
GHG ennuste 2050 2050 mennessä polttoaineen kulutus laskee Henkilöautoissa 40 60 % Raskaat ajoneuvoissa 25-35% Polttoaineiden kasvihuonepäästövähenemät 50-90% Liikennesuoritteet riippuvat talouden kehityksestä Maantieliikenteen GHG-päästöt laskevat noin 70% 4.11.2009 Ari Juva 25
Ennuste ajoneuvojakautumaksi EU27 Prosenttia 2010 2020 2030 2050 Bensiini foss. 35 20 17 11 Diesel foss. 61 56 46 33 Bensiini bio 1 3 9 12 Diesel bio 2 7 19 26 (Joista Be ja Di hybridi ) ( 0 ) ( 3 ) ( 19 ) ( 50 ) Sähkö 0 1 3 8 Maa-/biokaasu 1 3 6 10 4.11.2009 Ari Juva 26
Viileä kiitos 4.11.2009 Ari Juva 27