Sähkömoottori ei ole ainoa tapa vähentää henkilöautojen hiilidioksidipäästöjä

Volkswagenin vuoden 2028 konseptiauto kulkee sähkömoottorilla ja biopolttoaineilla. Kuvat Volkswagen.

Polttomoottori on hyötysuhteeltaan tavattoman kehno verrattuna sähkömoottoriin. Silti se tulee todennäköisesti säilyttämään asemansa liikenteessä tulevina vuosikymmeninä, kirjoittaa Nobel-palkittu fyysikko, Yhdysvaltain energiaministeri Steven Chu Nature-lehdessä.

Bensiinin energiasta liike-energiaksi muuttuu moottorissa vain 25-35 prosenttia. Dieselmoottorien hyötysuhde on parhaimmillaan 40-50 prosenttia.

Kun autojen määrä maailmassa kasvaa, niiden energiatehokkuuden on parannuttava, jotta hiilidioksidipäästöjen kasvu saadaan kuriin. Nykyisen bensiinimoottoritekniikan huono hyötysuhde on kuitenkin myös mahdollisuus.

Suoraruiskutuksen, laihaseosmoottorien ja turboahtimien avulla bensiinimoottoreilla on mahdollisuus lähestyä dieselin hyötysuhdetta.

Myös aiempaa kevyemmät materiaalit voivat vähentää polttoaineenkulutusta. Tällaisia voivat olla alumiini- ja magnesiumseokset, polymeerit ja hiilikuituvahvistetut komposiittimateriaalit.

Tulevien 10-20 vuoden aikana näyttäisi olevan mahdollista entisestään keventää autoja 20-40 prosenttia ilman, että turvallisuudesta tarvitsee tinkiä, Chu väittää. Kymmenen prosentin kevennys vähentää polttoaineenkulutusta 6-8 prosenttia.

Itseään ohjaavat autot kulkevat tiiviissä jonossa. Polttoainetta säästyy, kun haitariliike jää pois.

Henkilöauton polttoaineen kulutuksesta peräti kolmasosa kuluu kitkaan. Myös kitkahäviöitä pienentämällä voidaan vähentää polttoaineenkulutusta ja hiilidioksidipäästöjä. Chu viittaa Nature-lehdessä Kenneth Holmbergin kitkatutkimukseen, joka julkaistiin aiemmin tänä vuonna. Holmberg on Teknologian tutkimuskeskus VTT:n tutkimusprofessori.

Uuden teknologian avulla voidaan VTT:n mukaan pienentää kitkaa eri auton osissa jopa 10-80 prosenttia. Polttoaineen kulutus ja päästöt vähenisivät 5-10 vuoden kuluessa 18 prosenttia ja 15-25 vuoden kuluessa jopa 61 prosenttia.

Henkilöauton polttoaineen energiasta menee 60 kilometrin tuntivauhdilla ajettaessa hukkaan pakokaasujen lämpöenergiana noin kolmannes, toinen kolmannes joudutaan muuten jäähdyttämään ja vain 38 prosenttia siirtyy mekaaniseksi voimaksi. Siitä kitkahäviöiden osuus on 33 prosenttiyksikköä.

Puolet kitkahäviöistä menetetään moottorissa ja voimansiirrossa, loput siirtyvät renkaisiin. Vierintävastuksen voittamiseen kuluu lopulta vain 11,5 prosenttia polttoaineen koko energiasta. Ilmanvastus syö polttoaineesta nykyisissä aerodynaamisissa autoissa vain 5 prosenttia.

Sen sijaan sähköauton kitkahäviöt ovat VTT:n tutkimuksen mukaan vain puolet polttomoottoriauton häviöistä.

Uusia teknisiä ratkaisuja ovat uudenlaiset pinnoiterakenteet, pinnan teksturointimenetelmät, voiteluöljyn uudet lisäaineet, matalan viskositeetin voiteluaineet, ioniset nesteet sekä matalakitkarenkaat, joiden paine on tavallista korkeampi.

Uusilla pinnoiteratkaisuilla kitkaa voidaan vähentää noin 10-50 prosenttia. Näitä ovat muun muassa timantinkaltaiset hiilipinnoitteet ja nanokomposiittipinnat.

Pinnan laser-teksturoinnilla voitelukalvon virtaus ja sisäinen paineenmuodostus muuttuu niin, että kitka vähenee 25-50 prosenttia ja polttoaineen kulutus neljä prosenttia.

Ionisoitujen nesteiden varautuneet molekyylit hylkivät toisiaan. Niiden avulla päästään 25-50 kitkavähennykseen.