Polttokennoauto

Polttokennoautot ovat itse asiassa sähköautoja, joiden käyttämä energia tuotetaan vetykaasusta sähkökemiallisessa reaktiossa. Polttokennoon syötetty vetypolttoaine tuottaa sähköä ja lämpöä. Polttoaineena on vety, jota voidaan valmistaa eri raaka-aineista, mutta siihen tarvitaan paljon energiaa. Jotta polttokennoautot voisivat yleistyä, tarvittaisiin uutta ajoneuvokalustoa ja uudenlainen jakeluverkosto.

Ensimmäiset vetykäyttöiset polttokennoautot ovat testattavina tai jo myynnissä pieninä sarjoina Euroopassa, Japanissa ja Yhdysvalloissa, mutta pitkäaikaiset testit polttokennoteknologian kestävyydestä puuttuvat. Polttokennoautot testataan myös kylmissä olosuhteissa.

Plussat:

• Mahdollisuus tuottaa vetyä uusiutuvalla energialla CO₂-neutraalisti
• Polttokennoautot ovat toimivia ja hiljaisia liikennekäytössä
• Ei lainkaan haitallisia paikallispäästöjä katutilassa
• Tankkaus yhtä nopeaa kuin polttomoottoriautolla
  

Miinukset:

• Kevyttä vetykaasua on vaikea kuljettaa, siirtää ja säilyttää
• Jos vetyä tuotetaan fossiilisilla polttoaineilla, syntyy CO₂-päästöjä
• Ajoneuvokäytössä vedyllä on toistaiseksi rajoitettu toimintamatka (täyssähköauton ja polttomoottoriauton välimaastossa)
• korkea valmistuskustannus, luultavasti myös hankintahinta

Polttokennoauto toimii sähköllä

Polttokennoauto toimii sähköllä, mutta sen suorituskyky lähenee polttomoottoriauton suoritusarvoja. Toimintasäde yhdellä tankkauksella vaihtelee 300–500 kilometriin. Testeissä on päästy jopa 700 kilometrin ajomatkoihin.

Polttokennoautossa on hybridin tapaan akusto, joka mahdollistaa jarrutusenergian talteenoton ja energian kulutuksen vähentämisen.

Polttokennon toiminta

Kaasumainen tai nesteytetty vety varastoidaan auton alustassa oleviin tiiviisiin säiliöihin, joista se johdetaan kaasumaisena polttokennoon. Kennossa vety reagoi hapen kanssa, jolloin vapautuu elektroneja ja syntyy sähkövirtaa. Prosessin sivutuotteina syntyy lämpöä sekä puhdasta vesihöyryä, joka johdetaan ulos kennosta.

Polttokenno toimii saasteettomasti ja on äänetön ja hyvin toimintavarma. Uusimmissa polttokennoautoissa kylmäkäynnistys onnistuu vaivatta vielä -25 Celsiusasteessa.

Vetytankkien turvallisuus testattu

Polttokennoautojen vetysäiliöt on sijoitettu auton alustaan akselien väliin. Tankit ovat hyvin tiiviitä ja niiden turvallisuus on testattu törmäysteillä ja varmistettu monivaiheisilla turvaohjelmilla. Onnettomuustilanteessa venttiilit sulkevat tankin välittömästi, jolloin vedyn syöttö polttokennolle katkeaa. Uusimpien polttokennoautojen käytölle ei aseteta rajoituksia esimerkiksi tunneleissa tai maanalaisissa pysäköintitiloissa.

Vetykaasu on pakattu autoissa 2–3 tankkiin noin 700 barin paineeseen. Kerrallaan tankeissa on vetyä vain 4–5 kiloa. Jos käytössä on nestemäinen vety, on jäähdytyksen toimittava tehokkaasti, sillä tankkien lämpötila on pidettävä jatkuvasti -253 Celsiusasteessa.

Sekä kaasumaisen että nestemäisen vedyn tankkaaminen autoon vie aikaa korkeintaan viisi minuuttia. Vedyn polttoarvo on 119 MJ/kg eli noin kolminkertainen verrattuna bensiinin polttoarvoon, joka on 43,5 MJ/kg. Polttokennoautojen käytännön suorituskyky vastaa 2-litraisen perinteisen polttomoottoriauton arvoja.

Vedyn valmistukseen tarvitaan energiaa

Vedyn käyttöön polttoaineena liittyy perustava ongelma: vetyä ei esiinny maapallolla sellaisenaan, vaan kaikki vety pitää erikseen valmistaa esimerkiksi hajottamalla vettä vedyksi ja hapeksi. Siihen tarvitaan energiaa.

Vetyä voidaan tuottaa tuuli- tai aurinkoenergialla, biopolttoaineilla, kivihiilellä, öljyllä tai ydinvoimalla. Energiaa kuluu myös vedyn paineistamiseen sekä varsinkin nesteytykseen, joka kuluttaa jopa 25–30 prosenttia vedyn energiasisällöstä.

Käytössä vety on puhdas polttoaine, sillä polttokennoauto ei tuota käytännössä lainkaan mitään haitallisia paikallispäästöjä. Vedyn päästö- ja ilmastovaikutukset riippuvat siitä, miten se on valmistettu, kuljetettu ja säilytetty. Valmistus on myös kallista, eivätkä kaikki vedyn tuotantotavat ehkä jatkossa ole hyväksyttäviä.

Läpimurtoa odotetaan edelleen

Vetyteknologian läpimurtoa on ennustettu jo parikymmentä vuotta, mutta toistaiseksi se on siintänyt aina noin 10 vuoden päässä tarkasteluhetkestä. Vielä 2010-luvun alussa arvioitiin jopa miljoonan polttokennoauton olevan Euroopan liikenteessä vuonna 2020, mutta toisin on käymässä. Viime vuosina polttokennoauto näyttää kuitenkin jääneen taka-alalle täyssähköautoon ja ladattavaan hybridiautoon verrattuna.

Suomen kansalliseen energia- ja ilmastostrategiaan kirjattu 250 000 sähköauton tavoite sisältää myös polttokennoautot, mutta niiden yleistyminen jää nähtäväksi. Autonvalmistajien vetyautosuunnitelmat eroavat toisistaan melko tavalla, mikä vaikeuttaa ennustamista. Eräiden arvioiden mukaan vetyauto olisi jo varsin lähellä sarjatuotantoa, mutta vedyn jakeluun ja vetypolttoaineen ei-fossiiliseen valmistamiseen liittyvät ongelmat ovat vielä vetyauton suurena heikkoutena verrattuna ladattaviin autoihin.

Jakeluverkoston kehitystä hidastavat sen rakentamisen kalleus ja epävarmuus siitä, mikä lopulta on vedyn merkitys tulevaisuuden liikennepolttoaineena. Hurjimmissa visioissa koko kumipyöräliikenne perustuu muutaman vuosikymmenen kuluttua vetyyn; toisten ennusteiden mukaan sen merkitys jää vain marginaaliseksi.