Hybridiautot

Moottorilla varustettu purjevene on hyvä esimerkki kahta eri energialähdettä hyödyntävästä kulkuvälineestä, jossa eri energialähteitä käytetään olosuhteiden ja saatavuuden mukaan. Autotekniikassa kahdella eri voimanlähteellä varustettua autoa kutsutaan hybridiautoksi.

Kahden voimanlähteen käyttämisellä tavoitellaan parempaa energiatehokkuutta ja pienempiä päästöjä. Joitakin hybridejä markkinoitaessa korostetaan etenkin perusmallia parempaa suorituskykyä.

Auton käyttäjälle hybriditekniikka ei tuo suurta muutosta toimintatapoihin, sillä toimintasäde vastaa yleensä tavallista polttomoottoriautoa eikä ajettavuudessa ole juurikaan eroa.

Hybridiautoissa yleisin yhdistelmä on poltto- ja sähkömoottori. Sähkömoottori toimii yleensä kahteen suuntaan: jarrutuksissa se toimii generaattorina, joka lataa energiavarastoja ja kiihdytettäessä se purkaa varastoitua energiaa. Polttomoottoreiden yhteydessä on käytetty joissain sovelluksissa myös liike-energiaa varastoivaa vauhtipyöräjärjestelmää sekä hydraulista paineakkujärjestelmää. Näissäkin toimintaperiaatteena on jarrutusenergian regenerointi.

Jarrutusenergian kierrätys

Polttomoottorin energiavarastona toimivan polttoainetankin täyttäminen on helppoa ja nopeaa. Lähes kaikkialla maailmassa on saatavilla polttoainetta sekä diesel- että bensiinikäyttöisiin autoihin. Polttomoottoriautojen käytön jatkumiselle nähdään kuitenkin useita esteitä, kuten öljyvarojen rajallisuus ja pakokaasupäästöjen myrkyllisyys. Useimmissa EU-maissa autojen ja polttoaineen verotus ohjaakin kuluttajia valitsemaan entistä vähemmän kuluttavia autoja.

Moderneissa hybridiautoissa polttoaineen kemiallinen energia hyödynnetään tehokkaammin kuin pelkällä polttomoottorilla varustetuissa autoissa, koska auton jarruttamisessa hukattavasta liike-energiasta osa saadaan otettua talteen myöhempää kiihdytystä varten.

Perinteisessä polttomoottoriautossa pyöräjarrut muuttavat liike-energian lämmöksi, joka hukataan ympäröivään ilmaan, mutta esimerkiksi sähkömoottorilla varustetussa hybridiautossa ajomoottori toimii jarrutettaessa generaattorina, joka lataa energiavarastoja ja samalla hidastaa auton vauhtia.

Jarrutusenergian regenerointi pienentää polttoaineenkulutusta etenkin kaupunkiajossa, jossa on paljon kiihdytyksiä ja jarrutuksia lyhyen ajomatkan aikana. Tällainen järjestelmä edellyttää energiavarastolta nopeaa lataus- ja purkauskykyä.

Jarrutusenergiaa kierrättämällä auton kulutus pienenee kaupunkiajossa parhaimmillaan noin 30 prosenttia. Säästön suuruus riippuu kuitenkin paljon olosuhteista ja ajosyklistä. Maantieajossa ei jarrutuksia juurikaan ole, joten hybridijärjestelmän hyöty jää marginaaliseksi tavalliseen polttomoottoriautoon verrattuna.

Joidenkin hybridiautojen energiatehokkuutta parantaa myös se, ettei polttomoottorin kierrosluku riipu ajonopeudesta. Näin polttomoottorilla voidaan tuottaa sähköenergiaa käyttämällä moottoria optimaalisella kierrosnopeudella.

Energian lataus

Jarrutusenergian kierrätys parantaa selvästi hybridin energiatehokkuutta ja pienentää sen päästöjä tavalliseen polttomoottoriautoon verrattuna. Sähkömoottorilla varustettujen hybridien energiavarastojen lataaminen ulkopuolisesta lähteestä parantaa myös energiatehokkuutta, sillä sähkömoottorin hyötysuhde on merkittävästi parempi kuin bensiini- ja dieselmoottorin.

Lataamismahdollisuudella varustetut hybridit ovat tulossa perushybridien rinnalle, ja ne ovat askel kohti sähköautoja, joissa kaikki liikkumiseen käytettävä energia ladataan sähköverkosta. Tällöin on liikenteen hiilidioksidipäästöjen kannalta ratkaisevaa, että verkosta ladattavaa sähköä tuotetaan vastuullisesti hyödyntäen mahdollisimman paljon uusiutuvia energianlähteitä.

Hybridien tulevaisuus

Hybridiautojen pienemmän kulutuksen ja päästöjen kääntöpuolena on niiden korkeampi hinta, suurempi paino ja monimutkaisempi rakenne. Myös sähkömoottorilla varustettujen hybridien energiavarastoina käytettyjen akkujen kestoikä ja autojen jälleenmyyntiarvo arveluttaa monia kuluttajia.

Autonvalmistajat tuovat kuitenkin markkinoille yhä enemmän hybridiversioita eri kokoluokkiin, ja niiden hintaero perusmalleihin on pienenemässä. Monissa maissa myös verotus pienentää hybriditekniikasta maksettavaa lisähintaa, sillä pienemmän kulutuksen ja hiilidioksidipäästöjen ansiosta hybridistä maksetaan vähemmän autoveroa ja vuosittaisia käyttömaksuja.

Hybridien suosion voi odottaa kasvavan vaihtoehtojen lisääntyessä ja hintojen tullessa entistä lähemmäs perinteisellä tekniikalla varustettuja autoja. Etenkin paljon kaupungissa ajavat hyötyvät hybriditekniikasta, koska kaupunkiajossa tapahtuvien lukuisten jarrutusten energia menee perinteisessä autossa hukkaan, mutta hybridiautoissa se voidaan ottaa talteen sähköisenä energiana ja käyttää kiihdytyksissä uudelleen, mikä pienentää polttoaineenkulutusta merkittävästi.

Ladattavat hybridit ovat askeleen lähempänä sähköautoja, sillä niillä voi ajaa kymmeniä kilometrejä pelkällä sähköenergialla, minkä jälkeen polttomoottori antaa satoja kilometrejä lisää toimintasädettä. Suurempi akkukapasiteetti tekee ladattavista hybrideistä kalliimpia, mutta niillä on mahdollista päästä reilusti alhaisempiin käyttökuluihin, silloin kun ajetaan pääasiassa sähköllä.