En näistä mitään tiedä, mutta eikä niissä ole ensisijaisesti käytetty fosiilista hiiltä, eikä tässäkään hyötysuhde kummoinen, varsinkin jos sinne renkaalla asti lasketaan. Jos tarkoitus oli ilmasta sitoa se hiili niin kai vähemmän toteutuksia, jos ei lasketa biomassa kuvioita.
Fischer-Tropsch-prosessin lähtöaineet on häkä ja vety.
Saksassa toisen maailmansodan aikana sitä häkää Fischer-Tropschia varten toki tuotettiin kivihiilestä, kun ei piitattu ympäristöarvoista, vaan piitattiin siitä, että saadaan polttoainetta sodassa käytetyille kuorma-autoille. Toisaalta, Suomessa häkää tuottettiin sodan aikana puusta, kun suomella ei ollut hiilivarantoja vaan suomella oli puuta.
Mutta joo, näköjään suora hiilidioksidin ottaminen ilmasta ja pelkistäminen hääksi jotta sitä voidaan käyttää fischer-tropschin syötteenä on vielä vähän uutta tekniikkaa. Mutta Fischer-Tropsch on joka tapauksessa jo melkein sadan vuoden ajan mahdollistanut esim. puun (joka on täysin uusiutuva energianlähde) muuttamisen dieseliksi, joka toimii normaalissa dieselautossa.
Olikos tämä sitten kilpailukykyisempi, eli lähinnä vety ja lokistiikassa pesee mennen tullen jos ajoneuvo käyttöä miettii.
Vähän vertailua eri energiansäilömis- ja siirtämismuotojen välillä. Vertailusta puuttuu etanoli ottomoottorissa poltettuna, koska se ei toimi niin hyvin siirto- ja säilömismuotona, sen tuottamiseen ei ole fischer-tropschin ja sabatierin kaltaisia prosesseja.
Hyötysuhde:
puhdas sähköauto (akut) paras
vetyauto polttokennolla toiseksi paras
polttokenno-metaaniauto sabatierilla kolmanneksi paras
polttomoottori-metaaniauto sabatierillä sähköhybridinä neljänneksi paras
polttomoottori-metaaniauto sabatierillä pelkällä polttomoottorilla ehkä kolmanneksi huonoin
diesel-sähköhybridi fischer-tropschilla toiseksi huonoin
puhdas dieselauto fischer-torpschilla huonoin.
Metaani-polttomoottori sabatierilla voittaa dieselin fischer-tropschilla koska sabatier käyttää lähtötuotteena suoraan hiilidioksidia eikä tarvi tuottaa häkää mistään.
Ja metaani toimii myös polttokennnossa, toisin kuin diesel.
Varastointi, toimintasäde vs lisäpaino ja hinta
Toimintamatkan suhde lisäpainoon ja varastointikustannuksiin menee järjestyksessä
dieselauto paras
metaaniauto toiseksi paras
vetyauto kolmanneksi paras
puhdas sähköauto huonoin.
Dieselin varastointi on käytännössä ilmaista. Hitsataan vaan metallilieriö tai metalliastia ja kaadetaan öljy sinne.
Metaani:
Metaani voidaan varastoida joko painesäiliöön kaasuna tai nestemäisenä alle -162 asteen (111 kelviniä) lämpötilassa. 125 barin paineessa normaalilämpötilassa se vaatii n. 5 kertaa enemmän tilaa kuin diesel, nestemäisenä luokkaa 1.7-kertaisesti dieselin viemän tilan.
Metaanilla pienen mittakaavan varastointi(esim. auton tankissa) kannattaa tehdä paineistettuna, suuren mittakaavan varastointi jäähdytettynä nestemäisenä. Metaania on varastoitu suuressa mittakaavassa jo sadan vuoden ajan ja sen varastoinnissa, jakelussa jne kaikki on tuttua.
Vety:
Jotta vedyllä saadaan normaalilämpötilassa kaasuna edes seitsemäsosa dieselin energiatiheydestä, pitää se puristaa n. 700 barin paineeseen. Ja tällöin sen polttoainetankki painaa yli 10 kertaa enemmän kuin sen säilömä vety itse.
Jos se taas varastoidaan nestemäisenä, se pitää jäähdyttää alle -253 asteen (20 Kelviniä) lämpötilaan, mikä tarkoittaa paljon järeämpää jäähdytyslaitteistoa kuin metaanilla. Ja tällöin varastoidun vedyn energiatiheys on alle puolet metaanin energiatiheydestä, n. neljäsosa dieselin energiatiheydestä.
Akut:
Litium-ioni-akulla päästään vähän yli puoleen 700 bariin puristetun kaasumuotoisen vedyn energiatiheydestä, mutta sen spesifinen energia (säilötty energia painoa kohden) on luokkaa 150 kertaa huonompi kuin pelkän vedyn, mutta kun otetaan vetytankin paino huomioon, todellinen ero on n. 9-kertainen.
Auton "pakollisten osien" valmistuskustannukset
Tässä ei siis oteta huomioon energianvarastointijärjestelmän kustannuksia, jotka skaalautuu toimintasäteen mukaan
Puhdas sähköauto on yksinkertaisin/halvin. Sähkömoottorit on pieniä ja halpoja, tarvittava suurteho-ohjauseelektroniikkakaan ei ole hirveän kallista. Vähiten osia.
Polttomoottori-sähköhybridit ehkä monimutkaisimpia/kalleimpia, ainakin jos niissä on myös täysin mekaaninen voimansiirto.
Olemassaoleva kalusto, infrastruktuuri ja kehityksen tila (näkökulma: miten ratkotaan ongelmaa nopeasti kuluttajan kannalta pienellä kustannuksella ja toimivasti)
Diesel:
Dieselauto on meillä jo tänään ja kuluttajan/käyttäjän kannalta kaikki infrastruktuuri on jo olemassa. 35 vuotta vanhan miljoonamersun omistajan ei tarvisi tehdä mitään lisäinestointeja alkakseen ajaa päästöttömästi. Samoin jakeluinfrastruktuuri dieselille on jo olemassa ja on "täydellinen". Ainoa puute diesel-infrastruktuurissa on, että sitä ei saa tankatta töpselistä kotipihassa.
Metaani taas toimii suurimmassa osassa bensiinille suunnitelluista ottomoottoreissa pienellä modaamisella. Se, että olemassaoleviin autoihin suuressa mittakaavassa alettaisiin asentaa metaanisäiliötä ei olisi suuri kustannus, tai se, että uudet ottomoottoriautot vaihdettaisiin bensiinin sijasta toimimaan metaanilla ei vaatisi suurta uudelleensuunnittelua tai nostaisi niiden valmistuskustannuksia merkittävästi. Metaani-infrastruktuuria on vähemmän kuin diesel-infrastruktuuria, mutta sitäkin on kohtalaisesti. Esim. nykyistä asuntoani lähimpänä oleva metaanintankkauspiste on 3.5km päässä (vertailun vuoksi lähin bensan ja dieselin tankkauspiste on n. 1.5km päässä).
Sähköautoissa aletaan vihdoin olla saavutettu tilannetta, että ne ovat toimivia ja kivoja, ja niitä on markkinoilla monilta valmistajilta. Niiden osuus maailman autokannasta on kuitenkin todella pieni. Koko maailman autokannan uusiminen tulisi todella kalliiksi, eli niillä ei ratkota mitään kovin nopeasti.
Sähköauton lataus onnistuu myös todella monen ihmisen omassa pihassa. Infra on joiltain osin jopa parempi kuin polttomoottoriautoissa, joiltain osin vielä selvästi jäljessä (julkiset latauspaikat vielä harvassa joissain paikoissa).
Vety-polttokennoautoja on markkinoilla yksi tai kaksi mallia, ja infra on todella olematon. Tilanne sen suhteen että tämä ratkoisi mitään lähiaikoina todella huono.
Metaani-polttokennoautoja meillä ei ole tänään ja niiden kehityksestä ei ole paljoa puhuttu. Jos joku sellaisen kehittäisi ja tekisi, kaasuasemia sille kuitenkin löytyisi kohtalaisesti, ei olisi samaa "olematon infra"-ongelmaa kuin vedyllä.
Summa summarum/mietteitä:
Riippuu aika paljon siitä, mikä on auton "ajoprofiili", että mikä on se järkevä energiansäilömismuoto. Jos autoa voi ladata usein, paljon toimintasädettä ei tarvita, että akun huono energiatiheys ei ole ongelma, sähköauto pienehköllä akulla on ylivoimainen (sekä yksinkertaisuus että energiatehokkuus).
Toisaalta, tarvittavan toimintamatkan kasvaessa alkaa nousemaan kysymys, että kuinka kauan kannattaa kasvattaa sitä akkua ja missä vaiheessa järkevämpää on tuoda sinne rinnalle toinen energianvarastointimuoto ja sitä hyödyntävä laitteisto, ja tähän liittyvä kysymys on myös se, että kuinka pieneksi se akusto sitten tämän tuomisen jälkeen jälleen pudotetaan. Tässä on kaksi selvästi eri filosofiaeroa: Onko se toinen voimanlähde vain harvoin käytettävä "range extender" sähköautolle, vai onko se pääasiallinen voimanlähde, jota sähkö vaan avustaa?
Mikäli toinen voimalähde on "range extender" jota käytetään vain harvoin, sen hyötysuhteella ei ole juuri väliä. Tällöin en näe juurikaan järkeä vedyssä, jonka tankki on todella iso ja painava, mutta jolla on toiseksi paras hyötysuhde. Range extender-käytössä polttokenno on kuitenkin yksinkertaisempi ja kätevämpi kuin polttomoottori, joten metaani-polttokennossa voisi jo olla jo paljon enemmän järkeä, tosin se metaanitankkikaan ei ole ihan pieni. Huomattavasti järkeä olisi myös pienessä diesel-aggregaatissa, jolla saataisiin joku 25 kW teho, joka riittäisi juuri ylläpitämään normaalia moottoritienopeutta.
Ja itseasiassa pienempikin teho sille range extenderille voisi riittää; sen aggregaatin tehon ei välttämättä edes tarvisi riittää siihen moottorietievauhdin ylläpitämiseen, jos sille voisi sanoa, että "nyt ajetaan pitkä matka, käynnisty heti" ja ajaessa moottoritievauhtia sallittaisiin se, että akusta kulutetaan hiukan sähköä, joka pystyttäisiin kuitenkin lataamaan takaisin vessa- tai kahvitauon aikana, ja se, että joskus todella harvoin akun oikeasti loppuessa nopeus putoisi esim. 125 km/h => 105 km/h ei olisi mikään oikea ongelma.
Saksassa toki haluttaisiin siihen aggregaattiin enemmän tehoa, koska moottoritievauhdit on suuremmat.
Jos taas autolla ajetaan jatkuvasti sitä pitkää matkaa (jossa isot akut on epäkätevät), sitten hyötysuhteella alkaa olemaan enemmän väliä, ja diesel fischer-tropschilla huononee selvästi, ja myös metaani sabateurilla huononee jonkin verran. Tällöin siinä vetypolttokennoautossakin alkaisi olla enemmän järkeä. Toisaalta, toimisiko se sähköauto kuitenkin tähänkin riittävän hyvin, jos siihen vaan laittaa ne "ylikokoiset" akut? Sillä hyötysuhde olisi kuitenkin vielä selvästi vetyä parempi. Ja toisaalta, riittäisikö se metaanipolttokennon+sabateurin hyötysuhde kuitenkin, jolloin voitaisiin sekä säästää vetyyn nähden paljon varastointikustannuksissa(sekä itse autossa että infran puolella), että käyttää paremmin jo olemassaolevaa metaaninjakeluinfrastruktuuria?
Näistä kuitenkin kaikki muut paitsi akut mahdollistaa pitkäaikaisen varastoinnin, akuilla voidaan käytännössä tasata sähkönkulutuksen ja sen tuotannon eroa merkittävissä määrin maksimissaan muutaman päivän, ja tehokkaammin vain saman vuorokauden aikaskaalalla. Jos halutaan käyttää myös kesän aurinkovoimaa tai esim. pienen lämmityssähkönkulutuksen ja kesälomien pienemmän teollisuussähkönkulutuksen takia kesällä "yli jäänyttä" ydinvoimaa(*) auton liikuttamiseen talvella, kaikista autoista ei kannata tehdä puhtaita sähköautoja, vaan osan autoista kannattaa huolia sähköä sisään myös muodossa, joka on mahdollista varastoida pitkäaikaisesti.
Toisaalta, isoakkuinen sähköauto voi olla todella kätevä siihen sähkön varastoimiseen vuorokauden sisällä, joten huomattava määrä sähköautoja järkevällä kaksisuuntaisella sähköliittymällä voi myös helpottaa sähköverkon ja sähkönjakelunkuormaa, ei vain rasittaa sitä.
(*) Ydinvoimalaa kannattaa siis aina käyttää maksimiteholla, koska polttoainekustannusten osuus kustannuksista on olemattoman pienet.
www.electrive.com
