Kaasuautoilu kilpailee hinnalla

Kaasuautoilu kilpailee hinnalla

Säiliöitä joka lähtöön

Maakaasu koostuu pääosin kaikkein yksinkertaisimmasta hiili­vedystä eli metaanista. CH4 -molekyylissä on yksi hiiliatomi ja neljä vetyatomia, joten se on hiilivedyistä vähähiilisintä. Tässä piilee polttoaineen tämän päivän houkuttelevuus. Metaania käytettäessä syntyy noin 15–20 prosenttia pienempi CO2-päästö kuin bensiiniä käytettäessä.

Ja jos metaani otetaan maakaasun sijaan biologisista prosesseista, todellinen CO2-päästö pienenee vielä selvästi tästäkin. Biokaasu käy samoihin autoihin kuin maakaasukin.

Hiilidioksidipäästön lisäksi tänä päivänä pitää toki tarkastella muitakin päästöjä. Maakaasu on rikitöntä, eikä siinä esiinny raskasmetalleja, joten pakokaasupäästöt ovat näiltä osin nestemäisiä polttoaineita puhtaampia. Nykyaikaisia puhdistuslaitteita käyttäviin bensiiniautoihin verrattuna ero on kuitenkin pieni.

Kaasua käytetään ajoneuvoissa joko paineistettuna (CNG) tai nesteytettynä (LNG). Henkilöautoissa käytetään aina paineistettua kaasua ja hyötyajoneuvoissakin se on toistaiseksi yleisempää. Nesteytettynä maakaasu menee vielä kuusi kertaa pienempään tilaan kuin paineistettuna, joten se on toimiva ratkaisu raskaassa kalustossa. Vaikeutena on, että nesteyttäminen vaatii kaasun lämpötilan pitämisen 162 pakkasasteen alapuolella.

Kahteen tankkiin

Maakaasukäyttöiset henkilöautot rakentuvat lähes poikkeuksetta bensiiniauton tekniikalle. Niillä voi ajaa sekä kaasulla että bensiinillä, ja molemmille polttoaineille on omat säiliönsä. Bensiinitankin koosta riippuen autot kuitenkin jaetaan kahteen ryhmään: alle 15 litran tankilla varustetut autot ovat ”maakaasuautoja” ja suuremmalla tankilla varustetut kahdella poltto­aineella toimivia ”bi-fuel-autoja”.

Vaikka jako on olemassa, ei sillä ole suurta vaikutusta markkinoihin. Osa noin 25:n Euroopassa myynnissä olevan kaasuautomallin valmistajista on päätynyt toiseen vaihtoehtoon ja osa toiseen. Ainakaan Suomessa valinnalla ei ole verovaikutuksia, mutta rekisteröintitilastoissa autot sijoittuvat eri sarakkeisiin.

Isolla bensiinitankilla varustetuista autoista hyötyy käyttäjä, kun kaasutankkausasemien etäisyys ei ole niin kriittinen asia. Pienestä tankista taas hyötyy autovalmistaja, kun tyyppihyväksynnän päästötestit tarvitsee tehdä ainoastaan maakaasulla. Eikä esimerkiksi kylmä­päästöjä tai hiukkaspäästöjä testata silloin ollenkaan.

Maakaasusäiliöiden koko on periaatteessa vapaa, mutta noin 200 baarin paineeseen varastoivien säiliöiden yhteiskapasiteetti on yleensä 15–20 kilogrammaa. Korkeapainesäiliöt ovat luonnolliselta muodoltaan sylinterimäisiä, ja sijoittelutavasta riippuen niitä on autossa kahdesta neljään.

Säiliöt jaetaan valmistusmateriaalien ja kantavan rakenteen perusteella neljään tai viiteen ryhmään. Tyypin 1 säiliö on yleensä täysin teräksinen, tyyppi 2:ssa metallisäiliö on päällystetty kuitumateriaalilla, tyyppi 3:ssa on yleensä alumiininen sisus, mutta komposiittikuori kantaa kaikki kuormat, ja tyypissä 4 käytetään kokonaan komposiittista rakennetta, yleensä hiilikuitua. Viitosessa komposiittirakenne on vielä edistyneempi.

Moottorin toiminta

Uusimmissa maakaasuautoissa käytetään lähes poikkeuksetta turbomoottoreita. Maakaasun energiatiheys on huono, joten ahtamattomassa moottorissa suorituskyky jää vaatimattomaksi. Turbolla vääntöä ja tehoa saa lisättyä, mutta silti suoritusarvot häviävät jonkin verran vastaaville bensiinimoottoreille.

Kun moottori muunnetaan bensiinikäytöstä kaasukäyttöön, tärkein muutos on toisen polttoaineen syöttöjärjestelmän lisääminen. Kaasu syötetään imusarjaan, ja bensiini voidaan syöttää joko imusarjaan tai suoraan sylinteriin.

Yleensä kaasukäyttöä varten muutoksia tehdään myös palotilaan. Männät voidaan muotoilla kaasun palamisnopeuteen paremmin sopivaksi ja puristus­suhdetta voidaan korottaa. Henkilöautoissa puristussuhteet ovat kuitenkin maltillisia, koska moottorin täytyy toimia ongelmitta myös bensiinillä.

Myös turboahdin ja katalysaattorit kaipaavat optimointia kaasukäyttöön.

Ajossa kaasun painetta pitää laskea täyden säiliön yli 200 baarista syöttöjärjestelmälle sopivaan alle 10 baariin. Tähän käytetään moottoritilassa olevaa paineenrajoitinta. Se säätelee moottoriin menevän kaasun painetta moottorin kuormitustilan mukaan. Koska kaasu jäähtyy voimakkaasti paineen laskiessa, paineenrajoitinta lämmitetään moottorin jäähdytysnesteellä.

Kylmäkäynnistyksessä moottoria käytetään pelkällä bensiinillä, joka syttyy kaasua helpommin. Kun moottori on riittävän lämmin, polttoaine vaihtuu automaattisesti kaasuun. Ja kaasun loppuessa taas bensiiniin

Kaasun käyttö hyötyajoneuvoissa

Raskaassa kalustossa on kahta erilaista lähestymistä kaasun käyttöön. Suuret valmistajat keskittyvät lähinnä kipinäsytytteisiin kaasumoottoreihin. Ne perustuvat mekaanisesti dieselmoottoreihin, mutta toimintatapa on muutettu bensiinimoottorin kaltaiseksi. Dieselmoottoreihin verrattuna puristussuhdetta on madallettu normaalista 16–18:sta noin 12–13:een ja dieselmoottorin suoraruiskutussuuttimien paikalle on sijoitettu sytytystulpat.

Maakaasun puristuskestävyys on paljon parempi kuin bensiinin tai dieselin. Se on niin korkea, että maakaasu ei syty pelkän paineen ja lämpötilan vaikutuksesta edes dieselmoottorin korkealla puristussuhteella. Niinpä kipinäsytytteisen moottorin hyötysuhdetta voi parantaa korottamalla puristussuhdetta (bensiinimoottoriin verrattuna), ja tehoa voi kasvattaa ahto­paineita korottamalla.

Tällaisen kaasumoottorin hyöty­suhde on kaikesta huolimatta muutaman prosenttiyksikön verran dieselmoottoria huonompi. Ja moottorit ovat aika paljon kalliimpia kuin suurina sarjoina tehtävät dieselversiot. Etuja saavutetaan kuitenkin taajamaliikenteessä pienempien päästöjen ja matalamman melutason kautta. Halvoilla kaasun hinnoilla ylimääräiset kustannuksetkin kompensoituvat muutamassa vuodessa.

Samat kustannushyödyt on saavutettavissa myös kaukoliikenteessä, mutta yleensä ongelmaksi tulee kaasun jakeluverkon rakenne. Taajamakäytössä tankkaus­asema on aina riittävän lähellä, ja yleensä omalla varikolla, mutta kauko­liikenteessä törmää äkkiä ongelmiin.

Toinen tekninen lähestyminen kaasun käyttöön raskaassa liikenteessä on mekaniikan lisäksi myös toimintaperiaatteeltaan dieseltekniikkaan pohjautuvat moottorit. Niissä maakaasu on pääpolttoaine, ja dieseliä käytetään palamisen jokaisessa työtahdissa aloittavana apupolttoaineena. Maakaasu ei syty itsestään, mutta diesel syttyy ja sytyttää sitten maakaasunkin. Kaasun osuus käytetystä polttoaineesta on yleensä välillä 60–80 prosenttia, ja loppu on dieseliä.

Kaasun käyttö hyötyajoneuvoissa

Raskaassa kalustossa on kahta erilaista lähestymistä kaasun käyttöön. Suuret valmistajat keskittyvät lähinnä kipinäsytytteisiin kaasumoottoreihin. Ne perustuvat mekaanisesti dieselmoottoreihin, mutta toimintatapa on muutettu bensiinimoottorin kaltaiseksi. Dieselmoottoreihin verrattuna puristussuhdetta on madallettu normaalista 16–18:sta noin 12–13:een ja dieselmoottorin suoraruiskutussuuttimien paikalle on sijoitettu sytytystulpat.

Maakaasun puristuskestävyys on paljon parempi kuin bensiinin tai dieselin. Se on niin korkea, että maakaasu ei syty pelkän paineen ja lämpötilan vaikutuksesta edes dieselmoottorin korkealla puristussuhteella. Niinpä kipinäsytytteisen moottorin hyötysuhdetta voi parantaa korottamalla puristussuhdetta (bensiinimoottoriin verrattuna), ja tehoa voi kasvattaa ahto­paineita korottamalla.

Tällaisen kaasumoottorin hyöty­suhde on kaikesta huolimatta muutaman prosenttiyksikön verran dieselmoottoria huonompi. Ja moottorit ovat aika paljon kalliimpia kuin suurina sarjoina tehtävät dieselversiot. Etuja saavutetaan kuitenkin taajamaliikenteessä pienempien päästöjen ja matalamman melutason kautta. Halvoilla kaasun hinnoilla ylimääräiset kustannuksetkin kompensoituvat muutamassa vuodessa.

Samat kustannushyödyt on saavutettavissa myös kaukoliikenteessä, mutta yleensä ongelmaksi tulee kaasun jakeluverkon rakenne. Taajamakäytössä tankkaus­asema on aina riittävän lähellä, ja yleensä omalla varikolla, mutta kauko­liikenteessä törmää äkkiä ongelmiin.

Toinen tekninen lähestyminen kaasun käyttöön raskaassa liikenteessä on mekaniikan lisäksi myös toimintaperiaatteeltaan dieseltekniikkaan pohjautuvat moottorit. Niissä maakaasu on pääpolttoaine, ja dieseliä käytetään palamisen jokaisessa työtahdissa aloittavana apupolttoaineena. Maakaasu ei syty itsestään, mutta diesel syttyy ja sytyttää sitten maakaasunkin. Kaasun osuus käytetystä polttoaineesta on yleensä välillä 60–80 prosenttia, ja loppu on dieseliä.