Tekniikan Maailma 5/99
Velimatti Honkanen

Maakaasu liikenteen polttoaineena
Kaasussa tulevaisuus?

Maakaasu ei ole energialähteenä mikään uusi keksintö, mutta autokäytössä kokemuksia on vasta vähän. Mitä maakaasu on ja kannattaako sitä harkita liikennepolttoaineeksi?

Aikojen alusta saakka ihminen on syystä tai toisesta kaivellut maaperää. Eräs kaivelu Titusvillessä Pennsylvaniassa vuonna 1859 muutti ihmiskunnan historiaa, kun Edvin Drake osui porallaan 21 metrin syvyydessä olevaan öljysuoneen. Kuten tavallista, öljyn yhteydessä oli myös maakaasua, joka sekin havaittiin käyttökelpoiseksi polttoaineeksi. Tällöin rakennettiin maailman ensimmäinen maakaasuputki johtamaan kaasua porauspaikalta viiden ja puolen mailin päähän kylän keskustaan.

Tuolloin maakaasua käytettiin pääasiassa katuvalojen voimanlähteenä, mutta sähkön yleistyttyä vuosisadan lopulla oli maakaasulle keksittävä uusia kohteita. Sen avulla ryhdyttiin lämmitykseen rakennuksia ja laittamaan ruokaa alueilla, joissa kaasua oli helposti saatavilla. Vasta toisen maailmansodan jälkeen rakennettiin laajempia maakaasun jakeluverkostoja ja käyttö laajeni.

Enemmän kaasua

Nykyään maakaasusta puhutaan paljon ja kuten energiantuotto-menetelmiin aina, siihenkin liittyy sekä politiikkaa että tunteita. Lyhyt perusasioiden kertaus lienee paikallaan, jotta keskustelua voi seurata kriittisesti.

Kuten öljy, myös maakaasu on fossiilinen polttoaine, joka on syntynyt satoja tuhansia vuosia sitten maahan jääneistä eloperäisistä jätteistä. Maakaasua porataan öljykenttien yhteydestä, mutta kaasukenttiä on myös erillisinä esiintyminä. Porauksen jälkeen kaasu tarvittaessa puhdistetaan ja sitten johdetaan käyttäjille. Eräs maakaasun hyveistä on nimenomaan sen olematon jalostamisen tarve matkalla lähteestä hellaan. Haittana taas on siirtäminen, joka vaatii putkiverkon rakentamisen.

Arviot maakaasun riittävyydestä vaihtelevat, mutta järkevästi hyödynnettäviä varantoja maapallolla on useimpien arvioiden mukaan enemmän kuin öljyä. Nykyisellä kulutusvauhdilla kaasua riittää ainakin 60 vuodeksi ja sen käyttöä lisäämällä myös öljyvaroja säästyy.

Eräs maakaasuun liittyvä näkökohta on myös sen maailmanpoliittinen tasapuolisuus. Kun öljyvarannoista noin 80 prosenttia sijaitsee OPEC-maiden alueella, on maakaasu jakautunut tasaisemmin pallollemme ja on siten helpommin myös kehitysmaiden käytössä.

Nykyään maakaasu vastaa lähes neljännestä koko maailman energiahuollosta. EU:n alueella osuus on 22 prosenttia, mutta esimerkiksi Hollannin energiantarpeesta maakaasu kattaa peräti 51 prosenttia.

Suomi sijaitsee maakaasukenttien välissä, sillä sekä Pohjanmeren alla että entisen Neuvostoliiton alueella on runsaasti esiintymiä. Meille maakaasua on tuotu jo neljännesvuosisadan ajan idästä. Käyttö on edelleen melko vähäistä, kymmenen prosentin luokkaa, mutta jatkuvasti kasvamassa, samalla kun jakeluverkosto laajenee. Tällä hetkellä maakaasuputkea on maassamme noin pari tuhatta kilometriä.

Suomessa maakaasua kului viime vuonna noin neljä miljoonaa kuutiometriä. Siitä 70 prosenttia käytettiin yhdistettyyn sähkön- ja lämmöntuotantoon teollisuudessa ja yhdyskuntien voimalaitoksissa. Osa kaasusta palvelee suoraan teollisuuden prosesseissa, vedyn tuotannossa tai kotitalouksissa. Helsingissä on yli 30 000 maakaasulla toimivaa liettä. Suomessa maakaasu yksityistalouksissa on kuitenkin harvinaista Keski-Eurooppaan verrattuna.

Kulkuneuvoissa maakaasun käyttö on aiemmin keskittynyt lähinnä niihin maailman kolkkiin, joissa sitä luonnostaan esiintyy ja on siten helposti ja edullisesti hyödynnettävissä. Nyt ja tulevaisuudessa ykkösvaikuttimena on ympäristöystävällisyys. Lähimmän vuosikymmenen kuluessa myös raskaan kaluston päästömääräykset tiukkenevat selvästi, mikä varmasti johtaa maakaasun käytön lisääntymiseen.

Maakaasun edut...

Tärkein maakaasun etu on sen erittäin puhdas palaminen. Pääainesosana olevan metaanin yksinkertaisesta rakenteesta johtuen reaktio on lähes ideaalinen eli palamistuotteena on melkein pelkästään vesihöyryä ja hiilidioksidia. Fossiilisista polttoaineista maakaasu on kaikkein vähiten ympäristöä kuormittava, vaikka osaltaan lisääkin kasvihuoneilmiötä pahentavan hiilidioksidin tuottoa.

Maakaasu on erittäin monikäyttöistä ja myös nykyisiin polttomoottoreihin se sopii vähäisin muutoksin. Pontimena maakaasun autokäyttöön on nimenomaan sen tarjoama mahdollisuus päästöjen vähentämiseen. Tärkeimmät kohteet ovat kaupunkien keskustoissa liikkuvat linja- ja jakeluautot. Pelkkä maakaasuun siirtyminen ei kuitenkaan tee autuaaksi, vaan moottori vaatii jatkeekseen nykyaikaisen pakokaasujen puhdistuslaitteiston, käytännössä siis katalysaattorin.

Muutenkin maakaasu on periaatteessa perinteistä bensiiniä tai dieselöljyä parempi polttoaine, koska se on jo valmiiksi kaasumaisessa olomuodossa. Nestemäinen polttoaine taas on pyrittävä suihkuttamaan moottoriin mahdollisimman pienijakoisena ja vaatii kylmänä rikastusta palokelpoisen seoksen muodostamiseksi.

Maakaasulle ominaista on myös bensiiniä korkeampi puristuskestävyys (oktaaniluku jopa 130). Mikäli moottori suunnitellaan pelkästään kaasukäyttöiseksi, on siis mahdollista päästä selvästi bensiinimoottoria parempaan hyötysuhteeseen. Dieselprosessiin kaasu taas ei puristuskestävyytensä (syttymättömyytensä) takia sovellu, joten dieselmoottori on muutettava ottoprosessilla toimivaksi.

Autokäytössä varsinkin dieselmoottorien muuntaminen maakaasukäyttöiseksi vähentää päästöjä ratkaisevasti. Perinteisesti dieselien ongelmaksi koetut typen oksidien ja hiukkasten päästöt pienenevät tällöin murto-osaan ja pakokaasut muuttuvat käytännössä savuttomiksi ja hajuttomiksi. Hiilivetypäästö saattaa kaasumoottorissa jopa kasvaa, mutta päästö on suurimmaksi osaksi myrkytöntä metaania.

Samalla myös moottorin melu vähenee jopa kymmenen desibeliä eli käytännössä puoleen.

...ja haitat

Nimenomaan autokäytössä maakaasulla on myös lukuisia haittapuolia.

Yhdessä kuutiossa maakaasua on likimain sama määrä energiaa kuin yhdessä litrassa dieselöljyä. Lopputuloksena on se, että samaa toimintasädettä varten maakaasu vaatii lähes kuusi kertaa suuremmat säiliöt, vaikka kaasu onkin puristettu 20 MPa:n (200 bar) paineeseen.

Luonnollisestikin korkeaa painetta kestävät kaasusäiliöt myös vievät tilaa, painavat ja maksavat. Maakaasun nesteyttäminen pienentää tarvittavan tilavuuden kolmannekseen, mutta nesteytys vaatii sekin energiaa ja tyhjiöeristetty säiliö on kallis.

Lähitulevaisuuden ratkaisuna voi tulla kyseeseen adsorbtiotekniikka eli kaasun sitouttaminen aktiivihiileen, jolloin tilantarve ja paino pienenevät selvästi.

Ylimääräisiä kustannuksia tulee myös moottorin muuntamisesta kaasukäyttöön soveltuvaksi – ainakin niin kauan kuin kaasumoottorit tehdään olemassaolevista otto- ja dieselmoottoreista ja sarjakoot ovat pieniä.

Dieselmoottorin muuttaminen ottoprosessilla toimivaksi pienentää hyötysuhdetta. Se tarkoittaa kulutuksen kasvamista noin 20 prosentilla, minkä seurauksena CO2-päästöt eivät ole sen pienemmät kuin dieselilläkään.

Ehkä tärkein tekninen este maakaasun käytön yleistymiselle etenkin yksityisautoilussa on tankkausasemien puuttuminen. Paineistettua maakaasua on järkevää siirtää ainoastaan putkiverkossa, jonka rakentaminen ei ole aivan halpaa. Ollaan tutussa noidankehässä. Tankkausasemia ei tule ennen kuin autot yleistyvät, mutta asemien puute estää yleistymisen. Niinpä tällä hetkellä maakaasun käyttö on houkuttelevaa vain yrityksissä, joissa on paljon autoja ja tankkausasema voidaan tehdä esimerkiksi varikon yhteyteen.

Maakaasuautot meillä ja muualla

Meillä maakaasun käyttö liikennepolttoaineena on vielä lapsenkengissään, mutta maailmalla maakaasuautoja eli NGV-autoja (Natural Gas Vehicle) lasketaan olevan jo toista miljoonaa noin 40 maassa.

Mikään uusi keksintö ei tämäkään ole, sillä ensimmäiset kokeilut tehtiin jo vuosisadan alussa. Italiassa ryhdyttiin siellä tehtyjen kaasulöytöjen innoittamana ajelemaan maakaasulla 1920-luvulla ja nyt siellä on lähes 300 000 maakaasuautoa. Argentiina pistää kuitenkin paremmaksi lähes puolella miljoonalla autolla. Muita merkittäviä maita tällä alalla ovat USA, Venäjä ja Kanada.

Suomessa on keskitytty lähinnä tutkimaan maakaasun käyttöä linja-autokäytössä, niin kuin järkevintä onkin. Ensimmäiset kaksi Mercedes-Benz O 405 CNG -bussia tulivat pääkaupunkiseudun liikenteeseen syksyllä 1996.

Mersun moottori on 12-litraisesta dieselistä muunnettu ahtamaton rivikuutonen. Kaasu sallii 12,5:1 puristussuhteen ja tehoa saadaan 175 kW (238 hv). Päästöjä hallitaan kolmitoimikatalysaattorilla. Katolle sijoitettujen hiilikuituvahvisteisten terässäiliöiden tilavuus on 1 055 litraa, joka riittää yhden päivän ajoon eli noin 400 kilometriin. Enemmän tästä autosta on kerrottu TM-numerossa 6/97. Tällä hetkellä Tammelundin liikenteellä on käytössään seitsemän maakaasu-Mersua.

Helsingin kaupungin liikennelaitoksella on ajossa 11 maakaasukäyttöistä Volvo-bussia ja tämän vuoden aikana liikenteeseen saadaan toiset 11 lisää. Volvon moottori on ahdettu ja toteutettu laihaseostekniikalla. Jatkeena on hapetuskatalysaattori. Myös Mersu siirtyy seuraavan sukupolven kaasumoottoreissaan laihaseostekniikkaan.

Sekä HKL:n että Tammelundin liikenteen kokemukset kaasubusseista ovat rohkaisevia. Varsinkin siihen nähden, että sarjavalmisteinen kaasumoottoritekniikka on verraten uutta, ovat ongelmat olleet pieniä.

Helsingissä on tehty periaatepäätös, että niin sanotulle Jokeri-poikittaislinjalle liikennöimään tulevat bussit ovat pelkästään maakaasukäyttöisiä. Vähitellen koko kantakaupungin bussikanta luopuu dieselistä ja vuonna 2005 pitäisi Helsingissä olla jo sata maakaasubussia. Siten yksityiselle sopimusliikennettä harjoittavalle yrittäjälle maakaasubussin hankkiminen on selvä kilpailuetu, vaikka sen vaatima lisäinvestointi hankintavaiheessa onkin noin viidenneksen suurempi.

Bussien päästötasoa on seurattu yhdessä VTT:n kanssa ja kokemukset ovat rohkaisevia. Yksi uusi dieselbussi tuottaa kolminkertaisen määrän typen oksideja maakaasubussiin verrattuna. Vanhan bussin NOx-päästöt ovat jopa kuusinkertaiset. Uusien bussien myötä pääkaupungin keskustan ilmanlaatu paranee.

Myös posti otti äskettäin käyttöön ensimmäisen maakaasuautonsa. Kyseessä on Mercedes-Benz NGT Sprinter -kevytkuorma-auto.

Tässä vaiheessa on syytä myös sivuta hieman nestekaasukäyttöisiä autoja, joita maailmalla on nelisen kertaa enemmän kuin maakaasukalustoa. Esimerkiksi Hollannissa merkittävä osa myös henkilöautoista ajaa edullisella nestekaasulla, jota saa lähes kaikilta huoltoasemilta. Nestekaasun merkittävin tekninen etu onkin helpompi tankkauksen järjestäminen. Päästömielessäkin se on käytännössä maakaasun veroinen.

Suomessa on muutamia nestekaasubusseja, joiden käyttökokemukset niin ikään ovat rohkaisevia. Samoin Kemiran valmistaman katalysaattorin on todettu toimivan niissä erinomaisesti.

Politiikka

Loppujen lopuksi kaasuautoilun kohtalosta päätetään kuitenkin veropoliittisin keinoin. Tämä ei ole mikään kotimainen erikoisuus, vaan tilanne on sama kaikkialla. Painopiste tosin vaihtelee, sillä eräissä maissa suositaan nestekaasua, toisaalla taas vannotaan maakaasun nimiin.

Tällä hetkellä Suomen ajoneuvoverolaki edellyttää, että neste- tai maakaasukäyttöisestä autosta peritään ajoneuvovero (dieselvero) peräti 20-kertaisena. Kaasukäyttöiset linja-autot ja kuorma-autot ovat kuitenkin verovapaita edellyttäen, että typen oksidien päästöt ovat alle 2,5 g/kWh. Päästörajoituksella varmistetaan se, että käyttöön tulevat kaasuautot edustavat uusinta tekniikkaa.

Lakimuutos astui voimaan vuodenvaihteessa. Joidenkin mielestä valtiovalta kuhnaili asiassa, mutta syynä oli lähinnä selkeiden teknisten perusteiden puuttuminen päästörajan määräämiseksi. Tähänkään asti verottaja ei ole estänyt kaasubussien käyttöä, vaan erivapaus verosta on myönnetty kaikille sitä perustellusti anoneille.

Nykytekniikan mukaisen kaasukäyttöisen raskaan kaluston suosiminen on varmasti terve periaate. Vaikka henkilöautoissa ei kaasun käytöstä päästömielessä yhtä suurta hyötyä olekaan, tuntuu niiden käytön estäminen verotuskeinoin hieman liioitellulta. Raja on kuitenkin päätetty vetää tähän ja kaasukäyttöiselle henkilö- tai pakettiautolle suodaan verovapaus ainoastaan tutkimuskäytössä.

Tällä hetkellä maakaasulle ei ajoneuvokäytössä ole selkeää "litrahintaa", vaan se riippuu kaasua toimittavan Gasum Oy:n ja asiakkaan välisestä sopimuksesta. Yleisesti ottaen Helsingin bussikäytössä itse kaasu on hieman dieselöljyä halvempaa, mutta suurempi kulutus, auton kalliimpi hankintahinta ja alussa myös tankkausaseman investointikustannukset syövät edun. Periaatteena kuitenkin on, että auton käyttöiän aikana se ei tule ainakaan dieselbussia kalliimmaksi. Maakaasun liikennekäytöllä ei siis saavuteta liiketaloudellisia voittoja, mutta kylläkin parempi elinympäristö.

MAAKAASULLA on tulevaisuutensa myös autokäytössä. Kaupunkien keskustoissa nykyisin liikkuvasta dieselkäyttöisestä bussi-, kunnossapito- ja jakelukalustosta todennäköisesti merkittävä osa muuttuu lähivuosikymmenten aikana maakaasukäyttöiseksi. Yhtä helppoa on ennustaa, että yksityiskäytössä oleviin bensiinikäyttöisiin autoihin maakaasu ei tule kannattavaksi ratkaisuksi. Vaikka jätettäisiin tankkausvaikeudet ja verotuskohtelu huomiotta, ovat uuden, reformuloitua bensiiniä käyttävän katalysaattoriauton päästöt jo niin alhaiset, että maakaasuun vaihtamalla ei pilkun paikkaa saada siirrettyä. Todennäköisempi vaihtoehto tulevaisuuden henkilöautoille ovatkin hybridiratkaisut ja jossain vaiheessa polttokennoa energialähteenään käyttävä sähköauto. Niidenkin yleistyminen tosin edellyttää valtiovallalta ympäristötietoisen päätöksenteon jatkamista.

kuvatekstit
2. MAAKAASUSÄILIÖT vaativat edelleen selvästi enemmän tilaa kuin perinteinen polttoainesäiliö. Edistystä näistä ensimmäisistä kokeiluista on toki tapahtunut.

3. VOLVO on eräs niistä valmistajista, joiden valikoimiin kuuluu myös maakaasutoiminen henkilöauto. TM keräsi kokemuksia V70 Bi-Fuelista viime syksyn ja alkutalven aikana. Niistä kerromme enemmän seuraavassa numerossa. Kuvassa auto on Ruskeasuon bussivarikon maakaasutankkausasemalla. Gasum Oy:n rakentama asema vaati neljän kilometrin siirtoputken ja kustannukset nousivat lähelle kymmentä miljoonaa.

4. POSTIN upouuden Mercedes-Benz NGT Sprinter -pakettiauton kaasusäiliöt vetävät 32 m³ maakaasua. Se riittää 150–200 kilometrin jakeluajoon.

5. LINJA-AUTOISSA kaasusäiliöt on tyypillisesti sijoitettu katolle. Kuvassa Mercedes-Benz O 405 NG:n komposiittivahvisteiset terässäiliöt.

6. HKL:n maakaasu-Volvoissa säiliöt on kätketty korotetun katon sisään. Uusissa autoissa on säiliötilavuutta 1 300 litraa aiemman 1 155:n sijaan, jotta päivän aikana ei tarvita välitankkausta.

7. ADSORBTIOTEKNIIKALLA on maakaasusäiliöt mahdollista suunnitella järkevän kokoisiksi. Tekniikka ei kuitenkaan vielä ole kaupallisella asteella.

[sivun alkuun] [sisällys] [etusivu]