Hybridit yleistyvät nopeasti

Kärsimättömimmät ovat menettäneet uskonsa sähköön tieliikenteessä, mutta autonvalmistajat kehittelevät erilaisia ratkaisuja.

– Sähköllä tulee olemaan suurempi ja suurempi osuus auton liikuttamisessa, erikoistutkija Juhani Laurikko VTT:stä sanoo.

Tällä hetkellä sähköistä autoa kehitetään kolmessa rinnakkaisessa muodossa: polttomoottori-sähkömoottori-hybridinä, puhtaana akkusähköautona ja vedyllä kulkevana polttokennoautona.

– Hybridien markkinaosuus henkilöautoista on noin kaksi–kolme prosenttia. Sen odotetaan nousevan vuoteen 2015 mennessä kymmeneen prosenttiin, eli se tulee olemaan selvästi sähköautojen markkinaosuutta suurempi, sanoo tutkimusprofessori Nils-Olof Nylund.

Sarjavalmisteisia hybridiautoja ei ole myynnissä vielä montaa mallia. Ensimmäisenä ehti Toyota, jonka Prius-malli on ollut markkinoilla vuodesta 1997.

Hybridisointi ei ole uusi keksintö. Yhdysvaltalainen Justus Entz valmisti ensimmäisen polttomoottori-sähkömoottori-hybridin vuonna 1897. Useita muitakin koekäyttöisiä hybridejä valmistettiin jo 1800–1900-lukujen vaihteessa, mukaan lukien ensimmäinen etanolilla käyvä polttomoottori-hybridiauto vuonna 1903.

Nykyhybridit mahdollistava tekniikka on vielä nuorta.

– Tietokone ohjaa hybridin moottoreita, vaihteistoa ja akkuja antureiden antamien tietojen mukaan. Järjestelmän juoheva toiminta edellyttää tehokkaita, pieniä ja luotettavia tietokoneita, joita ei ole aiemmin ollut mahdollista tehdä – teknisesti tai ainakaan riittävän edullisesti, projekti-insinööri Heikki Torvinen Metropolia-ammattikorkeakoulusta sanoo.

Lisäksi akuista on vasta nyt saatu kyllin pieniä ja kevyitä, ja osaltaan hybridien tuloa on vauhdittanut ympäristötietoisuuden lisääntyminen.

Hybridin hyötyriippuu ajotavasta

Hybridiautossa hyödynnetään kahta eri voimalaitetta: polttomoottoria ja sähkömoottoria, jotka toimivat yhteydessä toisiinsa. Sähkömoottori lataa suurjänniteakustoon polttomoottorissa vapautuvan energian.

Lisäksi hybridi ottaa talteen jarrutusenergian. Kun auto hidastaa, sähkömoottori muuttaa auton liike-energian sähköenergiaksi. Vasta reippaammassa jarrutuksessa apuun tulevat perinteiset jarrupalat ja -levyt. Jarrutettaessa sähkömoottori toimii siis generaattorina ja ottaa talteen muuten hukkaan menevää energiaa parantaen siten järjestelmän kokonaishyötysuhdetta.

– Vähän niin kuin vanhan ajan polkupyörän valo; kun lampulle energian tuottavan dynamon painaa rengasta vasten, polkeminen muuttuu raskaammaksi ja vauhti hidastuu, sanoo Metropolia-ammattikorkeakoulun projekti-insinööri Harri Miinin.

VTT:n Nils-Olof Nylund näkee hybridisoinnin luonnollisena kehityksenä.

– Hybridi ei ole sähköauto, vaan tapa ottaa talteen muuten hukkaan menevää jarrutusenergiaa, Nylund sanoo.

– Kun kiihdytystä voi tehostaa talteen otetulla energialla, moottori voi olla pienempi. Tietyllä tavalla hybridisointi optimoi moottorin käyttöä, kun se voi toimia tehokkaimmalla alueellaan.

Vaihtelevassa ajossa hybridiauto ottaa talteen osan jarrutukseen käytettävästä energiasta. Akusta saadaan lisätehoa kiihdytyksessä, ja siksi polttomoottori voidaan mitoittaa pienemmäksi. Hybridisointi voi laskea polttoaineenkulutusta jopa kolmanneksen.

Kulutuksen lasku on riippuvainen siitä, kuinka ajaa. Hybriditekniikka soveltuukin parhaiten nykivään kaupunkiliikenteeseen, jossa polttomoottorin hyötysuhde on pienimmillään. Moottoritiellä hybridisoinnista ei ole hyötyä, vaan hybridijärjestelmän tuoma lisäpaino päinvastoin lisää auton polttoaineenkulutusta. Tasaisessa ajossa dieselmoottori on hybridiä tehokkaampi.

Päästöt laskevat samassa suhteessa polttoaineen kulutuksen kanssa. Hybridisointi leikkaa siis merkittävästi niin kasvihuonekaasujen kuin terveydelle haitallisten yhdisteiden päästöjä.

Toyota Prius tuottaa pienimmillään 89 grammaa ja Toyota Auriksen hybridiversio 89 grammaa hiilidioksidia ajokilometriä kohti. Hondan Jazz-hybridin päästöt ovat alimmillaan 102 g/CO2/km ja Peugeotin Premium-hybridin päästöt 114 g/ CO2/km.

Lataushybridiei jätä tielle

– Nopeimmin tekniikka etenee luultavasti lataushybridien kohdalla, VTT:n Nils-Olof Nylund sanoo.

Nykyisessä polttomoottori-hybridiautossa kaikki energia tulee alun perin polttoaineesta ja sähköä käytetään välienergiavarastona.

Kun autoon liitetään mahdollisuus ladata se verkkosähköllä, puhutaan lataushybridiautosta. 

Lataushybridit kulkevat noin 50 kilometriä sähköllä. Auton voi ladata lohkolämmitintolpista tai mistä tahansa seinäpistokkeesta.

Lataamista rajoittavaksi tekijäksi voi tulla sulakkeen koko. Mitä suurempi sulake on, sitä enemmän virtaa siirtyy ja sitä nopeammin akut täyttyvät. Kerrostaloissa ja muilla suurilla pysäköintialueilla yhden sulakkeen takana voi olla kymmeniä pistoketolppia, jolloin lataaminen voi olla hidasta.

Kun lämmitystolppia käytetään autojen lataamiseen, kannattaa myös huomata, että useimmissa tolpissa on kellokytkin. Jollei kelloa käydä välillä siirtämässä, tolpasta saa sähköä vain kaksi tuntia vuorokaudessa.

Kun lataushybridin akku loppuu, ajoa voi jatkaa polttomoottorilla.

– Lataushybridi on siis yleispätevä auto, jonka kanssa ei ole sidottu sähköauton lyhyeen toimintamatkaan, Nylund toteaa.

Jos lataushybridiautoon saadaan tulevaisuudessa riittävän hyvä akusto, verkkovirralla voidaan ajaa suurin osa päivittäisistä ajomatkoista. Vain pitkillä matkoilla tarvittaisiin polttomoottorin apua.

Kun akkusähköauto on lyhyen toimintamatkansa vuoksi ensisijaisesti kaupunki- tai kakkosauto, lataushybridi voisi toimia perheen ykkösautona.

Vielä lataushybridiautoja ei ole markkinoilla, mutta niiden uskotaan yleistyvän lähivuosina. Markkinoille onkin tulossa lataushybridejä useilta valmistajilta. 

Opel Amperan lataushybridiversio on tulossa markkinoille jo loppuvuodesta 2011. Ladattava Toyota Prius tulee myyntiin alkuvuodesta 2012, ja ensi vuoden aikana lataushybridinsä tuovat markkinoille myös Honda ja Volvo.

Fordin lataushybridi tulee myyntiin vuonna 2013. Myös Mercedes-Benz kertonut kehittävänsä lataushybridiä, mutta myynnin aloittamisen ajankohtaa ei ole vielä julkistettu.

Valmet Automotive aloitti Fisker Karma –lataushybridin valmistamisen Uudessakaupungissa maaliskuussa 2011. Fisker Karma on luksusauto, jonka päästöt ovat vain 83 g/ CO2/km.