Sähköautoista
Olli Taina8.11.2019 12:24päivitetty 8.11.2019 12:247
14
SÄHKÖAUTO AKKUTEKNOLOGIA ROBOTTIAUTO
Sähköautoista keskustellaan nykyään paljon. Itse työskentelin Imatran Voiman ja Nesteen Elcat-sähköautoprojektissa 1988-1992, jonka jälkeen olen säännöllisesti seurannut aiheeseen liittyvää keskustelua, joka tosin oli aika vähäistä ennen 2010-lukua.
Vaikkakin tuon projektin aikainen tekniikka oli aika alkeellista verrattuna siihen, mitä nykyisissä sähköautoissa on, niin sähkömoottorin tuottama tasaisen vahva voima pani miettimään, että mitkä tekijät ovat rajoittaneet sen käyttöä autoissa, sillä autoilun alkuaikoina 1900-luvun alussa suuri osa autoista oli sähkökäyttöisiä. Lisäksi projektin aikana oli puhetta muun muassa maailmalla esitellyistä moottoriratkaisuista, joiden hyötysuhteen väitettiin olevan yli 100%. Tietoa ei tosin tuohon aikaan ollut kovin helposti saatavilla, mutta muutaman vuoden jälkeen internetistä sitä sitten alkoikin löytyä – monenlaista ja monentasoista.
Pian kävi selväksi, että pätevän tiedon hankkimiseksi täytyy tehdä omia käytännön tutkimuksia, joita sitten teinkin. Vähitellen selvisi myös monia muita kokonaisuuteen liittyviä asioita, joista todettakoon tässä sen verran, että kehittämisen ja kehittymisen varaa on vielä paljon.
Tuon sähköautoprojektin aikana GM esitteli Impact-sähköautoprototyypin, jossa oli paljon hienoja juuri autokäyttöön suunniteltuja komponentteja kuten moottorit, joiden avulla koko ajonopeusalue voitiin toteuttaa yhden välityssuhteen avulla.
Nykypäivänähän tuo on todellisuutta suunnilleen kaikissa sähköautoissa, mutta 1980-luvun lopulla pienellä budjetilla toimineessa projektissa oli tultava toimeen yleisesti saatavilla olleiden komponenttien avulla, jotka oli suunniteltu yleensä sähkökäyttöisten trukkien tarpeisiin. GM laati Impact-prototyypin pohjalta EV1 -sähköauton, jota sitten liisattiin asiakkaiden käyttöön. EV1 oli pieni kaksipaikkainen lyijyakkujen avulla toteutettu taajamakäyttöön suunniteltu auto. GM kuitenkin yllättäen lopetti autojen liisauksen ja autot romutettiin keskitetysti, vaikka monet harrastajat olisivat ymmärrettävästi halunneet ostaa niitä itselleen. EV1-projektin vaiheista kertoo dokumenttielokuva “Who Killed the Electric Car?”, joka löytyy esimerkiksi YouTubesta. Tänäkin päivänä on selkeitä viitteitä siitä, että on tiettyjä tahoja, jotka yrittävät hidastaa sähköautojen yleistymistä. Suuri osa sähköautojen “uudesta tulemisesta” on Teslan vaikutusta ja on viitteitä siitä, että Teslakin on joutunut tällaisten hidastusyritysten kohteeksi. YouTubesta löytyy esimerkiksi video vfILTM_xcOE, jossa todetaan, että tällä hetkellä maailman tieliikenteessä käytetään öljyä noin 2,75 miljardin dollarin edestä päivässä. Mitä suurempi osuus liikenteestä tapahtuu sähkön voimalla, niin sitä pienemmäksi tuo luku muuttuu. Siksi tuosta liiketoiminnasta hyötyvien tahojen intresseissä on estää tai ainakin hidastaa sähköautojen lisääntymistä merkittävissä määrin. Kannattaa esimerkiksi keinotella esimerkiksi Teslan osakekurssia todellista arvoaan alemmas ostamalla osakkeita kalliilla ja myymällä halvalla, jotta Teslan mahdollisuudet saada rahoitusta toiminnan laajentamista varten heikkenisivät.
Perinteisillä autonvalmistajilla on myös omia intressejä pitää sähköautojen tuotanto rajallisena tai ainakin hidastaa tuotantomäärien lisäämistä, sillä usein polttomoottoriautoista saadaan parempi kate kuin sähköautoista. Esimerkiksi Nissan myi alkuun Leafia tappiolla useiden vuosien ajan. Toinen syy myydä sähköautoja rajoitettu määrä nollakatteella tai jopa tappiolla on se, että niiden myynnin avulla voidaan alentaa koko mallistolle asetettua päästörajaa, jolloin voidaan myydä myös suurikatteisia ja -päästöisiä kalliimman hintaluokan polttomoottoriautoja. Näin ajatellen sähköautojen tulee mieluusti olla sellaisia, jotka eivät suoraan uhkaa perinteisten polttomoottorimallien myyntiä, esimerkkinä vaikkapa BMW i3.
Autonvalmistajat ovat panostaneet paljon polttomoottoreiden kehitykseen ja valmistukseen ja haluavat luonnollisesti saada näistä panostuksistaan myös tuottoa mahdollisimman paljon. Oma merkityksensä on myös sillä, että sähköautot tarvitsevat polttomoottoriautoja vähemmän huoltoa ja polttomoottoriautojen kannan pienentyessä myös huoltotoiminnasta saatavat tulot pienenevät. Perinteisillä autonvalmistajilla on siis monta syytä tarjota sellaisia sähköautoja, että monet ostajaehdokkaat päätyvätkin lopulta polttomoottorikäyttöiseen malliin.
Akku on sähköauton hintava komponentti ja sen koossa säästäminen laskee auton valmistuskustannuksia ja samalla käytännön toimintamatkaa yhdellä latauksella, mikä monessa tapauksessa heikentää auton soveltuvuutta tavanomaiseen arkikäyttöön. Varsinkin täällä Suomessa moni ostaja valitsee lopulta polttomoottoriauton, koska moneen sähköautomalliin ei voi asentaa vetokoukkua. On siis edelleen monta hyvää syytä valita polttomoottorikäyttöinen auto, vai kuinka?
Tesla (Motors) on poikkeava valmistaja, sillä se valmistaa pelkkiä sähköautoja ja yrittää luoda niiden avulla kannattavaa liiketoimintaa. Tesla on edennyt alkuperäisen suunnitelmansa mukaisesti aloittaen autotuotantonsa Lotus Eliseen pohjautuneella Roadster-urheiluautolla vuonna 2008, joita valmistettiin vuoteen 2012 saakka kaikkiaan noin 2500 kappaletta. Vuonna 2010 Tesla hankki Kalifornian Fremontista GM:n ja Toyotan aiemmin omistaman autotehtaan, jonka nurkassa aloitettiin Model S -henkilöauton valmistus vuonna 2012. Model S oli täysin uusi ja alusta alkaen sähköautoksi suunniteltu automalli ja varsin hinnakaskin. Autot kävivät kuitenkin kaupaksi kohtuullisen hyvin, vaikka esimerkiksi akkujen kanssa oli monenlaisia ongelmia ja akkuja jouduttiin vaihtamaan takuuseen moniin autoihin. Model S:n hinnassa oli katetta riittävästi takuukustannusten kattamiseksi ja toisaalta auton pienehköt valmistusmäärät pitivät ongelmien laajuuden sopivissa rajoissa. Tesla panosti akkujen kehitykseen ja avasi Gigafactory 1 -akkutehtaan Nevadaan vuonna 2016. Tuota edeltävänä vuonna oli aloitettu myös S-mallin tekniikkaan perustuvan Model X -tila-auton valmistus. Tähän mennessä S- ja X-malleja on valmistettu yhteensä noin 440000 autoa. Tesla on myös rakentanut lähes 15000 Supercharger-latausasemaa autojaan varten pääasiassa Pohjois-Amerikkaan, Eurooppaan ja Kiinan itäosaan. Lisäksi Tesla kehittää ja myy aurinkopaneelijärjestelmiä ja niihin liittyviä akkuratkaisuja.
Tesla sai “kansanmallinsa” eli Model 3:n toimitukset käyntiin vuoden 2017 lopulla mutta pääsi alkuperäiseen 5000 auton viikkotuotantovauhtiin vasta vuoden 2018 puolivälissä. Luvattu 35000 dollarin hintainen Model 3:n vaatimattomin malli tuli USA:ssa saataville vuoden 2019 alkupuolella. Tällä hetkellä 3-malleja valmistuu noin 6000 autoa viikossa Kaliforniassa. Lisäksi lähinnä Kiinan ja Intian markkinoita varten autoja tuottavan Shanghain tehtaan on tarkoitus aloittaa tuotanto meneillään olevan marraskuun aikana. Model 3 on perusrakenteeltaan Model S:n kaltainen, kooltaan hieman pienempi ja varustettu energiatehokkaammalla osittain kestomagneetteja hyödyntävällä moottorilla. Sen perusmallissakin on moniin muiden valmistajien sähköautoihin verrattuna suuri akku, joka avulla auton luvataan saavuttavan noin 350 km toimintamatka latauksella. Riittävän suuri akku mahdollistaa monta asiaa ja tekee autosta käyttökelpoisen, sillä esimerkiksi talvipakkasilla toimintamatka saattaa jopa puolittua. Kun akussa on riittävästi reserviä, niin käyttäjän ei tarvitse huolehtia ajomatkan riittävyydestä kylmilläkään keleillä. Lisäksi matka-ajokin onnistuu, sillä 300 ajokilometrin jälkeen kuljettajakin kaipaa jo usein taukoa. Lisäksi tauon aikana suurikapasiteettista akkua voidaan ladata suuremmalla teholla. Myös jarrutusenergiaa voidaan ottaa talteen suuremmalla teholla ja kun komponentit on mitoitettu tällaista suurta hetkellistä tehoa varten, niin autolle saadaan myös ripeä kiihtyvyys. Lisäksi auto voidaan ladata lähes aina edullisesti kotona yön aikana. Monet käyttäjät ovatkin pitäneet suurena etuna sitä, ettei tarvitse erikseen ajaa esim. huoltoasemalle autoa “tankkamaan”. Litiumakuille tyypillinen käyttövuosien aikana tapahtuva kapasiteetin laskukaan ei aiheuta ongelmia, kun akku on riittävän suuri. Riittävän suurella akulla saadaan siis monia hyödyllisiä ominaisuuksia ja autoa voidaan käyttää käyttäjän ehdoilla. Teknisesti suuren akun haittapuoli on sen tuoma lisäpaino, jonka vaikutuksia auton ajo-ominaisuuksiin voidaan kyllä kompensoida, kun auto suunnitellaan alusta alkaen ottaen tämä seikka huomioon.
Kaupallisesti suuren akun haittapuoli on sen tuoma lisä valmistuskustannuksiin ja siksi monissa sähköautomalleissa onkin tingitty akun koosta. Liika keskittyminen kustannusten minimointiin aiheuttaa usein ongelmia. Muistan esimerkiksi erään Nokian kännykkäinsinöörin kertoneen, että tuotantokustannusten alentamiseksi uusissa kännykkämalleissa piti aina käyttää hieman liian heikkotehoisia mutta edullisempia komponentteja, minkä vuoksi laite ei käytännössä toiminut sujuvasti. Apple käytti iPhonessa riittävän tehokkaita komponentteja ja laite toimi sujuvasti. Asiakkaat olivat kuitenkin valmiita maksamaan tuon lisähinnan saadakseen sujuvasti toimivan laitteen.
Vaikuttaa siltä, että asiakkaat ovat valmiita maksamaan hieman lisähintaa myös Tesla Model 3:sta, sillä se tarjoaa heidän tarvitsemiaan ominaisuuksia.
Tilanteesta antaa hyvän kuvan USA:n henkilöautojen myyntitilastot kuluvalta vuodelta. Alla olevassa kaaviossa esitetyssä ladattavien autojen myynnissä Tesla Model 3 on omassa luokassaan (siniset palkit) ja oli kolmannella vuosineljänneksellä kuudenneksi eniten myyty automalli.
Valmistuskapasiteetti rajoittaa myyntimääriä, sillä Teslan mukaan sisällä olevien tilausten määrä kasvoi kolmannella vuosineljänneksellä. Teslan mukaan Model 3:n komponentit, akkua lukuun ottamatta, on suunniteltu kestämään “miljoona mailia” eli yli puolitoista miljoonaa kilometriä. Tavoitteena onkin se, että asiakas saa internetin välityksellä toimitettavien ohjelmistopäivitysten avulla uusimmat toiminnot käyttöönsä olemassa olevaan autoonsa, joten niitä varten ei tarvitse vaihtaa autoa uuteen aina kolmen vuoden välein. Lisäksi kaikki Teslan autot on varustettu kuljettajattoman ajon tulevaisuudessa mahdollistavilla kameroilla, tutkilla ja tietokoneilla. Suurena visiona onkin se, että autot tulevaisuudessa olisivat “robottitakseja”, joiden ajot on optimoitu käyttäjien tarpeiden mukaan. Tesla on kaavaillut asiakkailleen myös omaa edullisempaa vakuutuspalvelua, sillä auton kameratallenteiden avulla voidaan onnettomuustilanteiden tapahtumat usein selvittää kiistattomasti ilman oikeudenkäyntejä.
Teslaa onkin usein verrattu Appleen, sillä molemmat tarjoavat käyttäjille lisäarvoa tuottavia ominaisuuksia, kun kilpailijat usein keskittyvät vain kustannussäästöihin yms. Tesla Model 3 on osoitus siitä, että nykyisen akkutekniikan avulla voidaan toteuttaa käyttökelpoinen ja kilpailukykyinen sähköauto.
Akkujen kehittyessä autoon voidaan lähivuosina saada vieläkin pidempi toimintamatka latauksella tai sitten akkujen määrää voidaan vähentää, mikä myös alentaa auton hintaa.
Monien muidenkin valmistajien uusimmissa sähköautomalleissa on huomattavasti aiempaa suurempikapasiteettiset akut, mikä tekee niistä aiempaa käyttökelpoisempia. Teslan Fremontin tehdas tuottaa tällä hetkellä noin 6000 autoa viikossa, jotka kaikki tulevat liikenteeseen vähentämään liikenteen tarvitsemien öljypohjaisten polttoaineiden tarvetta. Muutaman vuoden päästä tämä vaikutus on jo selvästi nähtävissä. Tesla on ensi vuonna aloittamassa myös Model 3:n perustekniikkaan pohjautuvan tilavamman Model Y:n valmistuksen, joka edustaa tämän hetken myydyintä autoluokkaa. Shanghaihin on juuri valmistunut tehdas, jonka on tarkoitus alkaa tuottaa vielä tämän vuoden aikana Model 3:n perusmallia lähinnä Kiinan ja Intian markkinoille ja ensi vuonna myös Model Y:tä. Euroopassa Tesla on tähän mennessä laivannut autoja Kaliforniasta vasta otollisille markkina-alueille kuten Norjaan, Sveitsiin ja Hollantiin. Euroopan tuotantolaitos on kyllä suunnitteilla ja kun Shanghain tehdaskin nousi tyhjälle tontille alle vuodessa, niin voi hyvin veikata, että valmistus Euroopassa alkaa viimeistään vuonna 2021.
On keskusteltu paljon siitä, että onko tulevaisuuden liikenneratkaisu akkusähköautot, vetypolttokennoautot vai mikä. Kehitys on nyt jo matkalla siihen suuntaan, että akkusähköautot valtaavat ainakin henkilöautokokoluokan. Tällä viikolla uutisissa puhuttiin jälleen vetytaloudesta, mutta nyt enää lähinnä raskaan liikenteen tarpeisiin. Mutta onko sellaisessa mitään järkeä, jos ja kun akkutekniikka kehittyy tarjoamaan käyttökelpoisen vaihtoehdon myös raskaaseen liikenteeseen?
Vaikuttaa siltä, että tietyillä tahoilla on suuri tarve saada jotain konkreettista myytävää öljynjalosteiden tilalle. Vetyautossa tarvitaan samat komponentit kuin akkusähköautossakin, tosin pienempi akku, mutta lisäksi vetysäiliöt, polttokenno ja monia muita mahdollisesti vikaantuvia “ylimääräisiä” komponentteja. Lisäksi vedyn varastointi ei ole riskitöntä ja maailmalla onkin viime aikoina räjähtänyt muutamia jakeluasemia. Sähköauton voi ladata vaikkapa kotitalon katolle sijoitettujen aurinkopaneeleiden avulla. Jos aikoo tuottaa vetyä, niin tarvitaan nuo samat aurinkopaneelit ja lisäksi elektrolyysilaitteisto ja räjähdysaltis vetyvarasto – ei jatkoon.
On myös kirjoiteltu paljon sähköautojen akkujen valmistukseen tarvittavista raaka-aineista ja energiasta. Suuri osa tuosta kirjoittelusta on liittynyt akuissa käytettävän koboltin ongelmiin. Koska nyt näyttää siltä, että suuri osa markkinasta on päätymässä Teslalle, niin koboltti ei ole kovin suuri ongelma, sillä Teslan akuissa kobolttia käytetään huomattavasti vähemmän kuin monien kilpailijoiden akuissa. Lisäksi Teslan mukaan heidän seuraavan sukupolven akuissa kobolttia ei tarvita lainkaan. Kapasiteetin laskun vuoksi autokäytöstä poistettuja akkuja voidaan uusiokäyttää esimerkiksi aurinkopaneeleilla tuotetun sähkön varastoina kuten jo Elcat-projektinkin aikana tehtiin. Lisäksi Tesla on kehittänyt käytöstä poistettujen akkujen materiaalien kierrätykseen menetelmiä, joiden avulla pystytään alentamaan uusien akkujen materiaalikustannuksia. Ratkaisujahan kyllä löytyy, kunhan vain keskitytään etsimään ja kehittämään niitä.
Sähköautoista keskustellaan nykyään paljon. Itse työskentelin Imatran Voiman ja Nesteen Elcat-sähköautoprojektissa 1988-1992, jonka jälkeen olen säännöllisesti seurannut aiheeseen liittyvää…
puheenvuoro.uusisuomi.fi
