Pääset lukemaan sivustoa tämän mainoksen jälkeen.

Jutut

Veneiden sähkökäyttö: Veneet sähköistyvät autokyydissä

Sähköveneilyä rajoittavat samat ongelmat, joita autoteollisuus ratkoo miljardi-investoinneilla. Akut ovat kalliita, painavia ja niiden raaka-aineista on pula. Tekniikka edistyy, mutta hitaasti.

28.08.2020

Tekstiismo virta

Kuvatkipparin arkisto, valmistajat

Veneilyn sähköinen vallankumous olisi ainakin teoriassa melko helppo asia, jos veneilijöille riittäisivät hitaat uppoumanopeudet.

Uppoumanopeuksiin suunnitellun veneen vastukset ovat hyvin pienet, eli energiaa kuluu veneen liikkeellä pitämiseen vähän. Toisaalta uppoumaveneessä massan lisääntyminen ei heikennä taloudellisuutta likikään niin paljon kuin liukuveneissä.

Jopa lyijyakuilla ja kohtuullisen tehoisella sähkömoottorilla on siis mahdollisuus saada säädyllinen toimintamatka perinteiselle fiskarille. Tällainen vaihtoehto esiteltiinkin Kipparin helmikuun numerossa Tapimerin toteuttamana. Melko hitaisiin nopeuksiin perustuu myös suomalaisen Q-Yachtsin sähköveneen idea.

Latauspaikan löytyminen on kuitenkin sähköveneilijälle vähintään yhtä iso ongelma kuin sähköautoilijalle. Luonnonrannoissa tai retkisatamissa ei ole sähköä pistorasiasta saatavilla.

Apua voi silloin saada aggregaatilta tai aurinkopaneeleilta, jos on aikaa odottaa akkujen täyttymistä niiden tuottamalla sähköllä. Aika usein ei ole siihen aikaa.

Hitaasti liikkuva uppoumavene tosin kuluttaa polttoainetta tai aiheuttaa päästöjä joka tapauksessa hyvin vähän – tai ei ollenkaan, jos veneessä on purjeet. Hitaan veneen sähköistäminen ei siis tuota jättisäästöjä euroissa tai päästöissä. Mutta ajatus päästöttömästä veneilystä on toki kiehtova.

Q-Yachts Q30:n moottori kuuluu Oceanvoltin modulaariseen AXC-sarjaan. Kaksi 10 kilowatin moottoria on siinä ”sarjassa”, ja moottoripaketti on kooltaan noin puolimetrinen kuutio.

Vauhti tuo ongelmia

Useimmat moottoriveneilijät eivät kuitenkaan tyydy hitaisiin nopeuksiin, ja silloin energiaongelma loikkaa heti paljon suuremmaksi kuin autoillessa. Vene ei pysy liu’ussa ilman jatkuvaa suurta työntövoimaa, ja se taas ei synny ilman energiaa, joka on kuljetettava mukana joko akuissa tai polttoainesäiliössä.

Sähköautot hyödyntävät sentään energiatehokasta rullausta ja jarrutusenergian talteenottoa, joista kummastakaan ei ole sähköveneilijälle iloa. Kun liukuveneen liuku loppuu, meno tyssää totaalisesti. Energiaa siirtyy silloin lähinnä syntyviin aaltoihin.

Sähkömoottorit eivät ole minkään lajin ongelma sen enempää autoissa kuin veneissäkään. Sähkömoottori on kevyt, vääntää väkevästi pikkukierroksilta lähtien eikä edes maksa paljon.

Ongelma sen sijaan on energiavarasto eli akku. Vaikka uutiset kertovat tämän tästä uusista vallankumouksellisista akkutekniikoista ja todellistakin kehitystä tapahtuu, akkujen energiatiheys ei ole parhaimmillaankaan kummoinen bensaan tai dieseliin verrattuna. Öljy on aivan ylivoimaisen energiatiheä energiavarasto.

Tuosta taas seuraa, että vähänkin pidempi nopean veneen kantama vaatii julmetun painoista akustoa. Täyssähköautojen akustot painavat yli tai alle 500 kiloa akuston koosta riippuen, ja silti rajalliset toimintamatkat ovat niidenkin pahin ongelma.

Liukuvassa veneessä akkujen tuoma lisäpaino on vielä pahempi energiaongelma kuin autossa. Veneen kulku toki massan vuoksi tasoittuu ja pehmenee.

Perinteisessä puuveneessä luotetaan perinteisempään akkutekniikkaan. Bellmarinen tekniikkapakettiin kuuluu kahdeksan 100 ampeeritunnin lyijyakkua.

Kalliit ja painavat akut

Vaikka viime vuosien akkukehitys on ennen kaikkea näkynyt akustojen hintojen halpenemisena, ovat akut silti yhä erittäin kalliita.

Litiumioniakun (engl. Li-ion) tuotantokustannus lähestyy jo noin 150 euroa kilowattitunnilta. Se tarkoittaa, että sadan kilowattitunnin akuston kustannus olisi 15 000 euroa.

Sama määrä energiaa, siis sata kilowattituntia, on muuten reilussa 11 litrassa dieseliä. Öljy­tuotteiden energiasta tosin iso osa katoaa polttomoottorissa häviöihin eli haihtuu lämpönä ilmaan. Polttomoottorin hyötysuhdehan on heikko.

Sadan kilowattitunnin akuston verran autoa tai venettä eteenpäin vievää energiaa irtoaa häviöiden jälkeenkin alle 30 litrasta polttoainetta. Ja sadan kilowattitunnin akusto autossa on todella iso. Vain joissain Tesloissa on sellainen.Liukuvan matkaveneen 300 litran dieseltankin korvaaminen akustolla painaisi tuhansia lisäkiloja, ja akuston tuottaminen maksaisi helposti yli 100 000 euroa. Tämä on pahin ongelma liukuvien sähköveneiden tiellä.

”Pieniä edistysaskelia”

Onko akkuongelmaan sitten luvassa ratkaisua?

Ei ainakaan kovin nopeasti, arvioi akkutekniikkaan perehtynyt Aalto-yliopiston professori Tanja Kallio.

”On tapahtunut pieniä edistysaskelia. Energiatiheyttä on saatu nostettua ja toisaalta on päästy edullisempiin materiaaleihin”, sanoo Kallio.

Erilaisista litiumioniakuissa käytetyistä raaka-aineista ongelmallisin on koboltti, jonka varannot ovat keskittyneet Kongon kaltaisiin epävakaisiin paikkoihin, jossa metallia kaivetaan maasta usein työturvallisuudesta tai ympäristöstä piittaamatta. Koboltin hinta on myös karannut pilviin kasvaneen akkukysynnän vuoksi. Kobolttia tosin löytyy myös Suomesta, mutta pienempiä määriä.

Akkukemia on kehittynyt niin, että kun aikanaan nikkeli-koboltti-mangaaniakussa oli jokaista metallia noin kolmasosa, nykyisin on päästy parhaimmillaan noin 80 prosentin nikkeliosuuteen. Nikkeliä on paremmin saatavilla ja useammista lähteistä kuin kobolttia. Nikkeli on myös paljon halvempaa.

”Seuraava isompi askel ovat sitten kiinteät elektrolyytit, mutta niiden kehityksessä on vielä isoja ongelmia”, sanoo Kallio.

Pienet sähköperämoottorit muistuttavat muodoltaan perinteisiä perämoottoreita, mutta moottorin paikalla onkin akusto. Varsinainen moottori on sijoitettu pinnan alle suoraan potkurin yhteyteen.

Vain turvallinen kelpaa

Elektrolyytti on akussa väliaine, jonka läpi elektronit liikkuvat akun katodilta anodille ja päinvastoin silloin kun akkua ladataan tai puretaan. Kiinteä elektrolyytti nykyisen nestemäisen sijaan toisi oleellisen parannuksen akkujen turvallisuuteen, mikä on iso kehitystä jarruttanut tekijä.

Akkukemioista löytyy useita eri päävaihtoehtoja, jotka tuottavat akkuihin hiukan erilaisia ominaisuuksia. Esimerkiksi litium-rautafosfaattiakku (LFP) on edullinen ja turvallinen, mutta energiatiheys on huonompi kuin litium-nikkeli-mangaani-kobolttioksidi (NMC) -akuissa.

Juuri kovat turvallisuusvaatimukset hidastavat uuden akkutekniikan läpimurtoja kaupallisiin tarkoituksin. Epävakaiksi osoittautuvat akkuinnovaatiot eivät etene koskaan tuotantoon.

Koska autoliikenne joka tapauksessa on sähköistymässä, autoyhtiöt sijoittavat miljardeja tutkimukseen ja kehitykseen. Niiden on yksinkertaisesti pakko.

Veneteollisuus on autobisnekseen verrattuna pieni ala, joka käytännössä seuraa sivusta, mitä autoalan miljardipanostukset tuottavat. Autoalalta akkuja sitten leviää myös veneisiin. Esimerkiksi isoja ja pieniä sähköpropulsiojärjestelmiä Euroopassa hallitseva Torqeedo hankkii isompiin järjestelmiinsä akustot suoraan BMW:ltä.

Sähköauto BMW i3:n akusto on myös monen sähköveneen sydän. Torqeedon sähköperämoottoreissa on yhtiön omat kompaktit litiumioniakut.

Joissain veneissä käytetään sähköauton akkua lähes sellaisenaan. Esimerkiksi Greenline 33:n Torqeedo-akku on käytännössä sama kuin BMW i3 -sähköautossa. Energiasisältö on 40 kWh, nimellisjännite 360 volttia, painoa on 278 kiloa ja pituus 166 senttimetriä.

Kennoissa on eroja

Liitiumioniakut rakentuvat rinnan ja sarjaan kytketyistä yksittäisistä akkukennoista, joissa varsinainen sähkökemiallinen reaktio tapahtuu. Akkukennojen valmistus on maailmassa keskittynyt muutamalle suuryritykselle, kuten japanilaiselle Panasonicille ja korealaisille LG:lle ja Samsungille.

Vaikka akkukennojen valmistus on siis suurteollisuutta, siihen liittyy erikoinen ilmiö. Teollisesta tuotannosta huolimatta kennojen ominaisuudet vaihtelevat. Parhaat akut syntyvät kennoista, jotka ovat syntyneet samalla tuotantolinjalla saman päivän aikana.

Monimutkaiset akunhallintajärjestelmät (BMS) tasaavat eri kennojen varausta sekä latauksen että purun aikana, mutta mitä vähemmän tasaukselle on tarvetta, sitä parempi.

Markkinoilla liikkuu kaikenlaisia kennoja: osin isojen valmistajien hylkykennoja tai kakkoslaatua, osin selviä piraattituotteita. Osaavalle voi tulla houkutus rakentaa edullisista kennoista akkuja itse. Se on ihan mahdollista, kunhan tietää mitä tekee. Pitkäikäisiä akkuja tee se itse -menetelmällä tuskin kuitenkaan saa aikaan. Tee se itse -akut voivat olla myös vaarallisia, koska niissä tuskin on kunnon järjestelmää estämässä ylilatausta, joka taas voi johtaa tulipaloon.

 

Lue myös nämä

X