Sähköautot

Sähköautoista puhuttaessa tarkoitetaan akkusähköautoja, joiden kaikki ajamiseen tarvittava sähköenergia on varastoitu autossa oleviin akkuihin. Sähköautot olivat suosittuja autoilun alkuaikoina 1900-luvun alussa, jolloin polttomoottoriautot olivat usein kalliimpia, meluisampia ja epäluotettavampia kuin sähköautot. Sähköautot olivat jo silloin hiljaisia, helppokäyttöisiä ja päästöttömiä, ja varsinkin Yhdysvalloissa ne olivat paljon suositumpia kuin bensiini- tai höyrykäyttöiset autot.

Kun polttomoottoritekniikka kehittyi helppokäyttöisemmäksi ja luotettavammaksi ja polttoaineen saatavuus parani ja hinta laski, sähköautot jäivät auttamatta kilpailussa alakynteen. Myös matkustustottumusten muutos vaikutti sähköautojen menestykseen. Vielä 1900-luvun alussa sähköauto riitti ihmisten autoilutarpeisiin, koska suurin osa liikenteestä oli paikallisliikennettä. Maanteitä ei siihen aikaan vielä juurikaan ollut, vaan pidemmät matkat kuljettiin junalla tai laivalla silloin harvoin kun matkalle lähdettiin.

Kun polttomoottoriautot yleistyivät ja niitä varten rakennettiin maanteitä, sähköauton muutaman kymmenen kilometrin toimintasäde ei enää riittänyt. Akkujen lataamiseen kuluva aika hankaloitti myös pidempien matkojen autoilua. Kun sarjatuotanto laski polttomoottoriautojen hintoja merkittävästi, ja sähköstartti teki niistä helppokäyttöisempiä ja turvallisempia, ei sähköautolle selvästi hankintahinnaltaan kalliimpana vaihtoehtona enää löytynyt juurikaan ostajia.

Sähköauton komponentit

Sähköauton selvimmät rakenteelliset erot polttomoottoriautoon verrattuna ovat energiavarastossa ja moottorissa. Kun polttomoottoriautossa energia on varastoitu nestemäisessä muodossa polttoainetankkiin, sähköautossa energia varastoidaan akkuihin. Akuissa energia on varastoitu suljettuihin kennoihin, jotka voidaan ladata ulkopuolisesta lähteestä saatavan sähköenergian avulla.

Tavallisten kitkajarrujen lisäksi modernia sähköautoa hidastetaan sen omalla moottorilla, jolloin moottori toimii generaattorina ja lataa energiavarastoja jälleen täydemmäksi kierrättäen osan auton kiihdyttämiseen kulutetusta energiasta. Joissakin sähköautoissa jarrutusenergia varastoidaan kondensaattoreihin, jotka kykenevät ottamaan vastaan ja purkamaan suuria sähkövarauksia akkuja nopeammin.

Sähkömoottoreita on olemassa hyvin monia eri kokoja ja malleja. Yhden suuren moottorin sijasta sähköautossa voi olla useampia pienempiä sähkömoottoreita. Joissakin sähköautoissa käytetään napamoottoreita, jotka on sijoitettu pyörän napoihin. Tällainen ratkaisu lisää jousittamatonta massaa, mutta se antaa suurempia vapauksia auton alustarakenteen suunnitteluun ja mahdollistaa myös helposti erilaiset vetotavat.

Sähköautot ovat yleensä automaattivaihteisia, ja sähkömoottorin laajan kierroslukualueen ansiosta vaihteisto ei ole aina edes välttämätön. Sähköautossa tarvitaan myös ohjauselektroniikkaa, joka huolehtii tehonsäädöstä ja järjestelmän toiminnan ohjaamisesta. Apulaitteet, kuten ohjaus- ja jarrutehostin sekä lämmitys- ja ilmastointilaite toimivat myös sähköllä. Joissakin sähköautoissa on myös polttoainekäyttöinen lisälämmitin. Sähköautoissa on usein informaationäyttöjä, joista kuljettaja voi selvittää jäljellä olevan toimintasäteen sekä ajotavan ja apulaitteiden käytön vaikutuksen energiankulutukseen.

Energiankulutus ja toimintasäde

Sähkömoottori on energiatehokas, hiljainen ja yksinkertainen, se ei tuota pakokaasuja ja sen käyttämä energia voidaan tuottaa uusiutuvilla energialähteillä. Sähköautojen suurin ongelma on edelleen se, miten mukana saadaan kuljetettua riittävästi liikkumiseen tarvittavaa energiaa ilman kohtuutonta lisäpainoa ja -hintaa. Sähköautoja on saatavilla erilaisilla akuston kapasiteeteilla. Kapasiteetiltaan 20–30 kWh akku riittää noin 150–250 kilometrin matkan ajamiseen, suuremmilla 40–60 kWh akuilla päästään 300–450 kilometrin matkoja ja 75–95 kWh:n akuilla ajomatka voi olla jo yli 500 km.

Energiatehokkuudeltaan sähköauto on paljon polttomoottoriautoja parempi. Sähköhenkilöauto kuluttaa tyypillisesti 15–25 kWh/100 km, mutta kulutuksessa on suurta olosuhteista, ennen kaikkea ulkoilman lämpötilasta, johtuvaa vaihtelua. Kylmissä olosuhteissa kulutus voi nousta selvästi suuremmaksi. Kaikissa ympärivuotisissa olosuhteissa sähköautojen kulutus mahtuu käytännössä välille 15–35 kWh/100 km. Dieselauto, jonka kulutus on 5 l/100 km, tarvitsee energiaa noin 50 kWh/100 km ja 8 l/100 km kuluttava bensiiniauto noin 72 kWh/100 km.

Toimintasäteeltään polttomoottoriautot ovat kuitenkin vielä edellä, 50 litralla polttoainetta dieselauton toimintasäde on noin 1 000 km ja bensiiniauton noin 600 km. Syy tähän on energiavaraston energiatiheys. Kun dieselpolttoaineen energiatiheys on noin 12 kWh/kg, on litiumakun energiatiheys noin 0,1 kWh/kg, joten 1 000 km:n toimintasädettä varten tarvittaisi noin 1 000 kg:n painoinen akku. Akkujen energiatiheys on kuitenkin viimeisten vuosikymmenien aikana moninkertaistunut, ja kehitys jatkuu samaan suuntaan, joten tulevaisuuden sähköautot ovat toimintasäteeltään entistä lähempänä polttomoottoriautoja.

Sähköauton käyttö

Sähköauton akkujen lataaminen ja energian järkevä käyttö vaatii sähköautoilijalta hieman asiaan perehtymistä. Uusimmissa sähköautoissa on yleensä pikalatausmahdollisuus, jossa alle puolen tunnin aikana saadaan akut varattua lähes täyteen. Nopea lataus vaatii kuitenkin paljon virtaa sitä varten rakennetulta latausasemalta. Kotona pikalataus ei yleensä ole edes mahdollista, koska kotien sähköverkkoja ei ole suunniteltu niin korkeille virroille. Kotona voidaan käyttää peruslatausta kotilatausasemasta tai hidasta latausta yön yli.

Ajon aikana auton ilmastoinnin ja lämmityslaitteen käytöllä, korkealla ajonopeudella sekä alhaisella ulkolämpötilalla voi myös olla yllättävän suuri vaikutus toimintasäteeseen, ja ajomatka yhdellä latauksella voi toisinaan jäädä selvästi alle ilmoitetun.

Sähköautojen tulevaisuus

Sähköauton energian varastoinnissa ei ole vielä päästy niin pitkälle, että sähköautoa voisi käyttää aivan samalla tavalla kuin polttomoottoriautoa. Tälle ei kuitenkaan ole välttämättä edes tarvetta. Sähkökäyttö voi joskus vaatia muutoksia autoilutottumuksiin lyhyemmän toimintasäteen ja akkujen vaatiman latausajan takia. Pidemmillä matkoilla pysähdytään kuitenkin usein muutenkin ja nämä tauot voi käyttää auton lataamiseen.

Sähköautoautojen osuus uusien autojen ensirekisteröinneistä on ollut selvässä kasvussa viime vuosina. Vuonna 2023 täyssähköautojen osuus ensirekisteröinneistä oli 33,8 %, kun bensiiniautoja rekisteröitiin 39,3 %, ladattavia hybridejä 20,7 % ja dieselautoja 5,8 % (Lähde: Ensirekisteröityjen henkilöautojen käyttövoimatilastot, Autoalan Tiedotuskeskus).

Kahden auton perheissä toisen auton vaihtaminen sähköautoon ei välttämättä merkitse minkäänlaisia muutoksia päivittäiseen elämään, jos ajomatkat ovat alle 100 km päivässä, ja akut voidaan ladata yöaikaan kotipistokkeesta. Vaikka sähköauto on kalliimpi hankkia, säästöä syntyy käyttökuluissa.

Sähköauton energiakulut ovat noin 4,0 €/100 km (sähkönhinnalla 0.20 €/kWh ja 20 kW:n sähkönkulutuksella) ja noin 7,0 €/100 km (sähkönhinnalla 0.35 €/kWh ja 20 kW:n sähkönkulutuksella), joten se on kuluiltaan selvästi edullisempi kuin dieselauto, jolla energiakulut ovat noin 11,20 €/100 km (dieselin hinnalla 1,90 € ja 5,9 litran kulutuksella). Yllä olevat laskelmat on päivitetty 20.2.2024.

Suuremmassa mittakaavassa sähköautot antavat mahdollisuuden vaikuttaa liikenteen tuottamiin päästöihin. Jos sähköautoihin ladattava sähkö tuotetaan hiilivoimalla, voi sähköauton käyttäminen periaatteessa tuottaa enemmän päästöjä kuin dieselauton. Jos taas sitoudutaan siihen, että liikenteen energiana käytetään puhdasta sähköä, joka on tuotettu ilman hiilidioksidipäästöjä esimerkiksi tuuli- tai aurinkovoimalla, voidaan sähköinen henkilöautoliikenne hoitaa tulevaisuudessa lähes nollapäästöin. Suomen nykyisen sähköntuotannon päästöillä sähköautoilu on lähes aina ympäristöystävällinen valinta.