Teknologiasta liiketoimintaa

Tulosta Lähetä linkki

VTT vastaa E10-kysymyksiin

26.01.2011

Miksi Suomessa nostettiin bensiinin etanolipitoisuutta ja otettiin käyttöön E10?

Taustalla on EU:n ilmastopolitiikka ja tarve vähentää hiilidioksidipäästöjä. Uusiutuvien, biologisten raaka-aineiden käyttö polttoaineiden valmistuksessa raakaöljyn sijasta on eräs keinoista, joita tähän tarvitaan. Biopolttoaineet ovat kuitenkin lähtökohtaisesti kalliimpia kuin raakaöljystä jalostetut, joten pelkkä markkinamekanismi ei ole riittävä kannustin niiden käyttöön. Jotta muutokset lähtisivät liikkeelle riittävän nopeasti, EU:ssa katsottiin tarpeelliseksi määrätä asiasta direktiiveillä, jotka pakottavat jäsenmaita ryhtymään toimenpiteisiin.

Keskeisin ohjauskeino on EU:n RES-direktiivi 2009/28/EY, joka koskee uusiutuvista lähteistä peräisin olevan energian käytön edistämistä. Siinä on asetettu tavoitteeksi nostaa liikennepolttoaineen uusiutuviin energialähteisiin perustuvan raaka-aineen osuus kaikissa EU:n jäsenmaissa 10 %:iin vuoteen 2020 mennessä. Koska sähköautot ovat vasta tulossa markkinoille, joudutaan tämä tavoite toteuttamaan pääasiassa biopolttoaineilla.

RES-direktiivin rinnalla toimii polttoaineiden laatudirektiivi (98/70/EY), joka säätelee markkinoilla olevien poltto¬aineiden ominaisuuksia ja muun muassa määrittelee sallitut enimmäismäärät bensiinin happea sisältäville komponenteille eli oksygenaateille. Sen päivityksessä 2009/30/EY määrättiin, että etanolin maksimi on 1.1.2011 alkaen 10 til-% ja polttoaineen happipitoisuus 3,7 p-%. Vastaava muutos on tulossa eurooppalaiseen bensiiniä koskevaan EU:n standardiin EN228, jota parhaillaan päivitetään. Polttoainedirektiivi ja -standardi ovat keskeiset elementit autojen ja polttoaineiden yhteensopivuuden varmistamisen ja kehittämisen kannalta.

Koska RES-direktiivi edellyttää jäsenmailta toimia, Suomen eduskunta hyväksyi biopolttoaineiden jakelu-velvoitelakia koskevan muutoksen joulukuussa 2010. Laki edellyttää nyt, että kaikessa Suomessa myytävässä liikennepolttoaineessa on vuosina 2011–2014 oltava 6 % biosisältöä laskettuna polttoaineen sisältämästä energiasta. Sen jälkeen biopolttoaineen osuus nousee vuosittain tasaisesti ja on 20 % vuodesta 2020 alkaen. Vuoden 2010 velvoite oli aikaisemman päätöksen mukaan 4 %.

EU edellyttää 10 %:n osuutta; miksi Suomessa tavoitellaan 20 %:n tasoa?

Kestävyyskriteerien mukaisesti RES-direktiivi pyrkii myös edistämään uusien, ruoaksi kelpaamattomiin raaka-aineisiin perustuvien biopolttoaineiden markkinoille tuloa. Tämän vuoksi RES-direktiivin mukaan jätteistä, tähteistä, syötäväksi kelpaamattomasta selluloosasta ja lignoselluloosasta valmistettujen biopolttoaineiden energiasisältö tulee ottaa huomioon kaksinkertaisena (ns. tuplalaskenta) direktiivin mukaisen liikenteen 10 %:n uusiutuvan tavoitteen täyttämisessä sekä kansallisissa kiintiö- ja velvoitejärjestelmissä. Koska maassamme on jo toiminnassa laitoksia, jotka tuottavat tällaisia biopolttoaineita ja vireillä on uusien, suurempien laitosten rakentamishankkeita, lainmuutosta tehtäessä on ennakoitu, että 20 %:n jakeluvelvoite vuodelle 2020 voidaan täyttää pääosin sellaisilla biopolttoaineilla, joihin voidaan soveltaa mainittua tuplalaskentaa. Tällöin 20 %:n laskennallinen energiaosuus saavutetaan jo 10 %:n sekoituksella, jos käytettävät biopolttoainetuotteet täyttävät edellä mainitut tuplalaskennan ehdot. Näin toimien liikenne osallistuisi myös yleiseen, uusitutuvan energian käyttöönottotavoitteen toteuttamiseen ja uuden teknologian edistämiseen.

Miten biopolttovelvoitteet määritetään?

Biopolttoainevelvoitteet esitetään energiasisältönä - ei tilavuusprosentteina. Bensiinin bioenergiaosuus on noin 6,7 %, kun se sisältää 10 tilavuusprosenttia etanolia (E10). Tällöin myös bensiinin happipitoisuus on 3,7 % eli sallittu maksimiarvo. Dieselpolttoaineiden kohdalla bioraaka-aineista valmistetut tuotteet ovat lähempänä raakaöljypohjaista tuotetta, joten tilavuusprosentit ja energiaosuus ovat lähes samat.

Jakeluvelvoitteen asettama vaatimus biosisällöstä koskee kutakin toimijaa, mutta ei kaikkia liikkeelle laskettuja polttoaine-eriä tai edes polttoainelajeja, koska velvoite on joustava. Laskenta tehdään vuositasolla, jolloin vaatimusten täyttyminen tarkastetaan. Siten kukin toimija voi löytää itselleen kustannustehokkaimman yhdistelmän tarjolla olevista vaihtoehdoista.

Miksi E10-bensiiniä tarvitaan?

Biopolttoainevelvoite olisi periaatteessa mahdollista toteuttaa lisäämällä biosisältöä yksinomaan dieselpolttoaineeseen. Sitä tarvittaisiin kuitenkin silloin niin paljon, että se kattaisi myös 10 % myydyn bensiinin energiasta, jolloin dieselin biosisältövelvoite nousisi melkein kaksinkertaiseksi.

Perinteisillä biodieselkomponenteilla (FAME, esteröity kasviöljy) tämä ei ole edes mahdollista, sillä sen sallittu enimmäismäärä on 7 til-%. Paremmat, ns. toisen sukupolven biokomponentit, joilla ei ole sekoitusrajoitteita ovat kuitenkin kalliimpia ja myös kalliimpia kuin bioetanoli. Siksi myös etanolia kannattaa hyödyntää biovelvoitteen saavuttamiseksi. E10-laatua siis tarvitaan, jotta päästään nykyiseen 6 %:n keskimääräiseen biopolttoaineosuuteen mahdollisimman kustannustehokkaalla tavalla. Jos pitäydyttäisiin vain E5-laadussa, jouduttaisiin käyttämään enemmän biokomponentteja dieselpolttoaineen valmistuksessa.

Kuinka ilmastoystävällistä E10-tuotanto on?

Biopolttoaineet vähentävät liikennesektorin kasvihuonekaasupäästöjä 100 %:sesti korvatessaan fossiilisia polttoaineita. Biopolttoaineiden tuotanto kuitenkin aiheuttaa kasvihuonekaasupäästöjä muilla sektoreilla. Nämä päästöt voivat olla hyvin merkittäviä verrattuna fossiilisten polttoaineiden tuotannon aiheuttamiin päästöihin. Etanolin tuotannon ilmastoystävällisyydestä on esitetty varsin vaihtelevia näkemyksiä. Eniten kritiikkiä on kohdistettu etanolin tuotannon lisäämisen aiheuttamaan kilpailuun maa-alasta ja siitä seuraaviin vaikutuksiin. Parhaimmillaan etanolin tuotanto aiheuttaa selvästi vähemmän kasvihuonekaasupäästöjä kuin fossiilinen bensiini, mutta huonoimmillaan jopa moninkertaisesti enemmän. Tuotannon mittasuhteilla, maa-alan käytön kehityksellä, tuotannossa käytettävillä raaka-aineilla ja muilla energia- ja materiaalipanoksilla on suuri merkitys.

EU:n jäsenmaissa otetaan osana RES-direktiivin asettamia velvoitteita vuonna 2011 käyttöön ns. kestävyyskriteerit, joilla pyritään varmistamaan se, että EU:ssa biopolttoaineeksi tai bionesteeksi päätyvät raaka-aineet on tuotettu kriteereissä hyväksyttävällä tavalla ilman, että tuotanto aiheuttaa suoraan merkittäviä maankäytön muutoksia tai kasvihuonekaasupäästöjä. Kestävyyskriteerejä sovelletaan myös silloin, kun raaka-aine tai polttoaine on tuotettu EU:n ulkopuolella. Jotta biopolttoaineet lasketaan mukaan EU:n ja kansallisiin tavoitteisiin ja jotta biopolttoaineet ovat tukikelpoisia, tulee kestävyyskriteerin mukaan kasvihuonekaasupäästöjen olla vähintään 35 % pienemmät fossiilisiin vertailupolttoaineisiin nähden. Vuoden 2017 alusta tämä vaatimus nousee 50 %:n tasolle ja vuoden 2018 alusta 60 %:iin tuotantolaitoksissa, joissa toiminta on alkanut vuonna 2017. Biopolttoaineiden tuotannon aiheuttamat todelliset kasvihuonekaasupäästöt ovat kuitenkin paljon laajempi kysymys kuin mihin RES-direktiivin kestävyyskriteeristö ottaa kantaa. EU:n biopolttoaineiden lisäystavoitteen täyttämisen todellisiin päästövaikutuksiin liittyy paljon epävarmuuksia.

Miten paljon biopolttoaineet vähentävät päästöjä?

Jotta biosisällön käyttäminen johtaa todellisiin päästöjen vähenemisiin, direktiivissä säädetään, että vuoden 2016 loppuun asti sekoitettavaksi hyväksytään vain sellaiset tuotteet, joiden käytöstä saatava vähennys kasvihuonekaasupäästöissä on vähintään 35 %. Vuoden 2017 alusta tämä vaatimus nousee 50 %:n tasolle ja vuoden 2018 alusta 60 %:iin.

Vuonna 2020 voidaan siis sanoa, että kun liikennepolttoaineissa on vaaditut 10 %:n kriteerit täyttävää bio-osuutta, vähenevät liikenteen kasvihuonekaasupäästöt vähintään 6 %.

Voinko ja uskallanko käyttää E10-polttoainetta?

E10 on ollut käytössä Yhdysvalloissa jo 30 vuotta Gasohol-nimisenä ja sitä kautta autoteollisuus on saanut arvokasta kokemusta muun muassa materiaalien toimivuudesta. Myös Brasiliassa on ajettu runsaasti etanolia sisältävällä polttoaineella aina 1970-luvulta lähtien. Koska olosuhteet ovat erilaiset ja autot kuitenkin tänä päivänä suunnitellaan ja varsinkin valmistetaan markkina-aluekohtaisesti, vain osa tästä tiedosta on voitu hyödyntää eurooppalaisissa autoissa. On myös hyvä pitää mielessä, että autojen valmistus on kireästi kilpailtua, joten valmistuskustannuksissa pyritään säästämään. Siten eurooppalaiseen autoon voi valikoitua toisenlaisia komponentteja kuin saman valmistajan Pohjois-Amerikan tuotannossa käytettävät, koska etanoli¬yhteensopivuus voi nostaa komponentin hintaa, ja etanolin sekoittaminen on eurooppalaisessa bensiinissä verrattain tuore ilmiö. Euroopassa suuntauduttiin pitkään erilaisten eetterien (MTBE, ETBE, TAME) käyttöön tuotettaessa ns. reformuloituja ja happipitoisia bensiinejä 1990-luvulla. Eetterien aiheuttamat materiaali- ym. ongelmat ovat vähäisempiä kuin etanolin.

Öljy- ja autoala Suomessa ovat yhdessä varsin kattavasti pyrkineet etukäteen selvittämään E10-yhteensopivuutta, ja keränneet listaa sekä autoista, joihin valmistajan ilmoituksen mukaan E10 sopii ongelmitta, sekä myös niistä, joissa sitä ei tule käyttää. Työ on ollut Euroopan laajuista, sillä E10 tulee käyttöön koko EU:ssa, ei vain Suomessa. Lista löytyy http://www.e10bensiini.fi

Listan ulkopuolelle jää joitakin malleja, joista tätä varmennettua tietoa ei ole. Auton valmistaja on vastuussa mahdollisista ongelmista, joita sellaisen polttoaineen käytöstä aiheutuu, jonka ne ovat hyväksyneet käytettäväksi. Siksi yhteensopivuutta määritettäessä on varmasti noudatettu varovaisuutta, ja suljettu pois sellaiset mallit, joiden kohdalla on epäiltävissä ongelmia, joita ei syystä tai toisesta voi luotettavasti sulkea pois. Jos auto siis on listattu ”E10-yhteensopivaksi”, siinä kannattaisi käyttää E10- polttoainetta, sillä mikäli osa niistä autoista, joihin polttoaine sopii, ei sitä käytä, jäädään tavoitteista jälkeen, koska laissa määritetyt bio-osuudet edellyttävät hyvin pitkälle koko mahdollisen sekoituskapa-siteetin hyödyntämistä. Jos useat autoilijat käyttävät E5-bensiiniä vain epävarmuuttaan, jää osa potentiaalista käyttämättä.

Kannatta pitää myös mielessä, että muutos siirryttäessä ”puhtaasta” hiilivetybensiinistä etanolia sisältä-vään laatuun (E5) oli fysikaalis-kemiallisessa mielessä suurempi harppaus kuin siirryttäessä E5:stä E10:een. Moni asiaan liittyvä ongelma näet syntyy jo vähäisenkin etanolipitoisuuden myötä, ja seossuhteen korottaminen ei niitä vahvista, ainakaan seossuhteiden suhteellisen eron mukaisesti. Eli E10 tuplaa etanolipitoisuuden, mutta ei suinkaan tuplaa siitä aiheutuvia ongelmia.

Miksi 95E10-polttoaine ei sovellu kaikkiin autoihin?

Syitä, miksi auto ei ole hyväksyttyjen mallien listalla, voi olla useita:

1.
Kun bensiinin etanolipitoisuutta on lisätty, laihenee polttoaineseos, sillä etanoli tuo mukanaan happea. E5-polttoaineessa maksimihappipitoisuus oli 2,7 %. E10 sisältää happea 3,7 %. Seosongelma koskee erityisesti vanhoja kaasuttimella varustettuja moottoreita, joissa seoksen laiheneminen voi aiheuttaa nykimistä varsinkin, jos moottori on kylmä. Uudemmissa, pakokaasun happipitoisuuden mukaan ohjatulla polttoaineen suihkutuksella varustetuissa moottoreissa happipitoisuus ei vaikuta samalla lailla, koska säätöjärjestelmä kompensoi hapen laihentavan vaikutuksen lisäämällä polttoaineen ruiskutusmäärää. Tällaisia ovat lähes kaikki ns. vähäpäästöiset autot, jotka on otettu käyttöön vuoden 1990 jälkeen.

2.
Jotkut auton polttoainejärjestelmässä käytetyt materiaalit eivät kestä E10-polttoainetta. Tyypilliset vauriot ovat metalliosien korroosio ja muovi- tai kumiosien (letkut, tiivisteet, jne.) hapertuminen. Nämä voivat johtaa polttoainesuodattimien tai -suuttimien tukkeutumiseen tai polttoainevuotoihin. Vuotojen seurauksena voi seurata vaaratilanteita, koska bensiini on ensimmäisen luokan palava aine. Yleensä bensiini ei kuitenkaan syty kovin helposti ainakaan ulkoilmassa vaan haihtuu ilman palovaaraa.

Mikäli autoon on vaihdettu myöhemmin osia, voi sellaisessakin autossa, joka alun perin on E10- yhteensopiva, syntyä materiaaliongelmia, jos varaosat eivät materiaaleiltaan vastaa alkuperäisiä. Tähän liittynee suurin epävarmuus polttoaineen sopivuudesta vanhemmissa autoissa.

3.
E10 ei sovellu laihaseostekniikkaa hyödyntäviin suoraruiskutusmoottoreihin, joita ovat esimerkiksi ensimmäisen sukupolven VW FSI -moottorit, sekä muutamien muiden valmistajien vastaavat. Syynä tähän on 1-kohdassa mainittu, etanolin mukanaan tuoman hapen vaikutuksen kompensointitarve, joka siis kasvattaa moottoriin syötettävää polttoainemäärää. Tämä ja etanolin bensiinistä poikkeava höyrystyminen taas vaikuttavat polttoainesuihkujen muotoon ja käyttäytymiseen. Kun nämä moottorit ovat normaaleja moottoreita haasteellisempia palamistapahtuman hallinnan kannalta, vähäisetkin muutokset saattavat häiritä niiden toimintaa, ja valmistaja ei hyväksy E10-polttoaineen käyttöä.

E10 sopii kuitenkin useimpiin uuden sukupolven suoraruiskutusmoottoreihin, koska palamis-tapahtuman hallinta ei niissä ole yhtä kriittinen kuin mainituissa laihaseostekniikkaa hyödyntävissä suoraruiskutusmoottteissa (ns. kerrostäyttömoottori).

4.
Auton moottorille määritetty minimioktaaniluku on 98. Silloin ainoa vaihtoehto on 98E5-laatu, sillä vaikka etanolilla on periaatteessa korkea oktaaniluku, on sen vaikutukset otettu huomioon polttoaineen koostumuksessa ja E10 -laadun oktaaniluku vain ”perusbensiinille” määrätty 95 (RON).

5.
E10 ei sovellu kaksitahtimoottoreihin, joissa käytetään esisekoitettua öljyä. Etanoli ja jotkin kaksitahtiöljylaadut eivät välttämättä toimi yhdessä.

Miksi E10:n soveltuvuutta eri automerkkeihin ei ole kattavasti tutkittu?

Merkittävin seikka joidenkin autojen ja E10-polttoaineen yhteensopimattomuuteen on autojen tuotesyklin ja tyypillisen käyttöiän pituus. Siitä kun uutta autoa aletaan suunnitella, kuluu siihen hetkeen, kun enin osa niistä on romutettu, jopa 25 vuotta. Sinä aikana moni asia ehtii muuttua, ja esille nousee tekijöitä, joita ei alkuperäisiä suunnitelmia tehtäessä voitu mitenkään ennakoida. Biopolttoaineet ovat esimerkki tällaisesta, sillä niiden käytöstä tuli osa toimenpideohjelmia vasta noin kymmenen vuotta sitten. Siksi liikenteessä on sellaisia autoja, joiden rakenne ei ole yhteensopiva uusimpien polttoaineiden kanssa.

Automerkkejä ja malleja on paljon, ja monista malleista tuotetaan niiden eliniän aikana useita tuotesukupolvia ja markkina-aluekohtaisia versioita. Siksi liikenteessä olevien erilaisten autojen lukumäärä on varsin suuri jo yhden valmistajan tuotannossa. Jos otetaan vielä huomioon sarjavalmistus, jossa komponenteille on tyypillisesti useita toimittajia, saattavat nimellisesti samanlaisetkin autot erota toisistaan joidenkin kriittisten komponenttien tasolla. Yleensä komponentit ostetaan osatoimittajilta määrittäen niille ominaisuuksia ja toiminnallisuutta. Siitä huolimatta eri toimittajien tuotteet voivat erota sellaisten ominaisuuksien osalta, joita ei näissä määrittelyissä ole listattu. On siis mahdollista, että samanmallisiksi luokitellut autot eroavat esimerkiksi E10-yhteensopivuudessa vielä sen mukaan, minkä toimittajan komponentteja niissä on käytetty. Tämä koskee erityisesti rakennemateriaaleista peräisin olevia seikkoja.

On myös muistettava se tosiasia, että yhteensopivuuden testaaminen vie aikaa. Esimerkiksi korroosio ja hapertuminen ovat hitaita ilmiöitä, eikä niitä juurikaan voi laboratoriossa nopeuttaa ilman että luotettavuus kärsii. Siksi ollaan tilanteessa, että kaikkien automerkkien ja mallien testaaminen ei yksikertaisesti ole mahdollista eikä edes järkevää. On parempi suunnata voimavarat tulevien mallien parantamiseen ja hyväksyä se, että osa autoista joutuu siten käyttämään ”vanhemman sukupolven” polttoainetta eli ns. suojalaatua. Sen saatavuudesta määrätään myös polttoaineen laatu¬direktiivissä, eli ei voida joutua tilanteeseen, jossa markkinoilla ei olisi polttoainetta, joka sopii kaikkiin autoihin - pois lukien toki museoautot. 

Mitä VTT:llä tehdään biopolttoaineiden kehittämiseksi ja käytön edistämiseksi?

VTT kehittää uuden sukupolven biopolttoaineita, jotka kuuluvat ns. tuplalaskettaviin. Näihin kuuluu mm. jätepohjainen etanoli ja synteettinen dieselpolttoaine. Jälkimmäistä valmistetaan metsätähteistä kaasuttamalla ja Fisher-Tropsch -prosessilla. Tällaista polttoainetta valmistava pilot-laitos on toiminnassa Varkaudessa, ja vastaavia tuotantomittakaavan laitoksia suunnitellaan.

Mahdollisimman korkeiden bio-osuuksien käytön mahdollistaminen liikennepolttoaineissa on tärkeä kansallinen tutkimus¬tavoite. Siksi VTT on mukana kotimaisen, kylmiin olosuhteisiin optimoidun korkeaseosetanoli¬polttoaineen kehitys¬työssä. VTT:n osuuden tavoitteena varmistaa ns. FFV-autojen (fuel-flexible vehicle) käynnistyvyys ja toimivuus myös pakkasolosuhteissa, joihin ne väistämättä Suomen talvessa joutuvat. Tämän RE85-tunnuksella myytävän polttoaineen sisältämä etanoli on myös tuplalaskettavaa, sillä se valmistetaan elintarviketeollisuuden jätteistä, ja tulevaisuudessa myös muista vastaavista raaka-aineista.

VTT ei testaa autojen ja E10-polttoaineen yhteensopivuutta, se on autoalan tehtävä.

Muita tietolähteitä:

E10-bensiini

Autoalan tiedotuskeskus

Autolan tiedotuskeskus, polttoaineet ja moottoriteknologia