Volvo logo

Kuorma-autot

Inside Volvo – Gas
Tuotetekniikka

Kaasu – tulevaisuuden näkymät

2017-10-19
Teksti: Nic Townsend. Kuvat: Arne Edström & DDR GBG
Uuden kaasukäyttöisen moottorin parissa työskentelevien Volvo Trucksin suunnittelijoiden haasteena oli kehittää uusi voimansiirtolinja, joka vähentäisi CO2-päästöjä välittömästi, olisi suorituskyvyltään dieselin veroinen ja toimisi myös tulevaisuuden ratkaisuna. Ratkaisu edellytti, että dieselmoottorin käyttötapa mietittiin kokonaan uudelleen.
Volvo FH LNG maaseudulla.
Volvo FH LNG ja Volvo FM LNG ovat markkinoiden ensimmäiset kaasukäyttöiset kuorma-autot, joiden tehot riittävät raskaiden alue- ja kaukokuljetusten tarpeisiin.

Kasvava huoli ilmaston lämpenemisestä lisää paineita siirtyä pois fossiilisista polttoaineista. Monissa maailman suurissa kaupungeissa dieselautot on haluttu kieltää kokonaan, paikoin jo muutamassa vuodessa.

Kysymys kuuluu: mikä on järkevä vaihtoehto dieselille? Mikä polttoainelähde voi vähentää CO2-päästöjä, tuottaa tarvittavan tehon ja suorituskyvyn ja olla silti kaupallisesti varteenotettava vaihtoehto kuljetusyrityksille? Volvo Trucks uskoo, että vastaus on – ainakin osittain – kaasu.

Volvo FH LNG ja Volvo FM LNG ovat markkinoiden ensimmäiset kaasukäyttöiset kuorma-autot, joiden tehot riittävät raskaiden alue- ja kaukokuljetusten tarpeisiin. Molemmat mallit, jotka ovat saatavana 420 hv:n ja 460 hv:n moottoreilla, ovat suorituskyvyltään ja ajettavuudeltaan vastaavien dieselautojen veroisia, ja niillä pääsee jopa 1 000 km ilman välitankkauksia. 

Ainoa ero on polttoaine – nesteytetty maakaasu (LNG) – jonka ansiosta sekä polttoainekustannuksia että CO2-päästöjä voidaan pienentää merkittävästi. Kun polttoaineena käytetään maakaasua – mikä on lyhyellä aikavälillä kannattavampi ratkaisu useimmille kuljetusyrityksille – CO2-päästöt pienenevät 20 prosenttia dieseliin verrattuna. Jos raskaita kuljetuksia ajetaan 120 000 km vuodessa, CO2-päästöjä syntyy vuositasolla 18–20 tonnia vähemmän. Biokaasua käytettäessä säästöjä voidaan kuitenkin saada vieläkin enemmän, sillä CO2-päästöt tankista pyöriin mitattuna pienenevät tällöin 100 prosenttia. Ja vaikka polttoaineenkulutus on Volvo Trucksin dieselmoottoreiden tasolla, se on 15–25 prosenttia perinteisiä kaasumoottoreita pienempi. 

– LNG on lupaava vaihtoehto dieselille, sillä hyödyt sekä ympäristölle että liiketoiminnalle ovat selkeät, kertoo Volvo Trucksin ympäristö- ja innovaatiojohtaja Lars Mårtensson. – Maakaasua on runsaasti saatavilla maailmanlaajuisesti, ja LNG:n infrastruktuuriverkosto on laajenemassa.

LNG ei ole millään muotoa uusi polttoaine. Volvo Trucks on kuitenkin ensimmäinen yritys, joka on onnistunut kehittämään raskaan kaasukäyttöisen kuorma-auton tässä teholuokassa. Siinä on onnistuttu käyttämällä dieselmoottoriteknologiaa ottomoottoriteknologian sijaan, vaikka jälkimmäinen on kaasukäyttöisissä moottoreissa yleinen. Keskeinen ero on siinä, että ottomoottoreissa käytetään kipinäsytytystä, joka rajoittaa tehoa ja vääntöä, tuo mukanaan luotettavuusongelmia ja lisää nakutusalttiutta. Dieselmoottoriteknologiaa käytettäessä moottorissa voidaan hyödyntää suoraruiskutusta ja painesytytystä, jolloin hevosvoimia ja vääntöä saadaan lisää. 

– Aiemmin haasteena on ollut se, että kaasun sytyttäminen ei ole mahdollista pelkästään paineen avulla vaan palamisen käynnistämiseen tarvitaan jotakin muuta. Paineesta aktivoituva, moottoriin esiruiskutettava dieselpolttoaine sytyttää kaasun, kertoo vastaava Volvo Group Trucks Technology ‑projektipäällikkö Anneli Soppi. – Tällöin ongelmana on kuitenkin se, kuinka sylinteriin saadaan ruiskutettua kahta eri polttoainetta, sillä kahteen suuttimeen perustuvan ratkaisun toteuttaminen on erittäin hankalaa.

LNG on lupaava vaihtoehto dieselille, sillä hyödyt sekä ympäristölle että liiketoiminnalle ovat selkeät.

Ratkaisu oli kaksoispolttoainesuuttimet, joilla voidaan toteuttaa sekä dieselin että kaasun suoraruiskutus. Tässä ainutlaatuisessa ratkaisussa sytytys toteutetaan ruiskuttamalla sylinteriin pieni määrä dieseliä ennen kaasua. 

– Diesel toimii ikään kuin nestemäisenä sytytystulppana, Soppi kertoo. – Moottori toimii pääosin kaasulla – yli 90 prosenttia perinteisen dieselmoottorin käyttämästä dieselpolttoaineesta on korvattu kaasulla – mutta kaikkia dieselmoottorin etuja, kuten suurta tehoa ja vääntöä, voidaan silti hyödyntää.




Tarkoittaako tämä sitä, että maakaasu on ratkaisu tulevaisuuden kuljetuksiin? Yleinen mielipide kallistuu sähkön kannalle, mutta vaikka tämä pitääkin paikkansa henkilöautojen kohdalla, kestää vielä kauan, ennen kuin sähköajoneuvoteknologiasta saadaan kehitettyä kaupallisesti kannattava vaihtoehto raskaisiin kaukokuljetuksiin. 

– Voittajaksi selviytyvät polttoaineet, jotka ovat energiatehokkaita ja ilmastovaikutuksiltaan vähäisiä, toteaa Volvo Trucksin ympäristö- ja innovaatiojohtaja Lars Mårtensson. – Kehitteillä on erilaisiin vaihtoehtoisiin polttoaineisiin, myös sähköön, perustuvia ratkaisuja, ja eri käyttötehtävissä tullaan varmasti käyttämään eri polttoaineita. Siirtyminen ei kuitenkaan tapahdu hetkessä, ja dieseliä käytetään vielä vuosia. Raskaissa alue- ja kaukokuljetuksissa LNG:llä on kuitenkin selkeästi parhaat edellytykset kasvaa nopeasti maailmanlaajuisesti saatavilla olevaksi vaihtoehdoksi dieselille. 

Pitkällä aikavälillä päästöjä voidaan vähentää LNG:n avulla entisestään, sillä maakaasun sijaan voidaan käyttää myös biokaasua. – Mahdollinen siirtyminen biopolttoaineisiin tapahtuu asteittain, joten kaikkein parhaiten pärjäävät sellaiset biopolttoaineet, joilla on siirtymäaikana tukenaan samaisen polttoaineen fossiilinen versio, Mårtensson kertoo. – Maakaasu esimerkiksi turvaa toimitusvarmuuden kaikkien biokaasulla toimivien ajoneuvojen käyttäjille. Kun biokaasun tuotanto ja jakelu kehittyvät ja kustannukset pienenevät, biokaasun käyttömahdollisuudet paranevat entisestään. CO2-päästöjä voidaan siis pienentää merkittävästi polttoainelähdettä vaihtamalla.




Puutteellinen jakelu- ja tankkausinfrastruktuuri muodostaa tällä hetkellä suurimman esteen LNG:n – maakaasun tai biokaasun – käytölle. Ilmastonmuutoskeskustelun kiihtyessä monet valtiot ovat ryhtyneet tukemaan investointeja LNG-infrastruktuuriin. Kaasuntoimittajat ovatkin alkaneet herätä kuljetusalan valtavaan kaupalliseen potentiaaliin. 

– Olemme sitä mieltä, että maakaasussa on paras potentiaali sekä CO2-päästöjä välittömästi pienentävänä että vähintään seuraavat 20–30 vuotta kattavana pitkän aikavälin ratkaisuna, Mårtensson kertoo. – Puutteellinen infrastruktuuri on haaste, mutta meidän ei tarvitse kohdata sitä yksin. Esimerkiksi EU tiedostaa tämän, ja varoja onkin korvamerkitty ja ohjelmia on suunnitteilla. Volvo FH LNG:n ja Volvo FM LNG:n kaltaiset uudet kuorma-autot ovat myös omiaan kiihdyttämään LNG:n tuotantoa, joten potentiaalia on valtavasti. 

Aiemmin haasteena on ollut se, että kaasun sytyttäminen ei ole mahdollista pelkästään paineen avulla vaan palamisen käynnistämiseen tarvitaan jotakin muuta.

Volvo FH LNG ja Volvo FM LNG onkin kehitetty pitkän aikavälin ratkaisuiksi, joiden kehitystyössä on ollut mukana Volvo Trucksin suunnittelijoita eri puolilta maailmaa. – Dieselmoottorit ovat Volvo Trucksille tuttua aluetta, sillä yhtiö on kehittänyt ja parannellut niitä jo yli 70 vuotta. LNG-voimansiirtolinja on kuitenkin uusi läpimurto, ja sisäinen osaaminen ja asiantuntemus kehittyvät, kertoo Mats Franzén, joka toimii Volvo Trucksin moottoriyksikön tuotepäällikkönä.

Korkeapainekaasua käyttävän järjestelmän tiiviyden turvaaminen on ollut tässä projektissa ainutlaatuinen haaste. Lukemattomia työtunteja onkin käytetty siihen, että kaikki tiivisteet ovat varmasti ehdottoman kestäviä. Niitä on testattu perusteellisesti pitkän aikavälin kestävyyden turvaamiseksi. 

Uusille ajoneuvoille on tehty samat testit ja validoinnit kuin kaikille Volvo Trucksin moottoreille ja ajoneuvoille, myös törmäys- ja kestävyystestit sekä kattavat kenttätestit niin kuumissa kuin kylmissäkin ilmastoissa ja myös korkeassa ilmanalassa.

– Prosessi on ollut pitkä ja työläs, mutta sen lopputuloksena meillä on erittäin suorituskykyisiä kuorma-autoja, Franzén kertoo. – Ajossa kuljettaja ei huomaa, onko kyseessä diesel- vai kaasukuorma-auto. Niissä yhdistyvät polttoainesäästöt, pienet CO2-päästöt ja dieselkuorma-auton kestävyys! 

Volvo FH LNG ja Volvo FM LNG

Mallit: Saatavana vetoautoina (4x2, 6x2 ja 6x4) ja tasakuorma-autoina (4x2, 6x2 ja 6x4), kokonaisyhdistelmäpaino jopa 64 tonnia.
Moottori: Volvo G13C Euro 6 ja joko 420 hv / 2 100 Nm tai 460 hv / 2 300 Nm.
Vaihteisto: Volvo I-Shift.
Polttoainesäiliöt: Saatavana 115 kg:n (275 l:n), 155 kg:n (375 l:n) tai 205 kg:n (495 l:n) LNG-säiliöllä, joka turvaa jopa 1 000 km:n toimintasäteen, sekä pienellä dieselsäiliöllä.
Pakokaasujen jälkikäsittely: SCR ja dieselhiukkassuodatin.

Sekä Volvo FH LNG että Volvo FM LNG tulevat Euroopan-markkinoille vuoden 2018 ensimmäisellä puoliskolla.