Kannettavat vetypatruunat korostavat FCEV:ien vetovoimaa

Sähköajoneuvot ovat kasvattaneet suosiotaan nopeasti. Artikkelissa siteerattu ennuste arvioi niiden maailmanmarkkinoiden arvon nousevan 1 084 miljardiin dollariin ennen vuosikymmenen loppua.

Vuonna 2021 sähköautojen myynti kaksinkertaistui vuodesta 2020 noin 6,75 miljoonaan autoon ja ylitti 10 miljoonaa vuonna 2022. Artikkelissa siteerattu ennuste arvioi vuosimyynnin nousevan 18,84 miljoonaan autoon vuoteen 2029 mennessä.

Sähköajoneuvojen liikkumisesta vastaa sähkömoottori, toisin kuin perinteisten bensiini- ja dieselautojen polttomoottorikäytössä.

Akkusähköauto käyttää ladattavaa ajoakkua. Ladattava hybridi yhdistää polttomoottorin ulkoisesta lähteestä ladattavaan akkuun ja sähkömoottoriin. Tavallista hybridiä ei ladata sähköverkosta. Polttokennosähköauto puolestaan tuottaa sähköä vedystä.

Polttokennosähköauto eli FCEV käyttää sähkömoottoria. Sen pääasiallinen energianlähde on vetypolttokenno, yleensä yhdessä pienemmän akun kanssa.

Vetypolttokennon kaksi elektrodia ovat elektrolyytin eri puolilla. Vety syötetään anodille ja ilman happi katodille.

Anodilla katalyytti auttaa hajottamaan vetymolekyylit protoneiksi ja elektroneiksi.

Katalyytti nopeuttaa reaktiota. Ajoneuvojen PEM-polttokennoissa käytetään tavallisesti platinaa, jonka tarvetta ja kustannuksia pyritään vähentämään. Muita katalyyttimateriaaleja tutkitaan eri kennotyyppeihin ja olosuhteisiin.

Elektronit kulkevat ulkoisen virtapiirin kautta ja tuottavat sähkövirtaa. Protonit kulkevat elektrolyyttikalvon läpi ja yhdistyvät katodilla hapen ja elektronien kanssa vedeksi; samalla vapautuu lämpöä. Polttokenno muuntaa syötetyn polttoaineen kemiallista energiaa sähköksi, kun taas akku varastoi energiaa.

Lue lisää polttokennosähköajoneuvojen mahdollisuuksista

Vetypolttokennot ja kestävä liikenne

Polttokenno muuntaa vedyn kaltaisen polttoaineen kemiallista energiaa sähköksi. Vety on kevein alkuaine. Sen reagoidessa hapen kanssa polttokennossa syntyy vettä ja lämpöä.

Vetyä on esitetty tulevaisuuden puhtaaksi polttoaineeksi. Energia-, liikenne- ja teollisuusyritysten Hydrogen Council näkee sille käyttöä ajoneuvojen lisäksi lämmön ja sähkön tuotannossa.

Kaikki vety ei kuitenkaan ole vähäpäästöistä. Vihreää vetyä valmistetaan tavallisesti hajottamalla vettä elektrolyysissä uusiutuvalla sähköllä. Myös laitteiden valmistus ja toimitusketju vaikuttavat kokonaispäästöihin.

Vähäpäästöisellä vedyllä polttokennot voivat pienentää ilmastokuormitusta. Ne eivät tuota käytössä polttomoottorin pakokaasuja ja toimivat hiljaisesti. Vedyn turvallinen käsittely ja varastointi vaativat silti laitteita ja aiheuttavat kustannuksia.

Polttokennot voivat joissakin käyttökohteissa vähentää akkujen vaihtoon ja lataamiseen liittyvää työtä. Kokonaiskustannukset riippuvat kuitenkin vedyn hinnasta, huollosta ja järjestelmän rakenteesta.

Polttokenno muuntaa kemiallisen energian suoraan sähköksi, mikä mahdollistaa hyvän hyötysuhteen verrattuna moniin polttomoottoreihin.

Yhdysvaltojen energiaministeriön käyttämissä vertailuissa polttokennojärjestelmien hyötysuhde on noin 40–60 prosenttia ja tavallisen auton polttomoottorin noin 25 prosenttia. Vedyn valmistuksen ja jakelun häviöt ovat tästä erillisiä.

Vetyauton ajotuntuma muistuttaa akkusähköautoa. Tankkaus voi olla nopeaa ja toimintamatka pitkä, mutta käytännön joustavuus riippuu tankkausasemien saatavuudesta.

Polttokennoja voidaan käyttää esimerkiksi droneissa, hyötyajoneuvoissa ja kiinteistöjen sähkönlähteenä. Sovelluksia kehitetään, mutta soveltuvuus riippuu käyttökohteesta.

IEA:n Global EV Outlook 2023 -raportin mukaan maailman polttokennosähköajoneuvokanta kasvoi vuonna 2022 noin 40 prosenttia yli 72 000 ajoneuvoon.

Artikkelissa siteeratun SNE Researchin mukaan maailman myynti laski vuonna 2023 yli 30 prosenttia: ajoneuvoja myytiin 14 451, kun vuonna 2022 määrä oli 20 704. Etelä-Korean myynnin 55,2 prosentin lasku vaikutti kehitykseen.

Kiinan myynti kasvoi maltillisesti, ja siitä tuli SNE Researchin mukaan suurin polttokennosähköajoneuvojen markkina.

Kiinassa oli artikkelin mukaan tavoitteena rakentaa vähintään 1 200 vedyn tankkausasemaa vuoteen 2025 mennessä. Kiina oli myös merkittävä akkusähköautojen ja akkujen valmistaja: sen osuus sähköautotuotannosta oli noin kaksi kolmasosaa ja sähköautojen akkutuotannosta yli kolme neljäsosaa.

European Hydrogen Observatoryn mukaan Saksassa oli vuonna 2023 Euroopan suurin polttokennosähköajoneuvokanta ja eniten rekisteröintejä, Ranskan seuratessa perässä.

Henkilöautot muodostivat suurimman osan rekisteröinneistä. Myös Euroopan polttokennobussien ja -kuorma-autojen kanta kasvoi; artikkelissa siteeratut vuoden 2023 luvut olivat 464 bussia ja 215 kuorma-autoa.

Polttokennosähköajoneuvojen haasteet

Artikkelissa siteeratussa tulevaisuusskenaariossa vedyn osuus tieliikenteen energiasta voisi olla 16 prosenttia vuonna 2050. Kyse on ennusteesta, ei varmistuneesta kehityksestä.

Tankkausverkosto on merkittävä rajoite. Artikkelissa siteeratussa ajankohdan vertailussa Euroopassa oli 178 asemaa, joista noin puolet Saksassa. Britanniassa noin yhdeksää vetyasemaa verrattiin 31 000 julkiseen latauspaikkaan. Luvut kuvaavat kyseistä ajankohtaa ja rajausta.

Infrastruktuuria laajennetaan vähitellen. Sähkölatauksen ja vetytankkauksen yhdistelmä voi joissakin skenaarioissa olla pelkkää latausverkostoa edullisempi; tulos riippuu ajoneuvokannasta ja käyttöasteista.

Myös hankintahinta rajoittaa käyttöönottoa. Markkinoilla oli vain vähän polttokennon avulla toimivia malleja, ja niiden hinnat olivat usein korkeita.

Platinakatalyytin kustannus on yksi tekijä. Jalometallin tarvetta on vähennetty, ja edullisempia vaihtoehtoja tutkitaan.

Vedyn käyttökustannukset vaihtelevat huomattavasti tuotantotavan, alueen ja jakelun mukaan. Tuotannon kasvu voi alentaa niitä, mutta säästö ei ole varma.

Useat autovalmistajat tutkivat vetyä osana vähäpäästöistä liikennettä.

BMW:n toimitusjohtaja Oliver Zipse on kutsunut vetyä päästöttömän liikenteen puuttuvaksi palaseksi. BMW kehitti akkutekniikan rinnalla iX5 Hydrogen -koeautoa, jossa käytetään Toyotan polttokennoja.

BMW näkee polttokennot ja akkusähköautot toisiaan täydentävinä teknologioina.

”Yksi teknologia ei yksin riitä mahdollistamaan ilmastoneutraalia liikkumista kaikkialla maailmassa.”

– Zipse vuonna 2023

BMW:n mukaan vety voi sopia paljon ajaville ja joustavuutta tarvitseville. Yhtiö tutkii sitä myös tuotannossa ja logistiikassa.

Japanilaisen Toyotan (TM ) hallituksen puheenjohtaja Akio Toyoda on myös vedyn kannattaja. Hän arvioi vuonna 2024, että akkusähköautojen osuus voisi jäädä 30 prosenttiin ja muut käyttövoimat kattaa loppuosan. Tämä oli hänen näkemyksensä, ei varmistunut markkinaennuste.

Toyotan Mirai on polttokennokäyttöinen henkilöauto, jota myydään valituilla markkinoilla.

Kiinnostuksesta huolimatta vähäpäästöisen vedyn saatavuus on ongelma. Toyotan teknologiajohtaja Hiroki Nakajima on todennut, ettei vedyn käyttö henkilöautoissa ollut toistaiseksi onnistunut odotetusti polttoaineen saatavuuden vuoksi.

Toyota esitteli myös kannettavia, vaihdettavia vedyn varastointipatruunoita. Ne eivät ole akkuja eivätkä vielä yleiskäyttöinen ratkaisu autojen tankkaukseen.

Toyotan kannettavat vetypatruunat

Japan Mobility Show Bizweek 2024 -tapahtumassa Toyota Motor Corp (TM ) esitteli kannettavia vetypatruunoitaan ja niiden mahdollisia käyttökohteita.

Lähde: Toyota

Tapahtuma järjestettiin 15.–18. lokakuuta 2024 Makuhari Messessä Chiban prefektuurissa. Toyota esitteli siellä hiilineutraaliutta tukevia teknologioita liikennealan yritysten ja startupien rinnalla.

Yhtiön monipuoliseen lähestymistapaan kuuluvat vedyn käyttö ja uusiutuvan energian hallinta. Tavoitteena on vakauttaa energiantarjontaa ja vähentää ympäristövaikutuksia.

Toyota esitteli toimivan vetypatruunan prototyypin vuonna 2022 yhdessä liikenneteknologiaan keskittyvän Woven-yhtiön kanssa. Artikkelin markkinatietojen mukaan Toyotan markkina-arvo oli 267,8 miljardia dollaria ja osakkeen hinta 169,55 dollaria, 7,54 prosenttia vuoden alkua alempana.

Patruunat muistuttavat suuria paristoja, mutta ne varastoivat vetyä eivätkä sähköä. Tyhjän patruunan voisi vaihtaa täyteen yhteensopivassa laitteessa. Konsepti ei tarkoita, että sen voisi liittää sellaisenaan nykyiseen vetyautoon.

Toyota pienensi säiliöiden kokoa ja painoa, jotta niitä voisi kantaa käsin. Yhtiö kuvasi tarkoitusta näin:

”Ne on suunniteltu tekemään vedystä tuttu ja turvallinen energianlähde erilaisiin arjen tilanteisiin.”

Patruunat voivat avata uusia käyttökohteita. Niiden esittely ei kuitenkaan vielä ratkaise henkilöautojen tankkausverkoston, kustannusten tai vähäpäästöisen vedyn saatavuuden ongelmia.

Toyota esitteli myös vetyä polttavaa GR Corolla -kilpa-autoaan. Sen kilpailutoiminta alkoi kaasumaisella vedyllä vuonna 2021, ja nestemäiseen vetyyn siirryttiin vuonna 2023. Tämä polttomoottoritekniikka on eri asia kuin polttokenno.

Toyota selvittää patruunoille muitakin käyttötapoja kuin ajoneuvot.

Vetyä voidaan käyttää esimerkiksi kodin energiaratkaisuissa ja ruoanlaitossa. Toyota ja Rinnai esittelivät vetyä polttavan konseptilieden. Vedyllä polttaminen on eri prosessi kuin sähkön tuottaminen polttokennossa.

Yhtiö etsii yhteistyökumppaneita patruunoiden sovellusten ja kaupallistamisen kehittämiseen. Tiedotteessa todettiin:

”Tavoitteena on yhdistää eri yritysten ja startupien teknologioita ja ideoita palveluihin sekä kannettavia vetypatruunoita käyttävien laitteiden kehittämiseen ja myyntiin.”

Toyota ilmoitti vahvistavansa näin patruunoiden hyödyntämistä ja vetyyn perustuvien ratkaisujen kehittämistä.

Polttokennosähköajoneuvojen alan toimijoita

Alan tunnettuja yrityksiä on Plug Power (PLUG ) , joka valmistaa polttokennoratkaisuja esimerkiksi trukkeihin ja on laajentunut vihreän vedyn tuotantoon ja jakeluun. Artikkelin ajankohtana osake oli 2,08 dollarissa, 54,22 prosenttia vuoden alkua alempana. Lue Plug Poweriin sijoittamisesta.

Toinen toimija on Ballard Power Systems (BLDP ), joka keskittyy bussien, kuorma-autojen ja muiden raskaiden ajoneuvojen polttokennoihin. Artikkelin ajankohtana osake oli laskenut 55,95 prosenttia 1,66 dollariin. Myös Nikola Corporation oli laskenut voimakkaasti, 83,81 prosenttia. Sen kuorma-autoliiketoiminta kehitti sekä polttokenno- että akkukäyttöisiä ajoneuvoja.

Seuraavaksi tarkastelemme yhtiötä, jonka osake oli noussut vuoden 2024 aikana.

#1. Cummins Inc.

Artikkelin ajankohtana Cumminsin osake maksoi 332,68 dollaria, 38,87 prosenttia vuoden alkua enemmän. Markkina-arvo oli 45,59 miljardia dollaria, ilmoitettu P/E-luku 24,13, oman pääoman tuotto 19,55 prosenttia ja osinkotuotto 2,19 prosenttia.

Dieselmoottoreistaan tunnettu Cummins on sijoittanut myös vetytekniikkaan ja hyötyajoneuvojen polttokennoihin. Vuoden 2024 toiselta neljännekseltä se raportoi ennätyksellisen 8,8 miljardin dollarin liikevaihdon ja 726 miljoonan dollarin nettotuloksen. Käyttökate oli 15,3 prosenttia liikevaihdosta ja laimennettu osakekohtainen tulos 5,26 dollaria.

Cummins hankki vuonna 2019 enemmistön Hydrogenicsistä noin 290 miljoonan dollarin yritysarvolla. Vuonna 2023 se ilmoitti ostavansa myös Air Liquiden (AIL.DE ) jäljellä olevan 19 prosentin osuuden. Cumminsin mukaan täysi omistus vahvisti sitoutumista teknologiaan ja sen hyödyntämiseen päästöjen vähentämisessä.

Vuonna 2022 Cummins aloitti PEM-polttokennojärjestelmien toimittamisen Scanialle 20 raskasta polttokennosähköajoneuvoa varten. Yhteistyö oli alkanut vuonna 2020 neljän Scania-kuorma-auton kokeilulla norjalaisen elintarviketukkuri ASKOn käytössä.

Huhtikuussa 2024 yhtiö kuvasi ohjelmistojen ja tehoelektroniikan integrointia akku- ja polttokennosähköajoneuvoihin suorituskyvyn ja turvallisuuden parantamiseksi. Cumminsin Accelera-liiketoimintayksikkö esitteli myös FCE300- ja FCE150-polttokennojärjestelmien uusia versioita. Niiden tavoitteina olivat pidempi käyttöikä, parempi hyötysuhde ja suurempi tehotiheys.

”Jatkuvalla innovoinnilla, käytännön kokeilla sekä asiakkaiden ja kumppanien kanssa tehtävällä yhteistyöllä kehitämme seuraavan sukupolven teknologioitamme ja nopeutamme siirtymää päästöttömiin ratkaisuihin.”

– Amy Davis, Acceleran johtaja

Yhteenveto

Vety on väritön, mauton, hajuton ja syttyvä kaasu. Sitä voidaan käyttää energiankantajana monissa sovelluksissa. Varastointi ja kuljetus vaativat kuitenkin sopivat tekniset järjestelmät ja aiheuttavat kustannuksia sekä energiahäviöitä.

Liikenteessä vetypolttokennot voivat täydentää akkusähköautoja. Puhtaan vedyn käytöstä polttokennossa ei synny hiilidioksidia. Kokonaispäästöt riippuvat kuitenkin myös valmistuksesta, esimerkiksi aurinko- tai tuulisähkön käytöstä, ja muusta toimitusketjusta.

Polttokennosähköajoneuvojen yleistymisellä on edelleen haasteita. Toyotan patruunoiden kaltaiset konseptit voivat mahdollistaa uusia sovelluksia, jos ne osoittautuvat teknisesti ja taloudellisesti toimiviksi. Vedyn tulevan roolin laajuus jää avoimeksi.