WiDE: Dieselin käyttöiän pidentäminen hiilidioksidipäästöiltään vähentyvässä maailmassa

Liikenteen osuus on noin viidesosa maailmanlaajuisista hiilidioksidipäästöistä, ja pelkästään tieliikenne on vastuussa kolmesta neljäsosasta näistä päästöistä.

Suurin osa näistä tieliikenteen päästöistä on peräisin henkilöajoneuvoista, kuten autoista ja linja-autoista, ja seuraavaksi eniten rahtiajoneuvoista. Bensiini on yleisin polttoaine kevyissä hyötyajoneuvoissa, kun taas diesel on ensisijainen polttoaine hyötyajoneuvoissa, kuten kuorma-autoissa ja linja-autoissa.

Tämä johtuu siitä, että tällä raakaöljyn tislaamalla saadulla hiilivetyseoksella on korkeampi moottorin hyötysuhde.

Dieselillä on itse asiassa 25%: sta 35% parempi polttoainetehokkuus kuin bensiinillä, mikä tekee siitä parhaan vaihtoehdon hyötyajoneuvoille. Paremman polttoainetalouden lisäksi dieselmoottorit tarjoavat paremman kiihtyvyyden ja veto- ja kuljetuspotentiaalin, vaativat vähemmän huoltoa ja ovat kestävämpiä.

Mutta samaan aikaan diesel on yksi suurimmista ilmansaasteiden aiheuttajista epäpuhtauksien, kuten noen, hiilimonoksidin (CO), typen oksidien (NOx), rikin oksidien (SOx), hiilivetyjen (HC) ja hiukkasten (PM), kautta.

Dieselmoottorit tuottavat myös hiilidioksidia (CO2), joka on merkittävä kasvihuonekaasu, vaikka se onkin huomattavan myrkyllinen muiden kaasujen tavoin. Tiedot osoittavat, että dieselpolttoaineen kulutuksen osuus oli noin 25 % Yhdysvaltojen koko liikennesektori CO2 päästöt vuonna 2022.

Vähentääkseen dieselpolttoaineen kielteisiä vaikutuksia terveyteemme ja ympäristöömme Nigerian Owerrin teknillisen yliopiston (FTO) tutkijat siirtyivät Water-in-Diesel Emulsion (WiDE) -teknologiaan ja tunnistivat sen... lupaava strategia dieselmoottoreiden aiheuttaman saasteen vähentämiseksi¹ samalla kun ne ylläpitävät tai jopa parantavat suorituskykyään.

Dieselpäästöt: Miksi ne ovat edelleen merkittävä saasteongelma

Merkittävänä haitallisten päästöjen lähteenä dieselmoottorit aiheuttavat vakavia terveysriskejä, kuten hengityselinsairauksia ja sydän- ja verisuonitauteja. Ne myös myötävaikuttavat ympäristöongelmiin, kuten savusumuun, happosateisiin ja ilmaston lämpenemiseen.

Puristussytytysmoottoreiden ympäristövaikutusten lieventämiseksi nykyaikaisissa dieselmoottoreissa käytetään erilaisia ​​päästöjenrajoitustekniikoita, kuten dieselhapetuskatalyyttejä (DOC), selektiivistä katalyyttistä pelkistystä (SCR), pakokaasujen takaisinkierrätystä (EGR) ja dieselhiukkassuodattimia (DPF).

Vaikka nämä teknologiat voivat auttaa vähentää päästöjä, ne eivät tee sitä kokonaan, ja sen lisäksi ne lisäävät moottorien kustannuksia ja monimutkaisuutta.

Esimerkiksi DOC vähentää tehokkaasti CO- ja HC-päästöjä, mutta sillä on minimaalinen vaikutus hiukkas- ja typpioksidipäästöihin, kun taas DPF vähentää tehokkaasti hiukkaspäästöjä, mutta ei puutu CO- tai typpioksidipäästöihin, joita voidaan tehokkaasti vähentää kustannustehokkaalla pakokaasujen kierrätyksellä, mutta se saattaa lisätä hiukkaspäästöjä hieman.

On muitakin vaihtoehtoja, kuten biomassasta johdettu biodiesel, joka on onnistunut merkittävästi vähentämään hiukkasmaisia ​​hiukkasia (PM), hiilimonoksidia (CO) ja hiilivetyjä (HC), mutta jälleen kerran se voi lisätä typpioksidipäästöjä.

Kuten FTO:n tutkijat totesivat tutkimuksessaan, typpioksidin (NOx) ja hiukkasten (PM) muodostuminen ovat lämpötilasta riippuvia ja niillä on käänteinen suhde, eli toisen vähentäminen usein lisää toista.

Ratkaisu tähän ongelmaan on veden johtaminen palotilaan, mikä vähentää merkittävästi sekä NOx- että PM-päästöjä. Dieselmoottoreihin voidaan johtaa vettä muutamalla eri tavalla. Näitä ovat veden kaasutus imusarjaan (FWIM) ja veden ruiskutus (DWI), jotka vähentävät NOx- ja PM-päästöjä, mutta voivat lisätä HC- ja CO-päästöjä.

Dieselmoottoreiden saasteiden vähentämiseksi on vielä yksi helppo mutta tehokas tapa, ja se on vesi-diesel-emulsio (WiDE).

WiDE: Dieselin käyttöiän pidentäminen hiilidioksidipäästöiltään vähentyvässä maailmassa

Pinta-aktiivisten aineiden avulla tehdyllä veden sekoittamisella dieseliin on positiivisia vaikutuksia päästöjen vähenemiseen, moottorin suorituskykyyn ja palamistehokkuuteen. Tämä tekniikka voi itse asiassa vähentää urheilu- ja NOx-päästöjä yli 60 % pitäen samalla suorituskyvyn vahvana tai jopa parantaen moottorin tehokkuutta joskus.

Tämä puhtaampi vaihtoehto, joka alentaa palamislämpötilaa, lyhentää korkean lämpötilan palamisaikaa, lisää suihkumomenttia ja parantaa polttoainetaloutta, toimii olemassa olevissa dieselmoottoreissa ilman muutoksia.

WiDE-teknologia: Kuinka vesi dieseliin vähentää päästöjä ja parantaa suorituskykyä

Sekoitettuna dieselillä on taipumus kellua pinnalla, koska se on vettä kevyempää. Emulsiopolttoaine on kuitenkin kahden sekoittumattoman nesteen seos, jotka eivät sekoitu täysin, ja toinen aine on jakautunut toiseen. Niinpä emulsio luodaan käyttämällä korkeaenergisiä tekniikoita pinta-aktiivisten aineiden avulla.

Jotta dieselmoottori toimisi emulsiopolttoaineella, WiDE-stabiiliusaika on kriittinen, koska emulsion stabiilisuuden heikkeneminen moottorin käydessä vaikuttaa negatiivisesti palamisjärjestelmään ja aiheuttaa moottorin ennenaikaisen vikaantumisen.

Tensoinnissa käytettävillä erityisillä kemikaaleilla on tärkeä rooli dieselin ja veden tasaisessa sekoituksessa. Ne luovat stabiileja emulsioita vähentämällä aineiden välistä pintajännitystä ja sitomalla ne tehokkaasti yhteen.

WiDE-teknologiassa dieselpolttoaineeseen sekoitetaan siis hyvin pieniä vesipisaroita ja lisätään pinta-aktiivisia aineita, jotta ne pysyvät tasaisesti sekoittuneina, jolloin emulsio pysyy vakaana jopa 60 päivää. Kun tämä yhdistelmä palaa moottorin sisällä, vesipisarat höyrystyvät nopeasti, mikä laukaisee ilmiön, joka tunnetaan nimellä "mikroräjähdys", joka hajottaa polttoaineen hienommiksi hiukkasiksi.

Tämä parantaa ilman ja polttoaineen sekoittumista palamisen aikana, alentaa palamisen huippulämpötiloja ja vähentää typen oksidien muodostumista. Täydellinen palaminen vähentää myös noen ja hiukkaspäästöjä.

Koska tällä yksinkertaisella tekniikalla on potentiaalia vähentää merkittävästi dieselmoottoreiden aiheuttamaa saastumista ilman moottorin uudelleensuunnittelua, FUTOn tutkijat tarkastelivat teknologiaa ja sen lupausta nopeana polkuna puhtaampaan dieselin käyttöön analysoimalla tutkimuksia ympäri maailmaa.

WiDE-analyysissä tarkasteltujen tutkimusten mukaan dieselmoottoreiden käyttö WiDE-polttoaineella voi vähentää haitallisia päästöjä merkittävästi. Erityisesti typpioksidipäästöt laskivat 67 % ja hiukkaspäästöt 68 % verrattuna tavanomaiseen dieselpolttoaineeseen, mikä ”asemoi sen puhtaampana vaihtoehtoisena polttoaineena dieselmoottoreille”.

Ympäristöhyötyjen lisäksi useissa kokeissa on raportoitu myös suorituskykyetuja. Näihin kuuluvat jarrujen lämpötehokkuuden (BTE) parannukset, joka mittaa järjestelmän tehokkuutta polttoaineen muuntamisessa hyödylliseksi työksi. Lisäksi tutkimukset muista moottorin suorituskykyominaisuuksista, kuten jarrutehosta, BSFC:stä ja vääntömomentista, osoittavat lupaavia tuloksia WiDE:n kanssa.

Joten WiDE-moottorit eivät ainoastaan ​​tuota puhtaampia pakokaasuja, vaan ne myös käyttävät polttoainetta tehokkaammin.

”Vesi-diesel-emulsiot ovat käytännöllinen ja kustannustehokas tapa tehdä dieselmoottoreista puhtaampia”, sanoo tutkimuksen pääkirjoittaja, tohtori Chukwuemeka Fortunatus Nnadozie. ”Koska teknologia ei vaadi moottorin uudelleensuunnittelua, se tarjoaa välittömän polun kohti pienempiä päästöjä sekä kehitysmaissa että kehittyneissä maissa.”

Samaan aikaan pinta-aktiivisten aineiden merkityksen tarkastelu paljasti, että oikean pinta-aktiivisen aineen ja sen pitoisuuden valinta on avainasemassa emulsion stabiilisuuden kannalta, mikä vaikuttaa sekä polttoaineen suorituskykyyn että turvallisuuteen.

Tutkijat havaitsivat, että useat pinta-aktiiviset aineet tarjoavat parhaat tulokset parantaen sekä polttoaineseoksen vakautta että moottorin palamisen laatua.

Rohkaisevista tuloksista huolimatta tutkijat korostivat lisätyön tarvetta, keskittyen pinta-aktiivisten aineiden yhdistelmien tarkentamiseen ja emulsion pitkäaikaisten vaikutusten arviointiin moottorin osiin.

Vielä tärkeämpää on, että WiDE voi tarjota käytännöllisen tavan vähentää nykyisin toiminnassa olevien moottoreiden aiheuttamaa saastumista ja edistää muita puhtaita teknologioita sen sijaan, että se korvaisi puhtaampia, pitkän aikavälin ratkaisuja. Tiimin mukaan tämän polttoainelähestymistavan yhdistäminen biodieseliin ja edistyneisiin päästöjenrajoitusjärjestelmiin voi auttaa tukemaan laajempia ilmasto- ja ilmanlaatutavoitteita.

”Tämä teknologia voi kuroa umpeen kuilua perinteisen dieselin käytön ja puhtaamman energian tulevaisuuden välillä”, sanoo tutkimuksen toinen kirjoittaja, professori Emeka Emmanuel Oguzie. ”Oikealla formuloinnilla ja testauksella siitä voi tulla tärkeä osa kestäviä liikenne- ja teollisuusvoimajärjestelmiä.”

Vaihtoehtoja dieselille: Vähäpäästöiset polttoaineet ja puhtaat liikenneratkaisut

WiDE-teknologia on vain yksi monista tavoista, joilla liikenneala voi puuttua dieselin rajoituksiin. Puhtaampien vaihtoehtojen etsintä on johtanut useisiin polttoaineisiin ja käyttövoimateknologioihin, jotka voivat auttaa alaa saavuttamaan pitkän aikavälin hiilidioksidipäästöjen vähentämisen. Yksi lupaava tapa vähentää päästöjä on biodiesel ja uusiutuva diesel, jotka on johdettu biomassasta.

Biodieseliä tuotetaan transesteröimällä kasviöljyjä, kuten soijaöljyä, auringonkukkaöljyä, rypsiöljyä ja palmuöljyä, lihanjalostamojen eläinrasvoja ja ravintoloiden kierrätettyä ruokaöljyä. Levät ovat jälleen yksi lupaava biomassan lähde.

Uusiutuva diesel on samanlaista kuin biodiesel, mutta se on kemiallisesti vastine öljydieselille hiilivedyistä.

Vety on jälleen yksi ratkaisu moottoriajoneuvojen kasvihuonekaasupäästöjen rajoittamiseksi vetypolttomoottorit (H2ICE) ja vetypolttokennot (polttokennoajoneuvot). Molemmat voivat käyttää ajoneuvoja hiilidioksidipäästöttömällä polttoaineella.

H2-ICE:n osalta tavalliset polttomoottorit käyttävät vetyä dieselin tai bensiinin sijaan.

Polttokennoautot tuottavat sähköä vedystä polttokennon avulla, jossa vety yhdistetään happeen, jolloin syntyy sähkömoottoria käyttävä sähkö, aivan kuten sähköautossa.

Vaikka polttomoottorit ovat tehokkaimpia suurella kuormituksella, mikä tekee H2-ICE:stä sopivimman vaihtoehdon raskaille kuorma-autoille, FCEV:t ovat kuitenkin tehokkaampia pienemmillä kuormilla, mikä tekee niistä ihanteellisia hinausautoille tai betoniautoille.

Sekä H2-ICE- että FCEV-ajoneuvoilla on samankaltaiset päästöprofiilit, mutta vaikka ensin mainittu voi tuottaa typpioksidia ja pieniä määriä hiilidioksidia, jälkimmäinen tuottaa vain vesihöyryä.

Tämän seurauksena useat autonvalmistajat, kuten BMW Group, Toyota ja Hyundai Motor, suunnittelevat aktiivisesti polttokennoajoneuvoja. Hiljattain Alpine julkisti myös vetykäyttöisen konseptisuperautonsa, Alpine Alpenglow'n, joka tuottaa 740 hevosvoimaa 7 600 kierroksella minuutissa, saavuttaa 9 000 kierroksen rajan ja huippunopeuden 320 km/h.

Mutta kuten hiljattain jaettiin, vedyllä on omat kustannuksensa ja infrastruktuuriin liittyvät esteet, joihin on puututtava poliittisella tuella, investoinneilla ja julkisen ja yksityisen sektorin kumppanuuksilla käyttöönoton edistämiseksi.

Sitten on synteettisiä polttoaineita eli e-polttoaineita, jotka tuotetaan talteenotetusta hiilestä ja vihreästä vedystä. Tämä vaihtoehtoinen polttoaine luodaan kemiallisen prosessoinnin avulla. Useimmat synteettiset polttoaineet on tuotettu käsittelemällä olemassa olevia fossiilisia polttoainelähteitä, kuten muuntamalla maakaasua polttoöljyiksi, nesteyttämällä hiiltä ja muuttamalla sitä dieseliksi ja bensiiniksi sekä viime aikoina muuntamalla puuta tai eläinjätettä polttoöljyiksi.

Nämä vaihtoehdot kuitenkin hyödyntävät kiinteää tai sidottua hiiltä, ​​mikä tarkoittaa, että ne vapauttavat hiilidioksidia ilmakehään. Sähkökäyttöiset polttoaineet poistavat tämän ongelman poistamalla riippuvuuden fossiilisista polttoaineista ja mahdollistamalla energiaintensiivisten alojen hiilidioksidipäästöjen vähentämisen.

Nämä polttoaineet valmistetaan uuttamalla hiilidioksidia ilmakehästä, ja jos palamisen aikana vapautuvat päästöt vastaavat niiden tuottamiseen käytetyn hiilidioksidin määrää, menetelmää pidetään hiilineutraalina.

Sähköisen polttoaineen syntetisoimiseksi CO2 hankitaan joko ilmasta talteen ottamalla, mikä imee hiilidioksidia suoraan ympäröivästä ilmakehästä käyttämällä nestemäisiä liuottimia tai kiinteitä sorbentteja tai ottamalla talteen muista teollisista prosesseista peräisin olevaa hiilidioksidia. Talteen otettu hiilidioksidi yhdistetään sitten vedyn kanssa ja altistetaan korkeille lämpötiloille ja paineille, jotka muuttavat sen hiilivedyiksi.

Yhdessä nämä ratkaisut auttavat puuttumaan dieselin ympäristövaikutuksiin ja tasoittavat tietä puhtaammalle ja kestävämmälle liikenteen tulevaisuudelle.

Investoiminen puhtaampaan teknologiaan

Cummins Inc. (CMI -0.56%) on yksi maailman johtavista diesel- ja maakaasumoottoreiden valmistajista, erityisesti raskaisiin kuorma-autoihin ja teollisuussovelluksiin.

Yritys investoi aktiivisesti hiilidioksidipäästöjen vähentämiseen tähtääviin teknologioihin, kuten vetymoottoreihin, polttokennoihin ja edistyneisiin jälkikäsittelyjärjestelmiin. ”Destination Zero” -strategiansa avulla Cummins pyrkii parantamaan dieselin hyötysuhdetta ja päästöjä lyhyellä aikavälillä ja samalla laajentamaan nollapäästöratkaisuja pitkällä aikavälillä.

Globaali sähköratkaisuyritys toimii muutamien keskeisten segmenttien kautta.

Komponentit-segmentti suunnittelee ja valmistaa akseleita, jarruja, voimansiirtolinjoja ja jousitusjärjestelmiä, kun taas Voimajärjestelmät-segmentti keskittyy vaihtovirtageneraattoreihin ja päägeneraattorisarjoihin. Sen Accelera-segmentti valmistaa ja tukee sähköistettyjä voimajärjestelmiä, mukaan lukien akku-, polttokenno- ja sähkökäyttöisiä voimansiirtoteknologioita sekä vedyntuotantoteknologioita. Sitten on Moottorit-segmentti, joka valmistaa erilaisia ​​maakaasu- ja dieselkäyttöisiä moottoreita, kun taas Jakelu-segmentti tukee sähköntuotantojärjestelmiä, suuritehoisia moottoreita sekä raskaita ja keskiraskaita moottoreita.

Dieselinnovaatioiden tasapainottaminen pitkän aikavälin energiamurroksen tavoitteiden kanssa on auttanut CMI:n osakkeita nousemaan 6.65 % vuoden alusta ja 68.78 % viimeisen vuoden aikana, ja niiden hinta on nyt 543.42 dollaria. Tämän ansiosta 75 miljardin dollarin markkina-arvon omaavan Cumminsin osakekohtainen tulos (TTM) on 20.51 ja P/E (TTM) 26.54. Se maksaa osinkoa 1.47 %.

Yhtiön taloudellisen aseman osalta Cumminsin liikevaihto oli 33.7 miljardia dollaria koko vuodelta 2025. Sen jakelu- ja sähköjärjestelmäsegmentit saavuttivat viime vuonna ennätyksellisen myynnin ja kannattavuuden, mitä vauhditti "tietokeskusten varavirran vahva kysyntä". Sen GAAP-nettotulos kyseisellä kaudella oli 2.8 miljardia dollaria ja laimennettu osakekohtainen tulos oli 20.50 dollaria.

Käteisosinkoa korotettiin 16. peräkkäisenä vuonna, ja Cummins palautti osakkeenomistajille osinkojen kautta hieman yli miljardi dollaria.

Nämä ”vahvat operatiiviset tulokset” tulivat ”huolimatta Pohjois-Amerikan kuorma-automarkkinoiden jatkuvasta heikkoudesta”. Toimitusjohtaja Jennifer Rumseyn mukaan ”Vuosi 2025 oli Cumminsille historiallinen, sillä edistyimme merkittävästi keskeisten strategisten prioriteettien edistämisessä ja jatkoimme suorituskyvyn parantamista sykli sykliltä toiselle”.

Cummins raportoi myös koko vuodelta 2025 458 miljoonaa dollaria eli 3.28 dollaria laimennettua osaketta kohden Acceleran elektrolyysiliiketoimintaan liittyviä kuluja. Tämä toimenpide tehtiin osana strategista tarkastelua, joka käynnistettiin vastauksena vedyn käyttöönottoa koskevien odotusten muutoksiin, toiminnan virtaviivaistamiseksi ja jatkuvien kustannusten vähentämiseksi heikompien kysyntänäkymien valossa.

Samaan aikaan vuoden 2025 viimeisellä neljänneksellä Cumminsin liikevaihto oli 8.5 miljardia dollaria, GAAP-nettotulos 593 miljoonaa dollaria ja laimennettu osakekohtainen tulos 4.27 dollaria.

Segmenttikohtaisesti Acceleran myynti kasvoi eniten, 31 % 131 miljoonaan dollariin, elektrolyysilaitteiden asennusten ajoituksen ansiosta. Seuraavaksi eniten kasvoi Power Systemsin myynti 11 % 1.9 miljardiin dollariin lisääntyneen sähköntuotannon kysynnän ansiosta, erityisesti Pohjois-Amerikan, Kiinan ja Aasian ja Tyynenmeren alueen datakeskusmarkkinoilla.

Sähköntuotantotuotteiden, erityisesti datakeskussovellusten, kysyntä auttoi myös kasvattamaan jakelusegmentin myyntiä 7 % 3.3 miljardiin dollariin. Sitä vastoin komponenttisegmentin myynti laski 7 % 2.4 miljardiin dollariin Yhdysvaltojen keskiraskaiden ja raskaiden kuorma-autojen kysynnän laskun vuoksi, mutta Euroopassa ja Kiinassa kysyntä vahvistui. Samaan aikaan keskiraskaiden ja raskaiden kuorma-autojen kysynnän lasku Yhdysvalloissa ja Meksikossa johti moottorisegmentin myynnin 4 %:n laskuun.

Nyt, kuluvalle vuodelle, yhtiö ennustaa liikevaihdon kasvavan 3–8 prosenttia ja aikoo jatkaa vahvan liiketoiminnan kassavirran tuottamista sekä palauttaa 50 prosenttia liiketoiminnan kassavirrasta osakkeenomistajille pitkällä aikavälillä.

”Vuonna 2026 odotamme, että kysyntä Pohjois-Amerikan kuorma-automarkkinoilla paranee hieman, erityisesti vuoden jälkipuoliskolla, ja datakeskusten sähköntuotantomarkkinoiden vahvuus jatkuu. Cumminsilla on edelleen hyvät edellytykset investoida tulevaan kasvuun, saavuttaa vahvoja taloudellisia tuloksia ja palauttaa käteistä osakkeenomistajille vuonna 2026.”

– Rumsey

Viimeisimmät Cummins Inc.:n (CMI) osakeuutiset ja kehitys

Yhteenveto

Vaikka dieselmoottorit ovat kestävyytensä, korkean hyötysuhteensa ja merkittävän vääntömomenttinsa ansiosta olennainen osa lukuisia teollisuudenaloja, ne ovat myös merkittävä haitallisten päästöjen lähde, kuten typpioksidi-, hiukkas-, hiilimonoksidi-, hiilivety- ja rikkidioksidipäästöt. Nämä päästöt aiheuttavat vakavia terveysriskejä ja ovat ristiriidassa maailmanlaajuisten ilmasto- ja ilmanlaatutavoitteiden kanssa.

Water-in-Diesel Emulsion (WiDE) -teknologia tarjoaa tähän vakuuttavan ratkaisun. Se vähentää merkittävästi haitallisia päästöjä ilman moottorin uudelleensuunnittelua ja tarjoaa käytännöllisen ja kustannustehokkaan tavan puhtaampaan palamiseen.

Vaikka WiDE ei olekaan pysyvä korvike nollapäästöisille teknologioille, se voi olla ratkaisevassa siirtymävaiheessa. Yhdistettynä muihin innovaatioihin, kuten biodieselsekoituksiin ja uusiin puhtaisiin polttoaineisiin, se auttaa kuromaan umpeen kuilua perinteisen dieselriippuvuuden ja kestävän energiatulevaisuuden välillä.

Viitteet

^{1. Nnadozie, CF, Onuoha, CP, Oguzie, EE ja Emereibeole, EI (2025). Dieselin päästövähennysstrategioiden edistysaskeleet: keskittyen vesi-diesel-emulsioteknologiaan. Hiilitutkimus, 4, 45. https://doi.org/10.1007/s44246-025-00210-y}