WiDE: Dieselmoottorin käyttöiän pidentäminen hiilineutraaliutuvassa maailmassa

Liikenne vastaa noin viidestäosasta maailmanlaajuisista CO2-päästöistä, ja pelkkä maaliikenne aiheuttaa näistä kolme neljäsosaa.

Suurin osa näistä maaliikenteen päästöistä tulee henkilöajoneuvoista, kuten autoista ja busseista, ja sen jälkeen rahtiautoista. Vaikka bensiini on yleisin polttoaine kevyille ajoneuvoille, diesel on ensisijainen polttoaine kaupallisille ajoneuvoille, kuten kuorma-autoille ja busseille.

Tämä johtuu siitä, että tämä raakaöljystä destilloitu hiilivetyseos on tehokkaampi.

Dieselillä on itse asiassa 25 %–35 % parempi polttoainetehokkuus kuin bensiinillä, mikä tekee siitä parhaan vaihtoehdon kaupallisille ajoneuvoille. Polttoainetaloudellisuuden lisäksi dieselmoottorit tarjoavat paremman kiihtyvyyden ja vetokyvyn, vaativat vähemmän huoltoa ja ovat kestävämpiä.

Mutta samalla diesel on yksi suurimmista ilman saasteiden lähteistä, kuten noki, hiilimonoksidi (CO), typpioksidit (NOx), rikkioksidit (SOx), hiilivedyt (HC) ja hiukkaset (PM).

Dieselmoottorit myös päästävät hiilidioksidia (CO2), joka vaikka ei ole yhtä myrkyllinen kuin muut kaasut, on merkittävä kasvihuonekaasu. Tiedot osoittavat, että dieselpolttoaineen kulutus vastasi noin 25 % Yhdysvaltojen kokonaisliikenteen sektorin CO2-päästöistä vuonna 2022.

Auttaakseen vähentämään dieselpolttoaineen haitallisia vaikutuksia terveyteemme ja ympäristöön, Nigerian Federal University of Technology Owerri (FTO) -tutkijat kääntyivät Water-in-Diesel Emulsion (WiDE) -teknologian puoleen ja tunnistivat sen lupaukselliseksi strategiaksi dieselmoottorien saastumisen vähentämiseksi¹ samalla säilyttäen tai jopa parantaen niiden suorituskykyä.

Dieselpäästöt: Miksi ne pysyvät merkittävänä saasteongelmana

Merkittävänä haitallisten päästöjen lähteenä dieselmoottorit aiheuttavat vakavia terveysriskejä, kuten hengitystieongelmia ja sydän- ja verisuonitauteja. Ne myös edistävät ympäristöongelmia, kuten sumua, happosateita ja ilmaston lämpenemistä.

Ilmanlaatuvaikutusten lieventämiseksi pakkaus- sytytysmoottorit käyttävät erilaisia päästöjen hallintateknologioita, kuten dieseloksidaattikatalyytteja (DOC), selektiivistä katalyyttistä reduktiota (SCR), pakokaasujen kierrätystä (EGR) ja dieselhiukkassuodattimia (DPF).

Vaikka nämä teknologiat voivat vähentää päästöjä, ne eivät poista niitä kokonaan, ja lisäksi ne lisäävät moottorien kustannuksia ja monimutkaisuutta.

Esimerkiksi DOC vähentää tehokkaasti CO:ta ja HC:ta, mutta sillä on vähäinen vaikutus hiukkas- ja NOx-päästöihin, kun taas DPF on tehokas hiukkaspäästöjen vähentämisessä, mutta ei käsittele CO:ta tai NOx:ia, jotka voidaan kustannustehokkaasti vähentää EGR:llä, mutta se saattaa hieman lisätä hiukkaspäästöjä.

Muita vaihtoehtoja ovat esimerkiksi biodiesel, joka on peräisin biomassasta ja on onnistunut merkittävästi vähentämään PM-, CO- ja HC-päästöjä, mutta se saattaa lisätä NOx-päästöjä.

NOx- ja PM-muodostus, kuten FTO-tutkijat havaitsivat tutkimuksessaan, riippuvat lämpötilasta ja osoittavat käänteisen suhteen, mikä tarkoittaa, että toisen vähentäminen usein lisää toista.

Ratkaisu tähän ongelmaan on lisätä vettä polttokammioon, mikä merkittävästi vähentää sekä NOx- että PM-päästöjä. Nyt on olemassa muutamia eri tapoja lisätä vettä dieselmoottoreihin. Näihin kuuluvat Fumigating Water into the Inlet Manifold (FWIM) ja Direct Water Injection (DWI), jotka vähentävät NOx- ja PM-päästöjä, mutta voivat lisätä HC- ja CO-päästöjä.

On vielä yksi helppo mutta tehokas tapa vähentää dieselmoottorin saastumista, ja se on Water-in-Diesel Emulsion (WiDE).

WiDE: Dieselmoottorin käyttöiän pidentäminen hiilineutraaliutuvassa maailmassa

Veden sekoittaminen dieseliin, jota helpottavat pinta-aktiiviset aineet, osoittaa myönteisiä vaikutuksia päästöjen vähentämiseen, moottorin suorituskykyyn ja palamistehokkuuteen. Tämä tekniikka voi todellakin leikata NOx-päästöjä yli 60 % säilyttäen samalla vahvan suorituskyvyn, tai jopa joskus parantaen moottorin tehokkuutta.

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

WiDE-teknologia: Kuinka Water-in-Diesel vähentää päästöjä ja parantaa suorituskykyä

Kun sekoitetaan, diesel pyrkii kellumaan pinnalla, koska se on kevyempää kuin vesi. Emulsio-polttoaine on kuitenkin kahden sekoamattoman nesteen seos, jossa yksi aine on jakautunut toisen sisään. Emulsio luodaan siis korkea-energiatekniikoilla pinta-aktiivisten aineiden avustuksella.

Jotta dieselmoottori voi toimia emulsio-polttoaineella, WiDE:n stabiilisuusajankohta on kriittinen, sillä emulsioiden vakauden heikkeneminen moottorin käydessä vaikuttaa negatiivisesti palamisjärjestelmään ja voi aiheuttaa moottorin ennenaikaisen hajoamisen.

Erityiset kemikaalit, joita kutsutaan pinta-aktiivisiksi aineiksi, ovat olennaisia diesel- ja vesiseoksen tasaisessa sekoittamisessa. Ne luovat vakaita emulsioita vähentämällä kahden välisen pinnajännityksen, siten sitoo ne yhteen.

WiDE-teknologiassa hyvin pienet vesipisarat sekoitetaan diesel-polttoaineeseen, ja pinta-aktiivisia aineita lisätään pitämään ne tasaisesti sekoittuneina, jolloin emulsio pysyy vakaana jopa 60 päivän ajan. Kun tämä yhdistelmä palaa moottorin sisällä, vesipisarat haihtuvat nopeasti, laukaisten ilmiön, jota kutsutaan “mikro-rynnäkkäyksiksi”, ja se hajottaa polttoaineen hienommiksi hiukkasiksi.

Tämä parantaa ilman ja polttoaineen sekoittumista palamisen aikana, alentaa huippupalamislämpötiloja ja vähentää typpioksidien muodostumista. Täydellinen palaminen myös vähentää noki- ja PM-päästöjä.

Kun otetaan huomioon tämän yksinkertaisen tekniikan potentiaali merkittävästi vähentää dieselmoottorin saastumista ilman moottorin uudelleensuunnittelua, FUTO:n tutkijat tarkastelivat tarkemmin teknologiaa ja sen lupausta nopeana keinona puhtaampaan dieselkäyttöön analysoimalla tutkimuksia eri puolilta maailmaa.

WiDE-analyysissä tarkasteltujen tutkimusten mukaan dieselmoottorien käyttö WiDE-polttoaineella voi dramaattisesti vähentää haitallisia päästöjä. Erityisesti NOx-päästöt vähenivät 67 % ja PM-päästöt 68 % verrattuna tavalliseen diesel-polttoaineeseen, mikä “asettaa sen puhtaampana vaihtoehtoisena polttoaineena dieselmoottoreille.”

Ympäristöetuuksien lisäksi useat kokeet raportoivat myös suorituskykyetuja. Näihin kuuluu jarrulämpötehokkuuden (BTE) parantuminen, mikä mittaa järjestelmän tehokkuutta polttoaineen muuntamisessa hyödylliseksi työksi. Lisäksi tutkimukset muista moottorin suorituskykyominaisuuksista, kuten jarrutehosta, BSFC:stä ja vääntömomentista, osoittavat lupaavia tuloksia WiDE:n kanssa.

Näin ollen WiDE-moottorit eivät ainoastaan tuota puhtaampaa pakokaasua, vaan ne myös hyödyntävät polttoainetta tehokkaammin.

“Water-in-diesel-emulsiot ovat käytännöllinen ja kustannustehokas tapa tehdä dieselmoottorit puhtaammiksi,” sanoi pääkirjoittaja tohtori Chukwuemeka Fortunatus Nnadozie. “Koska teknologia ei vaadi moottorin uudelleensuunnittelua, se tarjoaa välittömän polun alhaisempien päästöjen saavuttamiseen sekä kehittyvissä että kehittyneissä maissa.”

Samaan aikaan tarkastelu pinta-aktiivisten aineiden merkityksestä paljasti, että oikean pinta-aktiivisen aineen ja sen konsentraation valinta on avain emulsioiden vakauteen, mikä vaikuttaa sekä polttoaineen suorituskykyyn että turvallisuuteen.

Tutkijat havaitsivat, että useiden pinta-aktiivisten aineiden käyttö tuottaa parhaat tulokset, parantaen sekä polttoaineseoksen vakautta että moottorin sisäisen palamisen laatua.

Kannustavista tuloksista huolimatta tutkijat korostivat lisätyön tarvetta, keskittyen pinta-aktiivisten aineiden yhdistelmien tarkentamiseen ja emulsioiden pitkäaikaisvaikutusten arviointiin moottorin komponenteissa.

Entistä tärkeämpää on, että WiDE voi tarjota käytännöllisen tavan vähentää saastumista nykyisissä toimivissa moottoreissa ja tukea muita puhtaita teknologioita sen sijaan, että korvaisi puhtaampia, pitkäaikaisia ratkaisuja. Polttoainemenetelmän yhdistäminen biodieseliin ja kehittyneisiin päästöjen hallintajärjestelmiin voi tiimin mukaan tukea laajempia ilmasto- ja ilmanlaatutavoitteita.

“Tämä teknologia voi kaventaa kuilua perinteisen dieselkäytön ja puhtaamman energiatulevaisuuden välillä,” sanoi yhteiskirjoittaja professori Emeka Emmanuel Oguzie. “Oikealla koostumuksella ja testauksella siitä voi tulla tärkeä osa kestävää liikennettä ja teollisia energiajärjestelmiä.”

Vaihtoehdot dieselille: vähäpäästöiset polttoaineet ja puhtaat liikennevaihtoehdot

WiDE-teknologia on vain yksi monista tavoista, joilla liikennesektori voi vastata dieselin rajoituksiin. Puhdistavien vaihtoehtojen etsintä on johtanut lukuisiin polttoaineisiin ja propulsiojärjestelmiin, jotka voivat auttaa alaa saavuttamaan pitkäaikaisen hiilineutraaliuden. Yksi lupaava polku päästöjen vähentämiseen on biodiesel ja uusiutuva diesel, jotka ovat peräisin biomassasta.

Biodiesel valmistetaan kasviöljyjen, kuten soijaöljyn, auringonkukkaöljyn, rapsiöljyn ja palmuytimen, sekä eläinrasvojen ja kierrätetyn keittiööljyn transesteroinnilla. Levä on myös lupaava biomassan raaka-aine.

Uusiutuva diesel on samankaltainen kuin biodiesel, mutta se on hiilivety, joka on kemiallisesti yhtäpitävä öljypohjaisen dieselin kanssa.

Vety on myös ratkaisu, jolla voidaan rajoittaa kasvihuonekaasupäästöjä moottoriajoneuvoissa vety sisäisen polttomoottorin (H2ICE) ja vetypolttokennojen (FCEV) avulla. Molemmat voivat käyttää nollahiilidioksidipolttoainetta.

H2-ICE:ssä perinteiset sisäpolttomoottorit käyttävät vetyä dieselin tai bensiinin sijaan.

FCEV:t tuottavat sähköä vedystä polttokennossa, jossa vety yhdistyy happeen tuottaen sähköä, joka syöttää sähkömoottorin, aivan kuten sähköajoneuvossa.

Sisäpolttomoottorit ovat tehokkaimpia suurten kuormien alla, mikä tekee H2-ICE:stä sopivimman raskaiden kuorma-autojen käyttöön, kun taas FCEV:t ovat tehokkaampia kevyemmillä kuormilla, mikä tekee niistä ihanteellisia hinausautoihin tai betoniautokuljettimiin.

Sekä H2-ICE että FCEV:illä on samankaltainen päästöprofiili, mutta vaikka ensimmäinen voi tuottaa NOx- ja pieniä määriä CO2:ta, jälkimmäinen tuottaa vain vesihöyryä.

Tämän seurauksena useat autonvalmistajat, kuten BMW Group, Toyota ja Hyundai Motor, ovat aktiivisesti kehittämässä FCEV-hankkeita. Äskettäin Alpine esitteli vetykäyttöisen konseptisupersarjan Alpine Alpenglow, jonka teho on 740 hv 7 600 rpm:ssä, punainen raja 9 000 rpm ja huippunopeus 205 mph.

Kuitenkin, kuten äskettäin kerrottiin, vedyllä on omat kustannuksensa ja infrastruktuurihaasteensa, jotka on ratkaistava politiikkatuen, investointien ja julkisen‑yksityisten kumppanuuksien avulla käyttöönoton edistämiseksi.

Sitten on synteettiset polttoaineet, eli e-polttoaineet, jotka tuotetaan kaapattua hiilidioksidia ja vihreää vetyä käyttäen. Tämä vaihtoehtoinen polttoaine syntyy kemiallisesta prosessoinnista. Useimmat synteettiset polttoaineet on tuotettu käsittelemällä olemassa olevia fossiilisia lähteitä, kuten muuntamalla maakaasu polttoöljyksi, nesteyttämällä hiili ja muuttamalla se dieseliksi ja bensiiniksi, ja viime aikoina puun tai eläinjätteen muuntamista polttoöljyksi.

Nämä vaihtoehdot käyttävät kuitenkin kiinteää tai varastoitua hiiltä, mikä tarkoittaa, että ne vapauttavat CO2:ta ilmakehään. E-polttoaineet poistavat tämän ongelman poistamalla riippuvuuden fossiilisista polttoaineista, mahdollistaen energiatehokkaiden sektoreiden hiilineutraaliuden.

Nämä polttoaineet valmistetaan poistamalla CO2 ilmakehästä, ja jos palamisen aikana vapautuvat päästöt vastaavat CO2-määrää, joka on käytetty niiden tuotantoon, menetelmä katsotaan hiilineutraaliksi.

E-polttoaineen synteesiä varten CO2 hankitaan joko ilmakehästä, jossa CO2 imetään suoraan ympäröivästä ilmasta nestemäisten liuottimien tai kiinteiden sorbenttien avulla, tai kaappaamalla CO2 muista teollisuusprosesseista. Kaapattu CO2 yhdistetään sitten vetyyn ja altistetaan korkeille lämpötiloille ja paineille, jotka muuttavat sen hiilivetyiksi.

Yhdessä nämä ratkaisut auttavat torjumaan dieselin ympäristövaikutuksia ja raivaavat tietä puhtaammalle, kestävämmälle liikenne- tulevaisuudelle.

Investointi puhtaampiin teknologioihin

Cummins Inc (CMI ) on yksi maailman johtavista diesel- ja maakaasumoottoreiden valmistajista, erityisesti raskaiden kuorma-autojen ja teollisuuden sovellusten osalta.

Yritys investoi aktiivisesti hiilineutraaliusteknologioihin, kuten vety-moottoreihin, polttokennoihin ja kehittyneisiin jälkikäsittelyjärjestelmiin. “Destination Zero” -strategiansa kautta Cummins pyrkii parantamaan dieseltehokkuutta ja päästöjä lyhyellä aikavälillä samalla kun se skaalaa nollapäästöratkaisuja pitkällä aikavälillä.

Globaali energiaratkaisuyritys toimii useiden avainsegmenttien kautta.

Komponenttisegmentti suunnittelee ja valmistaa akselia, jarruja, voimansiirtojärjestelmiä ja jousitusjärjestelmiä, kun taas Power Systems -segmentti keskittyy alternaattoreihin ja päävirran generaattorijärjestelmiin. Sen Accelera-segmentti valmistaa ja tukee sähköisiä voimajärjestelmiä, mukaan lukien akku-, polttokennon- ja sähköisen voimansiirron teknologiat sekä vedyn tuotantoteknologiat. Sitten on Engine-segmentti, joka valmistaa erilaisia maakaasu- ja dieselkäyttöisiä moottoreita, ja Distribution-segmentti, joka tukee voimantuotantojärjestelmiä, suuritehoisia moottoreita sekä raskaita- ja keskitehoisia moottoreita.

Dieselinnovaation tasapainottaminen pitkän aikavälin energiasiirtymäntavoitteiden kanssa on auttanut CMI:n osakkeita nousemaan 6,65 % YTD ja 68,78 % viimeisen vuoden aikana, ja ne kaupankäyksessä ovat 543,42 $.

Tällä $75 miljardia markkina-arvoisella Cumminsilla on EPS (TTM) 20,51 ja P/E (TTM) 26,54. Se maksaa osinkotuoton 1,47 %.

Kun tarkastellaan yrityksen taloudellista asemaa, Cummins raportoi 33,7 miljardia dollaria liikevaihtoa koko vuonna 2025. Sen Distribution- ja Power Systems -segmentit saavuttivat viime vuonna ennätysmyyntiä ja kannattavuutta, johtuen “vahvasta kysynnästä datakeskusten varavoiman osalta.” GAAP-nettotulos kyseiselle ajanjaksolle oli 2,8 miljardia dollaria, ja laimennettu EPS oli 20,50.

Osinkoa nostettiin 16. peräkkäisenä vuonna, ja Cummins palautti yli 1 miljardia dollaria osakkeenomistajille osinkojen kautta.

Nämä “vahvat operatiiviset tulokset” tulivat “huolimatta Pohjois-Amerikan kuorma-automarkkinoiden jatkuvasta heikentymisestä,” CEO Jennifer Rumsey totesi: “Vuosi 2025 merkitsi historiallista vuotta Cumminsille, kun teimme merkittävää edistystä keskeisten strategisten prioriteettien edistämisessä samalla kun jatkoimme suorituskyvyn parantamista vuosi vuodelta.”

Koko vuoden 2025 osalta Cummins raportoi myös 458 miljoonaa dollaria, eli 3,28 $ laimennetulle osakkeelle, kuluja, jotka liittyvät Accelera-yksikön elektrolyysiliiketoimintaan. Tämä toimenpide toteutettiin osana strategista tarkastelua, joka käynnistettiin reagoitaessa vedyn omaksumisen odotusten muutoksiin, operaatioiden virtaviivaistamiseksi ja jatkuvien kustannusten vähentämiseksi heikomman kysynnän näkymän valossa.

Samaan aikaan vuoden 2025 Q4:ssä Cummins kirjasi 8,5 miljardia dollaria liikevaihtoa, GAAP-nettotulokseksi 593 miljardia dollaria ja laimennetuksi EPS:ksi 4,27 $.

Segmenttikohtaisesti Accelera-myynti kasvoi eniten, 31 % 131 miljardiin dollariin, johtuen elektrolyysilaitteiden asennusaikataulusta, jonka jälkeen Power Systems kasvoi 11 % 1,9 miljardiin dollariin, johtuen kasvaneesta sähkön tuotantokysynnästä, erityisesti datakeskusten markkinoilla Pohjois-Amerikassa, Kiinassa ja Aasian Tyynenmeren alueella.

Sähköntuotantotuotteiden kysyntä, erityisesti datakeskusten sovelluksissa, auttoi myös Distribution-segmentin myyntiä kasvamaan 7 % 3,3 miljardiin dollariin. Vastaavasti komponenttisegmentin myynti laski 7 % 2,4 miljardiin dollariin Yhdysvaltojen keskisuuren ja raskaiden kuorma-autojen heikentyneen kysynnän vuoksi, mutta se raportoi vahvempaa kysyntää Euroopassa ja Kiinassa. Samaan aikaan Yhdysvaltojen ja Meksikon keskisuuren ja raskaiden kuorma-autojen heikentynyt kysyntä johti 4 % laskuun moottorisegmentin myynnissä.

Nyt, kuluvan vuoden osalta yritys ennustaa liikevaihdon kasvavan 3 %–8 % ja aikoo jatkaa vahvan käyttökatevirran tuottamista sekä palauttaa 50 % käyttökatevirrasta osakkeenomistajille pitkällä aikavälillä.

“Vuonna 2026 odotamme, että kysyntä on hieman parempaa Pohjois-Amerikan maantiekuljetusmarkkinoilla, erityisesti vuoden toisella puoliskolla, yhdistettynä jatkuvaan vahvuuteen datakeskusten sähkön tuotannon markkinoilla. Cummins on hyvin asemoitu investoimaan tulevaan kasvuun, tuottamaan vahvoja taloudellisia tuloksia ja palauttamaan käteistä osakkeenomistajille vuonna 2026.”

– Rumsey

Uusimmat Cummins Inc. (CMI) -osaketuotteiden uutiset ja kehitykset

Yhteenveto

Vaikka dieselmoottorit ovat keskeisiä monilla teollisuudenaloilla kestävyyden, korkean tehokkuuden ja merkittävän vääntömomentin ansiosta, ne ovat myös merkittävä haitallisten päästöjen lähde, mukaan lukien NOx, PM, CO, HC ja SO2, jotka aiheuttavat vakavia terveysriskejä ja ovat ristiriidassa globaalien ilmasto- ja ilmanlaatutavoitteiden kanssa.

Water-in-Diesel Emulsion (WiDE) -teknologia tarjoaa tässä vakuuttavan ratkaisun. Vähentämällä merkittävästi haitallisia päästöjä ilman moottorin uudelleensuunnittelua, se tarjoaa käytännöllisen ja kustannustehokkaan polun puhtaampaan palamiseen.

Vaikka se ei ole pysyvä korvike nollapäästöteknologioille, WiDE voi toimia tärkeänä siirtymävaiheena. Yhdistettynä muihin innovaatioihin, kuten biodieselseoksiin ja nouseviin puhtaisiin polttoaineisiin, se auttaa kaventamaan kuilua perinteisen dieselin riippuvuuden ja kestävän energiatulevaisuuden välillä.

Viitteet

^{1. Nnadozie, C. F., Onuoha, C. P., Oguzie, E. E., & Emereibeole, E. I. (2025). Edistys dieselpäästöjen vähennysstrategioissa: keskittyminen water-in-diesel-emulsio-teknologiaan. Carbon Research, 4, 45. https://doi.org/10.1007/s44246-025-00210-y}