Sivusto ei tue käyttämääsi selainta. Suosittelemme selaimen päivittämistä uudempaan versioon.

Lentoon aurinkoenergialla?

Lisätty 03.12.2018

Kesällä 2016 sveitsiläinen aurinkoenergialla toimiva yksipaikkainen lentokone Solar Impulse 2 kiersi maapallon. Matkaan kului 16 kuukautta. 

Kesällä 2018 Malmin lentokentällä esiteltiin slovenialaista kaksipaikkaista ultrakevyttä Pipistrel Alpha Electro -sähkölentokonetta, jossa on 21 kilowattitunnin akku ja lentoaika noin yhden tunnin.

Vaikka sähköllä pystytään jo nyt lentämään, nykyisenkaltaiseen massalentoliikenteeseen sähkölentokoneet tuskin tällä vuosisadalla pystyvät. Haasteet ovat yksinkertaisesti liian suuria. Esitän väitteeni tueksi joitakin lukuja mm. Robert Wilsonin artikkelista Flying without fossil fuels: the need for high energy density (Carbon Counter, 2015).

Artikkelissaan Wilson käyttää esimerkkinä Boeing 747 -lentokonetta, joka on suuri yli 400 matkustajaa kuljettava matkustajalentokone, jonka kantomatka voi olla lähes 15 000 kilometriä. Kone painaa nousussa 450 tonnia ja siinä on polttoainetta noin 200 tonnia (maksimi 239 000 litraa).

Boeing 747:n polttoainesäiliöt poltetaan loppuun kuudentoista tunnin lentomatkalla eli keskimääräinen lentokerosiinin kulutus on 4 litraa sekunnissa. Litrassa kerosiinia on energiaa 35 MJ eli 747:n moottorien keskimääräinen teho on lennon aikana 140 MW (tyypillinen ydinvoimala tuottaa sähköä 1000 MW:n teholla). Lentokoneen pinta-alaa kohti teho on yli 100 000 W/m2.

Modernit aurinkopaneelit tuottavat sähköä keskimäärin 20 W/m2 ja parhaalla paisteellakin alle 200 W/m2. Aurinkopaneeleilla vuorattu Boeing 747 pystyisi tuottamaan siis vain noin promillen lentokoneen tarvitsemasta tehosta (energiasta).

Oion hieman sähkömoottorin ja suihkuturbiinin toimintaa ja niiden eroavaisuuksia, mutta lukemat antavat osviittaa. Teslan akku täydessä latauksessa sisältää energiaa 0,5 MJ/kg. Lentokerosiinissa on energiaa 46 MJ/kg – lähes sata kertaa enemmän painoyksikköä kohti. Boeing 747 kuluttaa polttoainetta nousussa 10 kg/s, eli 12,5 litraa/s eli 460 MJ/s eli teho on 460 MW. Mikäli akustoa olisi sähkö-747:ssä saman verran kuin polttoainetta tavallisessa 747:ssä (200 tonnia), kaikki energia olisi kulutettu muutamassa minuutissa – siis käytännössä nousun aikana. Teknisesti en ymmärrä, kuinka satojen megawattien teho olisi siirrettävissä akuista koneen nostamiseen ilmaan ja kuinka akut jäähdytettäisiin.

Muutaman kymmenen vuoden akkukehitystyön tuloksena lentomatka voisi pidentyä sähkömatkustajakoneella puoleen tuntiin. Lentokoneen nousun tarvitsema satojen megawattien teho ja lennon vaatima energia voitaisiin periaatteessa saavuttaa ydinreaktorilla. Erinäisistä mm. turvallisuussyistä emme tulee ydinmatkustajalentoja kuitenkaan näkemään.

Vedyn tuotanto, varastointi, energiatiheys, polttokennoteknologia jne ovat puolestaan vetylentokoneiden esteenä.

Fossiiliselle lentokerosiinille vaihtoehdoksi jäävät jäljelle biopolttoaineet tai ns. sähköiset polttoaineet (electrofuels), joita poltetaan nykyisenkaltaisten matkustajakoneiden suihkumoottoreissa. Siirtyminen fossiilisista polttoaineista biopolttoaineisiin voi kuitenkin olla siirtymistä ojasta allikkoon. Kestäviä biopolttoaineita ei ole riittävää määrää ja nekin tai niiden vaatima maa-ala tulisi käyttää tarpeellisempiin kohteisiin kuin lentoliikenne (ks. lentolaskurini dontfly.org).

Vuonna 2012 ohjasin diplomityön aiheesta electrofuels. Siinä tutkittiin tuuli- ja aurinkosähkön ja talteenotetun hiilidioksidin käyttämistä nestemäisten polttoaineiden valmistamiseen. Ongelmina ovat mm. huono hyötysuhde (hiilidioksidin talteenotto, vedyn tuotanto elektrolyysillä, prosessi jossa hiilidioksidi ei halua luopua hapestaan) ja ekonomia. On myös kyseenalaista kannattaako puhdas ylijäämäsähkö käyttää nimenomaan lentokerosiinin tai muiden nestemäisten polttoaineiden valmistamiseen. 

Viimeisen 20 vuoden aikana lentomatkustajien määrä on kasvanut maailmassa keskimäärin 5,16 % vuodessa. Mikäli kasvu jatkuu entisenlaisena, lentomatkustamisen määrä on kaksinkertainen nykyiseen verrattuna vuonna 2032. Maailman hiilidioksidipäästöt ovat 20 vuoden aikana kasvaneet keskimäärin 1,95 % vuodessa. Lentoliikenteen kasvihuonekaasupäästöt ovat kasvaneet 20 vuoden aikana keskimäärin 1,07 % vuodessa. Kasvihuonekaasupäästöt ovat siis kasvaneet hitaammin kuin matkustajamäärät. Syitä ovat olleet lähinnä suuremmat koneet, suuremmat täyttöasteet ja tekniset ja lentoreititykseen liittyvät parannukset.

Täyttöasteita on parannettu mm. joustavalla hinnoittelulla, joka on toisaalta todennäköisesti lisännyt turhaa matkustelua. Esimerkiksi lama voi vaikuttaa täyttöasteisiin myös toiseen suuntaan.

Yhteenvetona voi todeta, ettei kestäviä vaihtoehtoja nykyisenkaltaisen ja -volyymisen saatikka alati kasvavan lentoliikenteen korvaamiselle sähköllä, biopolttoaineilla tai muilla vaihtoehdoilla ole näköpiirissä. Ilmastonmuutoksen kiihtyessä on kuitenkin tarve toimia nopeasti myös lentoliikenteessä ja ainoaksi vaihtoehdoksi näyttää jäävän lentoliikenteen rajoittaminen tavalla tai toisella.

Euroopan sisäisillä lennoilla on olemassa pliisu päästökauppajärjestelmä, jossa päästöoikeuksia on annettu avokätisesti ja pienestä osasta lennoista lentojaan kasvattaneet yhtiöt maksavat päästömaksuja. Vuonna 2017 esimerkiksi Finnair maksoi 3,5 miljoonaa euroa ja tänä vuonna 11 miljoonaa euroa päästömaksuja. Finnairin polttoaine on täysin verovapaata (kuten kaikkialla maailmassa). Vuonna 2017 Finnairin koneet polttivat kerosiinia 1,15 miljardia litraa. 

Maaliikenteessä bensiinistä maksetaan veroja lähes sentilleen euro per litra, joten vastaava vero kerosiinille tarkoittaisi Finnairin tapauksessa 1,15 miljardia euroa (yli 300 kertaa enemmän kuin Finnairin viime vuonna maksamat maksut). Jossain määrin on hämmentävää, että suomalainen tai eurooppalainen autolla työhön mennessään maksaa polttoaineesta veroa euron litralta ja Thaimaahan matkustaessaan nolla senttiä litralta.

Lentoliikenteen vähentäminen olisi kasvihuonekaasujen päästöjen vähennyskeinona lopulta helppo hedelmä poimittavaksi, koska se kohdistuu pitkälti turhaan luksukseen.

 

Kimmo Klemola, tekniikan tohtori (öljynjalostus)