Biologiset polttoaineet moottoripyörässä

Vähän moottoripyöräpuolella
Tätä osa-aluetta, muun muassa korvaavien polttoaineiden osalta, on käsitelty hyvin vähän niin harrastajien piirissä että poliitikkojen tai viranomaisten toimesta. Vaikkakin nykyinen poliittinen johto ei pidä biopolttoaineiden käyttöä kannatettavana, ainakaan toistaiseksi, tulee asia lähemmän tarkastelun alle ennemmin tai myöhemmin. Arvattavasti kuitenkin niin että yksi ajoneuvoryhmä, kaksipyöräiset, unohdetaan. Siksi pyrinkin nyt ottamaan hieman etuottoa aiheeseen.

Vaihtoehdot, kaasu
Moottoripyörän rakenteesta johtuen, ja mikäli pitäydytään kuitenkin nykyisen moottoritekniikan puitteissa, voidaan vaihtoehdoista hylätä kaasumaisessa muodossa olevat polttoaineet suuren tilantarpeensa vuoksi.

Nestekaasu
Nesteytettyjen kaasujen käytölle on olemassa parempia säilöntämenetelmiä mutta painesäiliöiden turvallisuus aiheuttanee hankaluuksia onnettomuustilanteessa.

Kiinteä
Kiinteistä polttoaineista ei liene toistaiseksi kunnollista sovellutusta mp käyttöön. Vaikka ratkaisuja on aiemmin aiheesta esitetty. Tarvitaan kuitenkin perä- tai sivuvaunu polttoaineen ja –laitteiston kuljettamiseen.

Polttokenno
Akkujen sekä polttokennotekniikan kehittyessä on tietysti sähkökäyttö mahdollista mutta se tarvitsee aivan oman voimantuottojärjestelmän syrjäyttämään polttomoottorin.

Diesel, biodiesel, jokin muu
Toistaiseksi selkeämmäksi vaihtoehdoksi jää suhteellisten korkeiden lämpöarvojen omaavien polttonesteiden käyttö. Joitakin dieselkäyttöisiä moottoripyöriä on markkinoilla satunnaisesti näkynyt mutta niiden kehitystyö ei ole tuonut, ainakaan toistaiseksi, esille nykymotoristia tyydyttävää ratkaisua joten voinemme hylätä biodieselin vaihtoehtona.

Etanoli ja metanoli
Tunnetuista polttoainevaihtoehdoista jäljelle jäävät alkoholit, mm etanoli ja metanoli. Metanolia on käytetty moottoripolttoaineena jo pitkään, erityisesti kilpailutoiminnassa. Se on yksi varteenotettava vaihtoehto, vaikkakin jossain määrin myrkyllinen. Hieman alhaisemman lämpöarvon omaava etanoli, siis aivan se sama aine jota käytetään yleisesti juomasekoituksissa antamaan niille halutun maun ja ominaisuudet, sopii myöskin korvaavaksi polttoaineeksi ja on vähemmän myrkyllinen kuin bensiini. Sen hajoamistuotteet eivät kuormita luontoa merkittävästi varsinkaan nykyisiin fossiilisiin polttoaineisiin verrattuna.

Käyttökokemuksia etanolista
Pari vuotta sitten Nesteen ja ST1:sen huoltoasemilla tankanneet saivat 95E-bensiinin mukana 3-5% etanolia sekoitettuna bensiiniin. Kokeilu tehtiin silloin valtoin veroavustuksella pudottamalla etanolin veroa siten että myydyn polttoaineen lopullinen hinta oli sama kuin ilmankin etanolia.

Etanolikestävyys
Tämä laaja kokeilu osoitti että nykyinen ajoneuvokalusto sietää ilman muutoksia miedon seossuhteen. Tätä runsaammin bensiiniin sekoitettuna etanolilla on syövyttäviä vaikutuksia. Erityisesti kumimateriaalit eli pääosin polttoainejärjestelmien tiivisteet ovat vaikutukselle alttiita. On kuitenkin yleisesti saatavilla tiivistemateriaalia joka kestää myös etanolin haitalliset vaikutukset.

Näin naapurissa
Naapurimaassamme Ruotsissa on alkoholikäyttöisten ajoneuvojen osuus kasvanut verotuksen muutosten suosiollisella avustuksella todella laajaksi. Puhutaan jo kymmenistä tuhansista 85% etanoli-bensiini seoksella kulkevista autoista.

Onko unohdettu  jotain
Moottoripyöristä ei sielläkään puhuta mitään. Huhut tosin kertovat että etanoli-bensiiniseoksella kulkevilla autoilla olisi kovilla pakkasilla ongelmia. Lienee motoristiajattelun puitteissa pienehkö haitta. Sitä paitsi siirtyminen bensiinikäyttöön takaisin ei aiheuta näissä autoissa kuin sen että joutuu ostamaan kalliimpaa polttoainetta tankkiin. Myös muualla Euroopan alueella ollaan jo pitkällä autojen tekemisessä jo valmistusvaiheessa etanolikäytölle soveliaiksi. Brasiliassa on jo vuosikymmenet ajettu ruokosokeripohjaisella alkoholilla. 

Soveltuvuus nykyiseen moottoripyörään
Edellä jo mainittiin että polttoainejärjestelmä on tehtävä etanolinkestäväksi. Kaasutinmoottorit kannattanee tässä vaiheessa unohtaa ja keskittyä polttoaineen epäsuoralla ruiskutuksella varustettuihin ratkaisuihin. Kaasutinmoottoritkin toki voidaan varustaa ruiskulla. Toteutus voidaan tehdä parilla tapaa: Eri polttoainelaadut sekoitetaan tankissa jo valmiiksi seokseksi ja siirretään polttoainejärjestelmän avulla sylintereihin muutettavaksi pyöriväksi liikkeeksi. Toinen tapa on jakaa polttoainesäiliö kahteen osaan jossa toisessa on etanoli ja toisessa bensiini. Bensiinillä moottori käynnistetään ja sitten siirrytään vaiheittain käyttämään, mahdollisesti jopa pelkkää etanolia, automatiikan ohjaamana.

Flexifuel tai bifuel
Ensimmäinen seosjärjestelmä edellyttää että moottori on suunniteltu/muutettu juuri käytettävää seoslaatua silmällä pitäen puristussuhteeltaan oikeaksi. Tällöin polttoaineseossuhteen laajasti muuttaminen jälkikäteen ei onnistu. Tuo toinen tapa edellyttää hieman enemmän moottorin ulkopuolista tekniikkaa mutta soveltuu parhaiten jälkiasennettavaksi osaan nykyisiä moottoripyöriä. Tämä järjestelmä ei myöskään pudota moottoritehoa alkuperäiseen bensiinikäyttöiseen verrattuna. Bensiinin ja etanolin vuoroittainen tai sekakäyttö riippuu kuljettajan valinnoista kuinka hän käsittelee kaasukahvaa. Tehoa tarvittaessa automatiikka valitsee polttoaineeksi bensiinin ja tasaisessa matka-ajossa, jossa tehontarve on pienempi, siirrytään automaattisesti etanolikäyttöön.

Muuttuva puristussuhde
Koska käytössä on kahta eri puristussuhdetta vaativaa polttoainetta joiden keskinäinen seossuhde vieläpä vaihtelee on puristussuhteen muuttaminen jatkuvatoimiseksi välttämätöntä. Tämä ei kuitenkaan edellytä itse moottorin rakenteeseen muutoksia. Ulkoinen mekaaniselektroninen ohjausjärjestelmä hoitaa asian. Tekniikka tähän on jo olemassa. Järjestelmää käytettäessä on lisäksi mahdollista muokata moottorin käyttöominaisuuksia kuten vääntömomentin huippukohdan siirtäminen alemmalle kierrosluvulle tai huipputehon nosto. Jälkimmäinen tosin polttoainetalouden kustannuksella koska virittäminen aina vaatii ”veronsa”. Haittapuoleksi voi mainita että tarvitaan kaksi polttoainesäiliötä. Toisaalta on mahdollista ajaa vain pelkällä bensiinillä jos etanolia ei olisikaan sattumoisin saatavilla.
Kustannukset

Mallia naapurista
Ruotsissa, jossa tällaisten järjestelmien asentaminen on jo arkipäivää ja sarjatyötä autoihin, kustannusten kerrotaan olevan halvimmillaan n. 2000 Euron luokkaa. Todennäköisesti moottoripyörään järjestelmän asentaminen ainakin aluksi tulisi korkeammaksi. Kustannuksethan tulisivat takaisin polttoaineessa saatavan mahdollisen hinnanalennuksen muodossa. Etanolin vähittäismyyntihinta on alle euron per litra. Lisäksi tulee ajoneuvokäyttöön laadittu käyttövoimavero.

Esteet
Lakiin sisällytetyt pykälät suurelta osin säätelevät mitä moottoripyörään saa tehdä ja mitä ei. Laki on tällä hetkellä muutostilassa mutta siinä ei kuitenkaan, toistaiseksi, ole huomioitu tällaista mahdollisuutta muuttaa polttoainetyyppiä.

Fiskaaliset maksut ja verotus
Verotus on myöskin esteenä tämän kaltaiselle ympäristöystävälliselle teolle. Myös muutoskatsastus maksaa. Tieliikennekäyttöön hyväksymättömän polttoaineen verotus on käsittämättömän korkealla tasolla ja sen käytöstä veron lisäksi seuraa muitakin sanktioita, aluksi tuntuvan sakon muodossa.

Asiassa vastustusta
Asenteet ympäristöystävällisyyden kohdalla ovat myöskin kielteiset toistaiseksi. Lisäksi valtiovalta haluaa suojella omien, mineraalipohjaisten polttoaineiden, tuotantoa ja jakelua.

Asenteet
Kuluttajien epäluulo ja asenteet saattavat aluksi olla esteenä ottaa vastaan uutta tekniikkaa.

Muutos tulee
Ympäristöystävällisyys tulee kasvamaan jatkuvasti ja se tuo mukanaan väkisinkin muutokset lainsäädäntöön siten että liikkuminen vain ympäristöystävällisillä ajoneuvoilla on sallittua.

Unohtuuko jotain
Jos moottoripyörät unohdetaan, kuten niin usein lainsäädäntöä muokatessa on sattunut, ja niiden kehittämistä ei huomioida ajoissa on vaara että jatkossa tullaan rajoittamaan niiden käyttöä esimerkiksi taajama-alueilla.
Käytännön sovellutusesimerkki

Kokeilua
Yhtymän Miesten talli, tämä meidän ennakkoluulottomuuden linnakkeemme, on ryhtynyt kehittämään tätä edellä kuvailtua järjestelmää. Valitettavasti katukäyttöön soveltuvaa moottoripyörää, lainsäädännöstä johtuen, ei vielä nykyisin voi lailliseksi tehdä.

Sama rakenne
Moottorin sisäiset rakenteet säilytetään ennallaan. Pyörään tehdään vain tiettyjä rakenteellisia lisäyksiä. Tärkeimmät niistä ovat polttoainesäiliö etanolille, rinnakkaiset ruiskutusjärjestelmät bensiinille ja etanolille sekä puristussuhteen nostamiseen tarkoitettu mekaaninen ahdin. Pakokaasuahdin ei järjestelmässä yksinään riittäisi koska puristussuhdetta joutuu muuttamaan tarkasti ja läpi koko kierroslukualueen moottorin kuormituksen mukaan. Kun moottori käynnistetään on polttoaineena lähes yksin omaan bensiini. Moottorin lämmettyä ja kierrosluvun noustessa aktivoituu etanoliruiskutus ja ahtopaine nousee vastaamaan etanolin vaatimaa korkeampaa puristusta. Jos kesken matkanteon, kun tasakaasulla polttoaineena on etanoli, tarvitsee lisää tehoa esimerkiksi ripeään ohitukseen aktivoituu vuorostaan bensiiniruiskutus. Ahtopainetta ei tällöin tarvitse laskea koska silloin tehoa nimenomaan tarvitaan vain lyhytaikaisesti. Suljettaessa kaasu kokonaan ruiskutus katkeaa ja siirrytään moottorijarrutukseen. Hitaasti kaasua lisättäessä valikoituu pääosin polttoaineeksi jälleen etanoli, jne.

Jäännöshappimittaus eli lambda
Pakokanavassa sijaitseva jäännöshappitunnistimen takaisinkytkentä huolehtii siitä että palava polttoaineseossuhde pysyy optimaalisena. Käytännössä tämä merkitsee sitä että matka-ajo sujuu etanolilla ja poikkeustilanteissa siirrytään bensiinikäytölle, kuitenkin niin että etanolia poltettaessa joukossa on vähintään 15 – 20% bensiiniä. Tehoa käytettäessä päin vastoin.

Ehkä näin
Tässä on esitetty yksinkertaistettu periaate. Tarkemmista yksityiskohdista tulee lisää tietoa kokeilujen edetessä.

Yksinkertaisempi versio
Polttoaineet sekoitetaan valmiiksi esimerkiksi 40% etanolia ja 60% bensiiniä. Polttoaineen ruiskutusjärjestelmä säädetään pysyvästi tälle suhteelle ja ahtopaine myös. Haittapuolena että juuri tämän polttoaineseoksen saatavuus ei toistaiseksi ole matkan varrella taattu ja polttoaineen vaihdon aiheuttamien muutosten tekeminen järjestelmään vaatisi uudelleen säätämistä. Tämän ratkaisun kehittäminen vaatii vielä miettimistä. Tässä järjestelmässä hyvänä puolena on sen yksinkertaisuus ja ulkoisten muutosten vähyys.

Yksinkertaisin versio
Muutetaan moottoripyörän moottorin puristussuhde toimimaan käytettävän polttoaineen mukaan. Tämä vaatii moottorin rakenteen muuttamista esimerkiksi vaihtamalla männät ja/tai muuttamalla puristustilan kokoa. Tämän menetelmän käyttö edellyttää käytettävän yhtä ja samaa polttoainelaatua sekä todennäköistä tehon alenemista jos polttoaineena on etanoli.

Kommentti 12 vuotta myöhemmin
Perusasiat vaikuttivat olleen itselläni selvillä. Vaan ei sitä että etanoli tuottaakin paremmin tehoa. Tosin teho-kulutus-suhde ei ole niin hyvä kuin bensiinillä.
Joihinkin kohtiin voisi laittaa lainausmerkkejä.

Tuhansia kilometrejä
Testejä tuli tehtyä etanolilla varsin pitkään vapaasti hengittävällä moottorilla että myös mekaanisen ahtimen siivittämänä. Matkaa tuli tehtyä etanolin voimalla Pohjanmaalle, Karjalaan, Savoon ja hieman Kainuuseenkin. Tosin polttoaineen jakelun puute hankaloitti asiaa.

Etanoli on käyttökelpoinen polttoaine myös moottoripyörässä.