E10-bensiini: Viinaa lasiin vai tankkiin?

Vuoden 2011 alussa tehty polttoaineuudistus, jossa bensiinin etanolisisältöä nostettiin on nostattanut melkoisen myrskyn vesilasissa. Vuodenvaihteessa vanha 95E-bensiini korvautui uudella 95E10-bensiinillä, joka sisältää korkeintaan 10% etanolia. Niinsanotuksi suojalaaduksi jätettiin 98E5, joka enintään 5% etanolia sisältävänä sopii käytännössä kaikkiin bensiinimoottoreihin. Suojalaadun on luvattu säilyvän markkinoilla “usean vuoden ajan.” Etanolin lisäämisellä bensiiniin pyritään sekä vähentämään liikenteen hiilidioksidipäästöjä että edistämään biopolttoaineiden käyttöönottoa ja siten myös vähentämään riippuvuutta öljystä.

E10-bensiinin aiheuttamista muutoksista on ollut julkisuudessa huomattavasti värikästäkin keskustelua suuntaan ja toiseen. Toisaalta kuluttajat kertovat mitä ihmeellisimmistä vioista ja huimista kulutuksien kasvuista, joista syytetään uutta bensiiniä. Myyjätaho puolestaan koittaa toppuutella pahimpia huhuja ja vakuutella uuden bensiinin sopivuudesta moottoreihin. Muutoshan ei lopulta ole kovin dramaattinen, sillä käytössä ollut bensiini on jo muutaman vuoden ajan sisältänyt enintään 5 tilavuusprosenttia etanolia ja asioiden todellisuus löytynee jostain näiden kahden ääripään väliltä. Suomi ei ole etanolin käytössä myöskään edelläkävijä, vaikka niin monesta suunnasta tunnutaan väitettävänkin. Etanolia on käytetty laajassa mittakaavassa Brasiliassa 70-luvulta asti, ja E10-bensiini on ollut USA:ssa pitkään myynnissä Gasohol-nimellä.

Joillekin mittarikentille on lisäksi ilmaantunut FlexiFuel-autoihin tarkoitettua (R)E85-bensiiniä, joka sisältää 85% etanolia. E85-bensiiniä ei voi käyttää tavalliselle bensiinille tarkoitetuissa moottoreissa ilman muutoksia polttoaineen syöttöön. Sillä on kuitenkin omat, erityisesti ahdettujen moottorien kannalta mielenkiintoiset erityispiirteensä, joihin palattaneen tarkemmin toisessa artikkelissa.

Miksi etanolia lisätään bensiiniin?
Etanolin käyttöönotto polttoaineena juontaa juurensa EU:n ilmastopolitiikkaan ja pyrkimykseen pienentää hiilidioksidipäästöjä. Koska biopolttoaineet (kuten etanoli) ovat kalliimpia kuin öljyjalosteet, ei niiden käytölle ole taloudellisia perusteita. Tästä syystä niiden käyttöönottoa on nähty tarpeelliseksi kannustaa lainsäädännöllisin toimin. Tässä yhteydessä lienee syytä todeta, että sekavuuden maksimoimiseksi säädöksissä puhutaan pääsääntöisesti energiasisältöprosenteista, kun taas polttoaineiden kauppanimet muodostuvat tilavuusprosenttien mukaan. Esimerkiksi 95E10-bensiinin etanolin maksimipitoisuus tilavuusprosentteina on 10, mutta energiasisältöprosentteina noin 7.

Etanolin lisääminen polttoaineeseen liittyy EU:n uusiutuvien polttoaineiden jakelutavoitteisiin, joita määrittelevät direktiivit 2009/28/EY ja 98/70/EY. Direktiiveistä ensimmäinen käsittelee uusiutuvia energialähteitä (Renewable Energy Source, RES) ja jälkimmäinen polttoaineiden laatuvaatimuksia (FQD, Fuel Quality Directive). RES-direktiivin tavoitteena on nostaa uusiutuvien energialähteiden osuus EU:ssa käytössä olevissa liikennepolttoaineissa 10%:iin vuoteen 2020 mennessä. Polttoaineen laatudirektiivin päivityksessä 2009/30/EY määriteltiin etanolin maksimipitoisuudeksi 10 tilavuusprosenttia. Vastaava päivitys on tulossa myös EU:n bensiinistandardiin.

EU:n asettama tavoite polttoaineiden bioenergiasisällölle vuonna 2020 on 10%. Suomessa edellytetään biopolttoaineiden jakeluvelvoitelain muuksen mukaisesti liikennepolttoaineille 6% bioenergiasisältöä vuosille 2011-2014. Vuoden 2014 jälkeen osuus nousee vuosittain tasaisesti 20%:iin vuoteen 2020 mennessä. Suomen korkeampi tavoite liittyy RES-direktiiviin määriteltyjen uusien biopolttoaineiden markkinoille tulemisen tukemiseen. Näiden, mm. jätteistä, tähteistä ja syötäväksi kelpaamattomasta selluloosasta valmistettujen biopolttoaineiden sisältö lasketaan tuplana. Suomessa arvioidaan, että vuodelle 2020 asetettu jakeluvelvoite voidaan täyttää tuplalaskennan ehdot täyttävillä polttoaineilla. Toisin sanoen EU:n asettaman 10% biotavoitteen saavuttamiseksi riittäisi liikennepolttoaineissa 5%:n bioenergiaosuus, jos se on RES-direktiivin mukaista ruoaksi kelpaamattomista raaka-aineista valmistettua biopolttoainetta. Kotimaisen biopolttoaineisiin liittyvän teknologian tukemiseksi Suomessa on päätetty asettaa omat, kunnianhimoisemmat tavoitteet.

Ympäristöystävällisempää, vai onko?
Etanolin käyttöä polttoaineena on markkinoitu voimakkaasti ympäristöystävällisyydellä. Lobbareiden myyntipuheissa biopolttoaineet vähentävät liikennesektorin kasvihuonekaasupäästöjä 100 % korvatessaan fossiilisia polttoaineita – sitovathan kasvit kasvaessaan hiilidioksidia. Näissä väitteissä kuitenkin unohdetaan se fakta, että biopolttoaineiden tuotanto aiheuttaa kasvihuonekaasupäästöjä muilla sektoreilla. Esimerkiksi viljely, jalostus, kuljetus sekä peltotilan raivaaminen olisi pyrittävä huomioimaan biopolttoaineiden päästövaikutuksia arvioitaessa. Etanolin tuotannon ilmastoystävällisyydestä onkin esitetty varsin vaihtelevia näkemyksiä ja saatavilla olevan ristiriitaisen tiedon valossa asian arviointi on erittäin hankalaa.

Eniten kritiikkiä on kohdistettu etanolin tuotannon lisäämisen aiheuttamaan kilpailuun maa-alasta ja siitä seuraaviin vaikutuksiin, mm. sademetsien hakkaamiseen ja ravinnontuotantoon käytetyn peltoalan valjastamiseen polttoainetuotantoon. Etanolipolttoaineen koko tuotantoketjun päästöjä arviotaessa ympäristöystävällisimmän ja ympäristölle haitallisimman tavan välillä on valtava ero. Parhaimmillaan etanolin tuotanto aiheuttaa selvästi vähemmän kasvihuonekaasupäästöjä kuin fossiilinen bensiini, mutta huonoimmillaan jopa moninkertaisesti enemmän. Etanolin lähteellä, tuotannon mittasuhteilla, maa-alan käytöllä ja sen kehityksellä, tuotannossa käytettävillä raaka-aineilla ja muilla energia- ja materiaalipanoksilla on tähän suuri merkitys. Biojätteistä tuotettu etanoli on CO2 -taseeltaan erinomaista, mutta sen ongelmana on riittävän suuren tuotantovolyymin saavuttaminen.

Suomessa käytetty etanoli on tuotettu pääasiassa Brasiliasta, jossa on määrätietoisesti pyritty lisäämään etanolin polttoainekäyttöä globaalilla tasolla. Jo yli puolet Brasilian sokerituotannosta jalostetaan polttoaine-etanoliksi ja joidenkin arvioiden mukaan vuoteen 2017 mennessä kolmasosa maan peltoalasta on valjastettu polttoaineen tuotantoon. Ainoastaan viljelyn ja jalostuksen päästöjä arvioiden Brasiliassa sokeriruo'osta valmistetun etanolin energia- ja hiilidioksiditase on varsin hyvä, eli sen tuottamat hiilidioksidipäästöt suhteessa bensiinin vastaaviin ovat pienet. Sen sijaan eettisesti arvelluttavaa on kannustaminen polttoaineviljelyyn ruokaviljan kustannuksella. Brasiliassa tätä ongelmaa ei sanota olevan, mutta polttoaineviljelyn ollessa huomattavasti ruoan viljelyä kannattavampaa, on mahdollista, että virallinen arvio osoittautuu lyhytnäköiseksi.

Moottorin E10-bensiinillä tuottamat päästöt eivät merkittävästi poikkea puhtaan bensiinin vastaavista. Etanolia sisältävä polttoaine tuottaa pienemmän määrän palamattomia hiilivetyjä ja häkää, mutta toisaalta enemmän typen oksideja. Palamistuotteiden haitallisuudessa eri bensiinilaatujen välillä ei siis ole juurikaan eroa.

Vaikutukset moottorissa
Etanolista on jo vuosikymmenten käyttökokemukset moottoripolttoaineena. Etanolin käytön alkuaikoina Brasiliassa ei havaittu moottorien luotettavuuden tai toiminnan heikenneen polttoaineen vaihtumisen seurauksena, vaikka käytetyt pitoisuudet olivat suuria. Vanhojen moottorien luotettavuus oli lähtökohtaisesti heikolla tasolla ja moottorit olivat vähemmän herkkiä polttoaineen laadulle - pääsääntöisesti ne toimivat millä tahansa suunnilleen palavalla nestellä - joten eroja ei havaittu. Moottorien kehittyessä alettiin havaitsemaan sopivuusongelmia. Esimerkiksi päästöihin ja taloudellisuuteen liittyvät kehitysaskelet tekivät moottoreista huonommin etanoliyhteensopivia. Kun ongelma tiedostettiin, alettiin erityisesti etanolille sopivien moottorien valmistus, joka poisti polttoaineeseen liittyviä ongelmia.

Etanolin energiasisältö on noin 2/3 bensiinin vastaavasta. Koska E10 sisältää maksimissaan 10% etanolia, pikainen laskutoimitus kertoo energiasisällön eron olevan vajaan parin prosentin tasolla verrattuna entiseen, enimmillään 5% etanolia sisältäneeseen 95E-bensiiniin. Teoriassa siis teho laskisi vastaavalla määrällä, mutta koska nykyaikaiset Closed-Loop -moottoriohjausjärjestelmät osaavat kompensoida eroja polttoaineessa, näkyy muutos hieman kasvaneena kulutuksena. Tosin vaikutuksen voimakkuus riippuu moottorin ominaisuuksista. Joissain tapauksissa lisääntynyt etanoli voi jopa olla eduksi tehostaen palamista. 6.6.2011 julkaistussa VTT:n tutkimuksessa ajettiin kuutta erilaista autoa dynamometrillä. Parhaimmillaan kulutus pieneni hieman käytettäessä E10-bensiiniä, mutta suurimmillaan kulutuksen kasvu oli 4,6%. Muutokset kulutuksessa vaikuttaisivat olevan varsin tapauskohtaisia.

Tietyissä tilanteissa, kuten käynnistyksessä, rikastuksella tai täyskaasulla käydessä, modernitkin moottorit käyvät Open-Loop -tilassa, jolloin moottorinohjaus toimii ennakkoon määritellyin asetuksin. Open-Loop -tilassa moottori ei osaa sopeutua käytetyn polttoaineen muutoksiin. Tällöin vaarana voi olla liian laiha seos, ellei moottorinohjauksen asetuksiin ole tehty muutoksia, tai jos se ei osaa säätää itseään toimimaan uudelle polttoaineelle myös Open-Loop -tilassa.

Vanhemmat polttoaineen suihkutusjärjestelmät, jotka eivät toimi Closed-Loop -menetelmällä tai kaasuttimella varustetut moottorit eivät luonnollisestikaan automaattisesti säädy uudelle E10-bensiinille, vaan ne on säädettävä erikseen. Ongelmaksi muodostuu polttoaineen vaihtelevuus. Koska seos voi sisältää etanolia minkä tahansa määrän 0 ja 10 prosentin väliltä, kuinka valita oikeat suuttimet tai suihkutuskartta? Näissä moottoreissa säädöt ovat aina kompromissi, koska polttoaineen syötön tarve muuttuu etanolipitoisuuden muuttuessa. Erot kuitenkin lienevät marginaalisia.

Etanolin höyrystyminen sitoo huomattavasti enemmän energiaa kuin bensiinin höyrystyminen, joka tehostaa polttoaineen jäähdyttävää vaikutusta. Jäähdyttävä vaikutus saattaa näkyä parempana sylinterin täytöksenä. Toisaalta etanolin korkeampi höyrystymislämpötila yhdistettynä jäähdytystä tehostavaan vaikutukseen saattaa vaikeuttaa kylmäkäynnistystä ja ylipäänsä moottorin toimintaa kylmissä olosuhteissa.

Etanolin materiaaliyhteensopivuus
Etanoli on aggressiivinen monille polttoainejärjestelmissä ja moottoreissa käytetylle aineelle. Ongelmia saattavat aiheuttaa erityisesti kumi- ja muoviosat, jotka varsinkin ikääntyessään ovat alttiita nopeammalle haurastumiselle. Monet käytetyistä aineista eivät ole millänsäkään altistumisesta puhtaalle etanolille, se ei vaurioita mm. pinnoittamatonta terästä, ruostumatonta terästä tai pronssia. Ongelmia saattaa syntyä, jos etanoliin on syystä tai toisesta päässyt sekottumaan vettä, sillä etanolin ja veden seos on erittäin voimakkaasti korrosoiva aine. Erityisen alttiita korroosiolle ovat teräsosat, mutta myös alumiini, sinkki, lyijy, messinki ja kupari voivat kärsiä etanolialtistuksesta. Katupyörien polttoainejärjestelmissä harvemmin tavattu magnesium korrosoituu etanolin vaikutuksesta voimakkaasti. Polttoainetankeissa käytetyt lyijy-tina -pinnoitteet eivät myöskään kestä etanolia. Sopimattomien aineiden liukeneminen polttoaineeseen saattaa luonnollisesti vaikuttaa moottorin toimintaan.

Ei-metallisista materiaaleista etanolin kanssa käytettäviksi eivät sovi luonnonkumi, polyuretaani, tiivistekorkki, nahka, PVC (erityisesti pehmeä), polyamidit ja useat muut muovit. Muovi- ja kumiosissa saattaa tapahtua kovettumista, haurastumista, turpoamista ja muodonmuutoksia. Erimerkkinä näistä ovat esimerkiksi Ducateissa tavatut tankkiongelmat, joissa irrotettu tankki on muuttanut muotoaan siinä määrin, ettei se enää sovi paikalleen. Myös kumiletkujen, kaasuttimien ym. kalvojen kestävyyttä on syytä pitää silmällä.

Etanolin vaikutus moottorin kulumiseen
Etanoli on erittäin voimakkaasti pesevä aine. Miten se siis vaikuttaa moottorin voiteluun? Australiassa Orbital Engine Company on suorittanut vähintäänkin kattavan tutkimuksen etanolia sisältävän bensiinin vaikutuksista. Testibensiininä käytettiin E20-laatua, joka siis sisältää etanolia tuplamäärän E10:n maksimiin nähden. Useilla erilaisilla testimoottoreilla ajettiin dynamometrilla 50 000 mailin matkaa vastaava määrä. Moottorit purettaessa E20-bensiinillä ajetuissa moottoreissa havaittiin enemmän kulumaa, muttei siinä määrin, että sen voitaisiin katsoa merkittävästi lyhentävän moottorin käyttöikää. E10:n käyttö siis tuskin lisää moottorin kulumista.

2-tahtimoottoreissa E10-bensiinin käyttöä kannattaa kuitenkin välttää, sillä korkeita etanolipitoisuuksia sisältävä polttoaine pesee moottorin pinnoilla olevan öljykalvon pois, jolloin erityisesti moottoria käynnistettäessä saattaa voitelu olla puutteellinen. 2-tahtimoottoreissa puhtaaksi peseytyneet laakeripinnat ovat lisäksi alttiita ruostumiselle.

Kannattaa myös huomioida, että pesevyytensä vuoksi isomman pitoisuuden etanolia sisältävä polttoaine saattaa liuottaa ja irrottaa polttoainejärjestelmässä olevaa likaa, jolla saattaa olla vaikutuksensa moottorin toimintaan. On siis syytä siis varmistua polttoainesuodattimen kunnosta ainakin vaihdettaessa isomman etanolipitoisuuden polttoaineeseen.

Talvisäilytys
Bensiini ja etanoli eivät sekoitu toisiinsa täydellisesti vaan niiden muodostama kevyt faasisidos on varsin herkkä purkautumaan. Näin tapahtuu, jos seokseen päätyy syystä tai toisesta vettä – etanoli sitoo vettä voimakkaasti itseesä ja eroaa bensiinistä. Näin on vaarana käydä erityisesti talvisäilytyksen yhteydessä. Erottuessaan bensiinistä veden ja etanolin seos päätyy raskaampana polttoainesäiliön pohjalle – toki näin tapahtuu myös puhdasta bensiiniä sisältävään tankkiin kondensoituvalle vedelle. Veden ja etanolin seon on kuitenkin puhdasta vettä korrosoivampaa. Lisäksi puristuskestävämmän etanolin erottua bensiinistä, saattaa jäljellejääneen bensiinin oktaaniluku olla moottorille liian matala, jolloin se on altis nakutukselle.

Talvi- ym. pidempiaikaiseen säilytykseen Neste suosittelee käytettäväksi pienkonebensiiniä, joka ei sisällä erottumiselle altista etanolia. Pienkonebensiinin säilyvyys on muutenkin normaalia pumppubensiiniä parempi, eikä sitä tarvitse varustaa polttoaineen säilöntäaineella. Kuitenkin joissain tilanteissa on havaittu kumitiivisteiden kutistuvan käytettäessä pienkonebensiiniä. Ongelma ilmeisesti liittyy aromaattisiin hiilivetyihin, joihin kumitiivisteet reagoivat turpoamalla. Normaalibensa sisältää näitä hiilivetyjä, mutta pienkonebensiinistä ne puuttuvat. Bensiinin laatua vaihdettaessa kumitiivisteet reagoivat hiilivetyjen mukaan, eli vaihdettaessa normaalibensiinistä pienkonebensiiniin tiivisteet saattavat kutistua, joka puolestaan saattaa aiheuttaa ongelmia. On mahdollista, että tätä ongelmaa esiintyy ainoastaan tietyillä kumilaaduilla.

Lopputulemana voidaan todeta, että E10-bensiiniä voi hyvin käyttää moottoreissa joihin sen valmistaja on sopivuuden luvannut ja jos moottori tuntuu sillä toimivan. Muissakin moottoreissa käyttö on mahdollista, kunhan varmistetaan materiaalien yhteensopivuus uuden polttoaineen kanssa. Mitään varsinaista hyötyä ei E10-bensiinillä ole saavutettavissa E5-laatuun nähden, sillä kasvaneen etanolimäärän potentiaalisesti tuoma parempi puristuskestävyys ulosmitataan madaltamalla käytetyn bensiinin oktaanilukua. Pieni hintaero 98E5:n nähden sekin nollautunee monissa tapauksissa kasvaneen kulutuksen myötä.

Etanolia ei missään nimessä kannata väheksyä polttoaineena. Etanolin korkeampi puristuskestävyys tekee 85% etanolia sisältävän E85-bensiinin erittäin houkuttelevaksi vaihtoehdoksi erityisesti kyseiselle bensiinille rakennetuille ahdetuille moottoreille. E85:n käyttöön palaamme myöhemmin.