Sähköauto

Tzero-sähköauto. 0-100 km/h 3,7 s, huippunopeus 225 km/h, ajomatka 480 km.

Sähköauto on auto, jonka voimanlähteenä toimii sähkömoottori ja jossa sähköenergia on varastoitu akkuihin. Tässä artikkelissa sivutaan myös kaksi- ja kolmipyöräisiä sähköllä liikkuvia ajoneuvoja.

Yleistä

Sähköautot olivat aivan ensimmäisiä käyttöön otettuja autoja. Ne olivat suosituimpia vielä 1900-luvun alussa, kunnes polttomoottoriautot syrjäyttivät ne.

Syynä syrjäytymiseen oli siirtyminen sähköverkoissa tasavirrasta vaihtovirtaan, joka teki käytännössä akkujen latauksen mahdottomaksi ilman kalliita lisäinvestointeja. Tämä siirtyminen tasavirrasta vaihtovirtaan tapahtui Yhdysvalloissa asteittain, vuonna 1902 oli tuotetusta sähköstä tasavirtaa jäljellä 39 % ja 1917 enää 5 %.^lähde? Ennen tasasuuntaajan keksimistä vaihtovirran tulon jälkeen akkujen laatamiseen piti ensin kytkeä vaihtovirtamoottori pyörittämään tasavirtageneraattoria, jonka virralla akkuja ladattiin. Tästä syntyi kallis lisäinvestointi, paljon energianhukkaa lämpönä, ja ennen kaikkea melua koko pitkän latauksen ajan.

Sähköautojen toimintamatka yhdellä latauksella rajautuu 50–500 kilometriin, riippuen akuista ja auton painosta. Saavutettavissa oleva ajomatka kuitenkin riittäisi monissa tapauksissa päivittäiseen käyttöön: esimerkiksi Suomen pääkaupunkiseudulla asuvien työmatka on keskimäärin 7–23 km.

Sisätiloissa käytettäviä sähkökäyttöisiä kulkuneuvoja kuten trukkeja on valmistettu jo pitkään, ja niiden myötä sähkökäyttöisten ajoneuvojen tekniikka, kuten vaihtoakkujen käyttö, ovat kehittyneet eteenpäin. Kaupunkiliikenteessä käytetyt sähkökäyttöiset linja-autot eli johdinautot eroavat varsinaisista sähköautoista siinä, että niissä sähköenergiaa ei varastoida akkuihin, vaan se saadaan kadun yläpuolelle sijoitetuista virtajohtimista.

Sähköautojen kehityksen vetureina ovat olleet suurkaupunkien huono ilmanlaatu ja viime aikoina öljyntuotannon rajojen saavuttaminen ja liikenteen päästöistä osaltaan johtuva maapallon ilmaston lämpeneminen.

Sähköautojen massatuotantoa on yritetty käynnistää useaan otteeseen, mutta kehitys on ollut hidasta. Autoteollisuuden mukaan syynä on ollut puuttuva asiakaskunta, sillä polttomoottoriautot ovat käyttäjän kannalta ajomatkaltaan ja hinnaltaan ylivoimaisia ilman tukitoimia. Sähköautoaktivistit taas sanovat, että sähköautotuotannon esteenä ovat olleet öljy- ja autoteollisuuden yhteiset intressit ja omistajuussuhteet.

Öljykriisin aikoihin sähköautoja tutkittiin vakavasti, mutta öljyn hinnan halvennuttua suunnitelmat jäivät. Viimeksi sähköautojen massatuotantoa pyrittiin käynnistämään 1990-luvulla, jolloin asialla olivat suuret autovalmistajat. Parhaimmilla näiden valmistamilla sähköautoilla pääsi 200 kilometriä 10 minuutin latauksella.

Myös Suomessa on tapahtunut sähköautojen suhteen. Esimerkiksi Uudenkaupungin autotehtaalla julkistettiin 1985 suomalaisen sähköauton prototyyppi. Myöhemmin Imatran Voima muunsi pieniä Subaru-pakettiautoja Elcat-sähköautoiksi Postin käyttöön. Viime aikoina aktiivisuus alalla on lisääntynyt.

Hiljattain uuden sukupolven sähköautojen valmistus on päässyt alulle suureksi osaksi uusien autonvalmistajien toimesta ja hyödyntäen litium-akkutekniikkaa, jolla saavutetaan noin nelinkertainen tehopainosuhde lyijyakkuihin verrattuna.

Tavallinen kuluttaja voi itse muuntaa polttomoottoriautonsa sähköiseksi tai hankkia valmiin muunnoksen. Toinen mahdollisuus on hybridiautosta muunnettu plug-in-hybridiauto, jossa tehtaan akusto on vaihdettu tehokkaammaksi ja autoon on lisätty latauspistoke.

Sähköautojen tekniikasta

Sähkömoottorin etuina polttomoottoriin nähden on suurempi energian käytön hyötysuhde, polttomoottorissa energiaa muuttuu muun muassa lämmöksi suuria määriä. Tosin huomattavaa on, että tuotettaessa sähkö vastapaine- ja lauhdevoimalaitoksessa, vastaavan suuruinen lämpöhäviö tapahtuu siellä. Bensiinillä toimivan polttomoottorin energiatehokkuus on noin 20–25 % (kun autossa huomioidaan kaikki mekaaniset hävikit), dieselmoottorin 40 % (optimaalisessa käytössä esimerkiksi dieselvoimalaitoksessa) ja sähköauton noin 30-32 % (huomioiden hävikit lämpövoimalaitoksesta liikkeeksi). Tehokkuuksien vertailussa on huomioitava, että suurin osa sähköstä tuotetaan lämpövoimakoneilla, pätien myös sähköautotapaukseen. Sikäli kuin sähköä pystytään tuottamaan ydinvoimalla tai uusiutuvalla tuuli-, aurinko- ja vesivoimalla, tätä sähköä käyttävä sähköauto ei synnytä pakokaasuja.

Sähköauton laajamittaisen käyttöönoton teknisenä esteenä on pidetty akkujen painosta johtuvaa hyötykuorman menetystä, pulmallista energiahyötysuhdetta, rajattua toimintamatkaa, akkujen latausaikoja ja akkujen uusimisen kustannuksia. Viimeaikainen akkutekniikan kehitys on kuitenkin lisännyt akkujen varauskykyä ja vähentänyt akkujen lataukseen tarvittavaa aikaa. Uudet sähköautomallit, joista valtaosa on tyypiltään kaksipaikkaisia urheiluautoja, kykenevät jo 400–500 kilometrin ajoon yhdellä akkulatauksella ja akut ovat entistä pitempikestoisempia sekä nopeammin ladattavia. Tämä kehitys on parantanut akkukäyttöisen sähköauton kilpailukykyä verrattuna polttomoottori-, hybridi- tai polttokennoilla tuotettua sähköä käyttävään vetyautoon.

Vetyautoon verrattuna sähköauto on tekniikaltaan yksinkertaisempi ja energiataloudeltaan parempi. Sekä vety- että sähköautossa auton voimanlähteenä on sähkömoottori. Erona on energian varastointitapa, joka vetyautossa toteutetaan vetytankilla ja vedystä sähköä tuottavalla polttokennostolla. Siinä missä sähköauton energia ladataan suoraan akustoon ja syötetään siitä moottorille, vetyauto edellyttää ensin sähkövirran käyttöä vedyn valmistamiseksi vedestä ja polttokennoja muuntamaan vedyn autossa takaisin sähköksi. Vetyauton kokonaishyötysuhde, joka kertoo paljonko alkuperäisestä primäärienergiasta muuttuu liike-energiaksi, jääkin lauhdevoimalan tapauksessa luokkaan 10 prosenttia, sähköauton yltäessä luokkaan 30 prosenttia. Vetyauton käyttöönotto odottaakin polttokennojen hyötysuhteen kehittymistä, vedyn varastointitekniikan paranemista hävikkien pienentämiseksi, hyötysuhteeltaan kannattavaa tapaa tuottaa vetyä, polttokennojen hinnan merkittävää alenemista sekä vedyn jakeluverkoston rakentamista.

Hybridiautot ovat tällä hetkellä nopeasti yleistymässä ja ne mahdollistavat askelen kohti täysin sähköllä kulkevaa autoa, etenkin jos rinnakkaishybrideistä siirrytään sarjahybrideihin. Sarjahybridissä - kuten General Motorsin Chevrolet Volt'issa - auton liikevoiman tuottaa pelkkä sähkömoottori ja polttomoottori käyttää akkuja lataavaa sähkögeneraattoria.

Historia

Pääartikkeli: Sähköautojen historia

Sähköautot olivat mukana jo autohistorian ensimetreillä 1830-luvulta 1900-luvun alkuun. Autoihin tuli kuitenkin sähköisin starttimoottorein varustetut polttomoottorit ja sähkö voimanlähteenä autoissa väistyi. General Motors valmisti Henney Kilowatt- merkkistä sähköautoa Yhdysvalloissa vuosina 1947-1961. Vasta 2000-luvulla alkoi nousta uusi voimakas kiinnostus sähköautoihin hybridiautojen myötä.

Sähköautot Suomessa

Pääartikkeli: Sähköautot Suomessa

Sähköautoja on tehty Suomessa yksittäisiä prototyyppejä ja pieniä sarjoja sekä joitakin autoja on muunnettu sähkökäyttöisiksi. Vuoden 2006 lopussa sähköautoja on ollut käytössä Suomessa 104 kappaletta. Suomen Posti on ollut alan pioneereja ja sen käytössä on parhaimmillaan ollut kymmenittäin Suomessa valmistettuja Elcat-sähköautoja. Vuonna 2012 ensimmäinen sähköperheauto saapui Suomen markkinoille sekä sähköautojen autoveroa tiputettiin 5 prosenttiin. Nissan on ensimmäisenä merkkinä tuonut Suomeen ns perheautoluokkaan sähköauton Autoesittelyjuttu: Nissan Leaf

Sähköautot maailmalla

Ranska on ilmoittanut 2,5 miljardin euron sijoituksesta sähköautoihin. Summa käytetään sähköautojen kehityksen, ostamisen, ja infrastruktuurin parantamiseen.

Norjassa nollapäästö-kulkuneuvot saavat verohelpotuksia ja saavat käyttää linja-autokaistoja. Norjassa myös valmistettiin Fordin Th!nk-sähköautot.

Sveitsissä sähköautot ovat suosittuja ja siellä alan harrastajat ovat listanneet osin vapaasti käytettävien latausasemien verkoston, joka ylettyy osittain Saksan ja Itävallan puolelle.

Suuressa osassa Isoa-Britanniaa sähköautoja käytetään maidon jakelussa ovelta ovelle. Lontoossa sähköautot saavat vapautuksia automaksuista.

Italiassa kaikki yksityiskäytössä olevat nollapäästöajoneuvot on vapautettu veroista ja niiden vakuutusmaksut ovat muita alhaisemmat. Suurimmassa osassa kaupunkia käytetään jätehuollossa sähkökäyttöisiä jäteautoja.

Ruotsi sijoittaa 240 miljoonaa kruunua plug-in hybridien tutkimukseen ja valmistukseen tähtäävään ohjelmaan, jossa ovat mukana Saab, Volvo, Vattenfall, ETC ja Ruotsin Energiavirasto. Tukholman kaupunki ja Fortum aikovat vielä vuoden 2008 puolella pystyttää pistoketolppia, joihin autoilijat voivat maksua vastaan kytkeä autonsa latautumaan. Lisäksi Ruotsi aikoo tukea sähköauton ostajaa noin 2 150 euron suuruisella rahasummalla.

Israel tarjoaa verohelpotuksia sähköautoille, jotka valmistaa Renault-Nissan.

Portugalin hallitus kehittää latauspisteiden verkoston ja verotäkyjä sähköautoilijoille, joiden autoja valmistaa ainakin Renault-Nissan.

Kiinassa on lainsäädännöllä ja taloudellisella tuella otettu käyttöön sähkömopoja hiilidioksidipäästöjen vähentämiseksi ja maassa pohditaan muutoinkin mahdollisuuksia parantaa energiatehokkuutta ja vähentää saasteita sähköajoneuvoilla.

Tanska

Tanskan valtio toimii yhteistyössä muun muassa Renault-Nissanin kanssa sähköautokannan luomiseksi maahan. Tanska saa lähes viidesosan sähköstään tuulivoimasta ja öisin saatava tuulisähkö voitaisiin varastoida sähköautojen akkuihin. Tavoitteena onkin nostaa sähköautojen osuus uusista autoista yli puoleen vuoteen 2020 mennessä. Tanskassa rekisteröitiin uusia autoja 150 664 kappaletta vuonna 2008 – puolet tästä tarkoittaisi 75 332 ajoneuvoa.

Project Better Placen Shai Agassi on luvannut Tanskaan 100 000 latauspaikkaa ja useita tuhansia sähköautoja vuonna 2010. Project Better Placen suunnitelmiin kuuluu myös miljoonan dollarin hintaisia akunvaihtoasemia. Vuoden 2009 lopulla tästä tavoitteesta oli saavutettu 55 latauspaikkaa. Toistaiseksi vain Renault-Nissan on lupautunut mukaan Project Better Placeen. Toyota on suoraan kieltäytynyt. Valtion ja paikallishallinnon odotetaan hankkivan useita sähköautoja markkinan elvyttämiseksi.

Tanska langettaa uusille autoille ankaran, noin 200 % veron. Sähköautot ovat tästä verosta vapaita. Verohelpotusten lisäksi sähköautot saavat pysäköidä ilmaiseksi. Silti vain 497 sähköautoa oli rekisteröity käyttöön koko Tanskassa vuoden 2009 lopulla. Myynnissä olleet mallit ovat olleet liian rajoittuneita ominaisuuksiltaan.

Tanskassa on 5 500 510 asukasta, ja heillä on 2 099 090 henkilöautoa. (Samaan aikaan vuonna 2009 Suomessa oli 5 250 275 asukasta, joilla 2 700 492 henkilöautoa.)

Akut

Pääartikkeli: Akku

Sähköautoissa käytettäviä akkuja ovat muun muassa LiFePO4-litiumakku , litiumioniakku, litiumionipolymeeriakku sekä hieman harvinaisemmat sinkki-ilma- ja sulasuola-akut. Käytöstä pois jäämässä ovat jo lyijyakku, nikkelikadmiumakku (NiCd), nikkelimetallihydridiakku (NiMH). Uusien kadmiumakkujen käyttöönotto on kielletty ympäristösyistä vuonna 2008 .

Yleensä akut ovat kallein osa koko sähköautosta. Vaikka akkujen valmistus on kallista, on mahdollista, että niiden hinnat halpenevat tulevaisuudessa huomattavasti, jos sähköautoja ryhdytään valmistamaan massatuotantona.

Parhaimmilla tämän hetken kaupallisilla ladattavilla akuilla (litiumionipolymeeriakuilla) on energiatiheys 0,72 MJ/kg. Bensiinin lämpöarvo on 43 MJ/kg. Kun huomioidaan polttomoottoriauton hyötysuhde (0,15–0,20), voidaan todeta, että polttomoottoriautossa on samanpainoisella energialatauksella käytettävissä noin kymmenkertaisesti enemmän energiaa liikkumiseen ja oheislaitteisiin.

1990-luvun loppupuolelta alkaen ovat akkuteknologiat kehittyneet huimaavaa vauhtia, sillä etenkin matkapuhelimien ja kannettavien tietokoneiden valmistukseen on tarvittu entistä parempia akkuja. Mikäli sähköautot saavat jalansijaa markkinoilla, on todennäköistä, että akkuihin kohdistuva tutkimustyö kiihtyy vielä entisestään.

Tällä hetkellä markkinoilla olevien litiumakkujen käyttöönotto on teknisesti hankalampaa kuin esimerkiksi lyijyakkujen. Ne ovat herkkiä, eikä esimerkiksi täydellisesti tyhjentynyttä litiumakkua enää pysty lataamaan. Samaten litium-akut voivat ylikuumetessaan ajautua hallitsemattomaan tilaan ja jopa räjähtää. Vakain litiumakuista on LiFePO4-litiumakku. Tämän vuoksi niiden lataustasoa täytyy valvoa tarkasti akkukennoston tasolla ja niihin tarvitaan myös jäähdytysjärjestelmät. Vaikka nämä varotoimet tulevat lisäämään jonkin verran akuston painoa ja nostamaan monimutkaisemman tekniikan vuoksi sähköauton hintaa, silti tässä kehityssuunnassa on mahdollista saavuttaa riittävä etu kustannuksiin nähden. Uusimmat alan yritysten ilmoitukset lupaavat myös paljon.

Akkujen iän ja latausmäärän määritys

Koska latausten määrä ja ikä heikentää akkuja, on yleisessä keskustelussa ollut esillä, että latausten määrän ja akun iän tulee rekisteröityä laskurilla. Tällöin esim. käytettyjen akkujen osto on helpompaa, kun tietää akkujen käyttöhistoriasta.

Lataaminen

Sähköauton akkuja täytyy ladata säännöllisesti. Useimmat käytössä olevat sähköautot ladataan yleisestä 3-vaihesähköverkosta. Jonkin verran tulee latausta myös ajaessa "jarrutusenergian" talteen otosta. Tarjolla on myös esimerkiksi aurinkopaneeleita, joilla voi paikoitellen ladata ainakin osan päivittäiseen ajoon tarvittavasta energiasta.

Latausaika riippuu latausvirran kapasiteetista. Normaali kodin pistorasia antaa 230 voltin jännitteellä noin 3 kilowattia ja 110 voltin jännitteellä (USA, Kanada, Japani) 1,5 kilowattia. Suoraan näillä jännitteillä lataaminen vie pitkän aikaa (muutamien kymmenien ajokilometrien tarvitsema lataus noin tunnin). Latausta voidaan kuitenkin tehostaa. Vuonna 1995 muutamat latausasemat kykenivät täyttämään akut tunnissa. Vuonna 1997 Ford osti "PosiCharge"-nimisen pikalatausjärjestelmän AeroViromentilta kokeillakseen sitä omaan sähköautoonsa Ranger EV:seen. Latausjärjestelmä latasi auton 6–15 minuutissa. Vuonna 1998 General Motors julkisti "Magne Charge"-järjestelmän, joka latasi nikkeli-metalli-hydridi (NiMH) akut kymmenessä minuutissa ja antoi ajomatkaa 100–160 kilometriä. Vastaavia pikalautausjärjestelmiä on kehitetty myös uusimmille litium-akustoille (10 minuutissa 160 kilometriä ajomatkaa).

Valtaosa arkipäiväisestä ajosta sähköautolla sujuu kuitenkin ilman pikalatauksen tarvetta; akut ehtii ladata yön tai työpäivän aikana. Lataaminen tällä tavoin ei vaadi kuin töpselin kytkemisen kotiin tai töihin tullessa ja irrottamisen ajoon lähtiessä. Auton akuston lataamiseen tarvittava sähköteho vastaa sähkökiuasta. Tähän tarvitaan 16 A sulakkeet ja lataus täyteen tehoon vie silti useita tunteja. Nopeammissa latausjärjestelmissä täytyy olla vieläkin isommat sulakkeet ja vastaavasti syöttöjohdot, ja ne toteutetaankin yleensä julkisina latausasemina pysäköintialueiden yhteyteen. Suomalainen sähköalan yritys Ensto valmistaa sähköauton latauspisteitä yksityiseen ja julkiseen käyttöön.

Pohjoismaissa on 1,5 miljoonaa^lähde? moottorilämmittimen pistorasiaa. Sähköautoiksi muunnetuissa autoissa on kustannussyistä vielä usein lyijyakkuja, jotka omistajat lataavat mahdollisimman hitaasti käyttöiän maksimoimiseksi. Yleinen auton latausteho on 300 W, joka antaa noin 3 km ajomatkaa tunnissa. Uusissa moottorilämmittimien pistorasioissa käytetään yleensä 16 A sulaketta. Vanhimmissa virta on 10 A, joka sekin mahdollistaa monen auton hitaan samanaikaisen lataamisen yhdestä pistorasiasta. Pitkien matkojen ajot sähköautolla vaatii vielä suunnittelua, mutta moni yksityinen ja muutamat yritykset tarjoavat ilmaista sähköä lataukseen.

Latausvirta voidaan kytkeä sähköautoon kahdella tavalla:

• "Tavallinen" kytkentä, jossa sähkökaapeli kytketään samaan tapaan kuin lohkolämmittimen liitin.

• Induktio-kytkentä, jossa liittimen päässä on lapa, joka autoon kytkettynä luo magneettikentän ja synnyttää virran auton sähköjärjestelmään. Tässä tavassa ei käytännössä ole mitään mahdollisuutta saada sähköiskua latausjohtoa kytkettäessä.

Pikalataus

Fortumin edustajan mukaan latausinfran kehittämisen päätavoite on kehittää pikalatausjärjestelmää siten, että se on tarvittaessa saatavilla tarvitseville. Fortumin kehittämä pikalataus on toiminto, jolla voi ladata auton akuston noin neljässä minuutissa 80 % lataustasolle (4 min/150 km). Kaupallinen versio olisi artikkelin mukaan valmis vuosina ~2010-2011.

Vaihtoakut

Vaihtoehtona lataamiselle on vaihtaa tyhjentyneiden akkujen tilalle täydet. Tyhjentyneet akustot voitaisiin teoriassa vaihtaa täysiin huoltoasemalla, autoliikkeessä tai vastaavissa paikoissa. Standardoiduilla akuilla täydet akut ovat vaihtamalla nopeasti käytössä. Laajamittaisesti käyttöönotettuna tämä ei juurikaan eroaisi nykyisestä käytännöstä nestekaasupullojen käytössä: auton käyttäjä voi ostaa akun ja vaihtaa sen missä vaan samanlaiseen ladattuun akkuun ja maksaa vain energiasta. Näin meneteltiinkin 1900-luvun alussa, jolloin esimerkiksi New Yorkin taksit olivat sähkötoimisia ja vaihtoivat tyhjentyneet akut varikolla täysiin muutamassa minuutissa.

Akun vaihdon ongelmiin liittyy vaihtoakkujen suuri määrä. Erona nestekaasupulloon on se, että vaihtoakku maksaa huomattavia määriä rahaa. Vaihtoakkujen hankintakulut puolestaan siirtyvät kuluttajalle palvelun hintojen kautta, joka näkyy kohonneina ajokustannuksina, koska yhtä autoa kohtaan on olemassa aina enemmän kuin yksi akku. Akkujen määrä kertautuu huoltoasemien määrällä, joka riippuu siitä miten laajalle alueelle palvelu ulotetaan.

Koska akku täytyy joka tapauksessa ladata täyteen, jotta se voidaan antaa seuraavalle asiakkaalle, yksittäinen huoltoasema tarvitsee aina lähes yhtä monta täyttä akkua varastoon, kuin se aikoo palvella asiakkaita siinä ajassa, mikä kuluu yhden akun lataukseen. Esimerkiksi, jos huoltoasema suunnitellaan palvelemaan sataa asiakasta tunnissa, ja yhden akun lataukseen kohtuullisella teholla kuluu yksi tunti, asema tarvitsee 99 vaihtoakkua. On huomioitava, että latausnopeus on rajoitettava kahdesta syystä: akun eliniän pidentämiseksi, ja sähköverkon kuormituksen rajoittamiseksi, kun asema lataa yhtä aikaa kymmeniä akkuja. Kun huoltoasemia on maanlaajuisesti tuhansia, on myös vaihtoakkuja satoja tuhansia.

Lisäksi vaihtoakku vaatii standardoimaan mm. akun koon, sijainnin ja painon autossa, joka rajoittaa autojen ulkomuotoa ja suunnittelua, sekä hidastaa uusien akkuteknologioiden käyttöönottoa, koska jokaisen akun täytyy olla yhteensopiva vaihtojärjestelmän kanssa.

Eräs vaihtoehto vaihdettavalle akulle on akku, jossa on vaihdettavat elektrolyyttinesteet. Tällaista kutsutaan virtausparistoksi, jossa ionisia metallisuoloja sisältävät nesteet reagoivat keskenään ohuen kalvon läpi ja vapauttavat samalla sähkövirtaa. Tällaisen akun lataaminen voidaan suorittaa vaihtamalla molemmat elektrolyyttinesteet uusiin, tai vaihtamalla sähkövirran suuntaa kennossa. Sen etuina on erittäin nopea reagointi kuormituksen vaihteluun, äärimmäinen kestävyys ja kyky purkautua tai latautua todella nopeasti. Haittapuolina on toistaiseksi hinta ja heikko energiatiheys. [2]

Toimintamatka eli ajomatka yhdellä latauksella

Sähköauton toimintamatka riippuu akkujen tyypistä ja määrästä sekä kuljettajan ajotavasta ja ajo-olosuhteista. Auton paino, ilmanvastus ym. asettavat myös omat rajoituksensa ajomatkaan. Bensiiniautoista tehdyissä sähköautomuunnoksissa käytetään useimmiten lyijyakkuja, koska ne ovat helpoimmin saatavilla ja edullisia. Tällaiset sähköautot saavuttavat yleensä noin 30–80 kilometrin toimintasäteen. Tuotannossa olevat sähköautot pääsevät lyijyakuilla 130 kilometrin toimintasäteeseen. Nikkeli-metallihydridi-akkuihin saadaan enemmän energiaa ja säde kasvaa noin 200 kilometriin. Uusilla litium-ioni-akuilla varustetut sähköautot yltävät jo 400–500 kilometriin. Tasapainon löytäminen toimintasäteen ja suorituskyvyn, akkukapasiteetin ja painon sekä akkutyypin ja kustannusten välille aiheuttavat päänvaivaa jokaiselle sähköauton valmistajalle. Akkuteknologian nopea kehitys kuroo kiinni polttomoottoriautojen toimintasäteen etumatkaa.

Sähköauto olisi toimintasäteeltään useimmalle autoilijalle täysin riittävä arkikäytössä, sillä esimerkiksi Suomessa keskimääräinen itse ajettu työmatka on 16 kilometriä ja päivittäin autoilla ajetaan keskimäärin 50 kilometriä. Yhtäjaksoiset satojen kilometrien pituiset ajomatkat ovat pikemminkin poikkeus kuin sääntö. Yhden latauksen antama toimintamatka ei kuitenkaan rajaa sähköauton päivittäistä ajomatkaa, sillä sitä voidaan pidentää hyödyntämällä akkujen pikalatausta, traileriin sijoitettua lisäakustoa tai kehittämällä akkujen vaihtojärjestelmiä.

Toimintamatkan arvioinnissa on kuitenkin otettava huomioon akkujen yksilölliset ominaisuudet, sekä arviointiin käytetyt testikriteerit. Esimerkiksi lyijyakkujen tapauksessa suurta tehoa vaativat kiihdytykset ja korkeat ajonopeudet aiheuttavat akuston hyötysuhteen väliaikaisen alenemisen, jonka seurauksena ajokantama lyhenee usein dramaattisesti. Vastaavasti tasaisessa ja hitaassa ajossa voidaan saavuttaa huomattavan pitkiäkin ajosuorituksia. Myös aerodynaamisista efekteistä johtuva energiankulutuksen kasvu nopeuden mukana, oheislaitteiden käyttö ja ajotapa johtavat vaikeuksiin sähköauton toimintamatkan arvioinnissa.

Kenties suurin merkitys kuluttajan kannalta on mittauksessa käytetty testistandardi. Esimerkiksi Mitsubishi MiEV auton kohdalla on käytetty markkinoinnissa japanilaista "10-15" testistandardia, jossa keskinopeus on 22,7 km/h ja huippunopeus 70 km/h. Tätä voidaan verrata esimerkiksi kattavampaan eurooppalaiseen NEDC mittaukseen, jonka aikana huippunopeus on joko 90 km/h tai 120 km/h riippuen ajoneuvosta, ja keskinopeus testin eri osissa 18,7 km/h ja 62,6 km/h. Käytännön testit ovat osoittaneet, että 10-15 standardin mukaan mitattu toimintamatka voi käytännössä olla jopa 40 % ilmoitettua lyhyempi.

Sähköauton toimintamatkan arvionnissa tulee siis olla kriittinen käytetyn mittausmenetelmän suhteen, koska alalle ei ole vielä syntynyt vakiintunutta testikäytäntöä ja valmistajat käyttävät mielellään mittausmenetelmiä, jotka tuottavat suotuisimman tuloksen.

Akun käyttöikä

Yhdysvaltalaisen talk-show isännän Jay Lenon Baker Electric-sähköauto vuodelta 1909 toimii edelleen alkuperäisillä akuillaan (kuvassa vastaava auto vuodelta 1908).

Yksittäiset akut järjestetään suuremmaksi akustoiksi, jossa voltti- ja ampeerituntimääriltään toisistaan eroavat akut muodostavat energiamäärältään optimaalisen kokonaisuuden. Akkujen käyttöikä vaikuttaa suuresti käyttökustannuksiin ja akkujen kuluminen riippuu puolestaan monesta eri tekijästä.

Hybridiautoissa akkujen tiedetään kestävän käyttöä yli kymmenen vuotta, mutta verkkovirta voi olla niiden akuille haitallisempaa kuin polttomoottorin tuottama.

Vanhempien akkujen käyttöikää voi pidentää pitämällä ne jatkuvasti hyvässä latauksessa ja lataamalla ennen kuin varaustaso laskee alle 50 %. Uudemmat akkutyypit kestävät paremmin akun latauksen vasta kun suurin osa virrasta on käytetty.

Käytännön esimerkkinä Toyota RAV4 EV:n NiMH-akut ovat saavuttaneet 160 000 km käyttöiän hyvin pienellä toimintasäteen pienenemisellä, ja sähköautot saattavat siten saavuttaa tai ylittää vastaavan polttomoottoriauton eliniän akkujen osalta. Toisaalta taas nykyiset litiumakut kemiallisesti epästabiilimpina menettävät noin kolmanneksen kapasiteetistaan 6-7 vuodessa, ja kestävät nikkeliakkuja rajallisemman määrän latauskertoja. Akkujen vaihtokuluja kompensoi kuitenkin polttomoottoriautoa vähäisempi muun huollon tarve.

Akkujen ympäristöhaitat

Kaikki energiavarastot, kuten akut ja polttoaineet, ovat ympäristölle haitallisia ja tuottavat hävittämis- tai kierrätysmaksuja. Joidenkin uusien (kuten litium-ioni ja litium-ioni-polymeeri-)akkujen valmistuksessa käytettävät kemikaalit ovat ympäristölle haitallisia. Tässäkin asiassa erityisesti litiumakkuja valmistavat tehtaat ovat parantaneet ympäristötietouttaan. Litium itsessään on hyvin reaktiivinen materiaali ja palaa helposti. Litium ei ole myrkyllistä ja sitä käytetään esim. mielialalääkkeissä. Uusimmat LiFePO4-litiumakut eivät sisällä ympäristölle haitallisia aineita. Perinteisillä autojen käynnistysakuilla on tätä nykyä hyvät kierrätysohjelmat, joten todennäköisesti uusille akuille luodaan maailmanlaajuisesti vastaavat kierrätysjärjestelyt, joilla ympäristölle haitalliset kemikaalit saadaan talteen. Yhä enemmän myös etsitään ja käytetään akkujen kehittämisessä biologisesti turvallisia aineosia ja pyritään eroon haitallisista ja myrkyllisistä aineista. Toisaalta voidaan myös ajatella, etteivät akut aiheuta sen suurempaa riskiä kuin tällä hetkellä polttonesteiden kuljetus, valmistus ja käyttö aiheuttavat, vaikkei täysin puhdasta akkua vielä saataisikaan käyttöön.

Akkujen turvallisuus onnettomuuksissa

Sähköauton turvallisuusnäkökohtia on pohdittu kansainvälisessä ISO standardissa 6469. Standardi jakaantuu kolmeen osaan ja käsittelee seuraavia aiheita:

• Mukana kulkevaa energiavarastoa, eli akkuja
• Toiminnallista turvallisuutta ja vikatilanteilta suojautumista
• Sähköiskuilta suojautumista

Palomiehet ja pelastushenkilökunta saavat erityistä koulutusta sähkö- ja hybridiauto-onnettomuuksien aiheuttamien suurten jännitteiden ja akkujen kemikaalipäästöjen varalle. Sähköauto-onnettomuudet synnyttävät uudenlaisia uhkia, kuten akkujen äkillisen purkautumisen aiheuttamia paloja. Ei ole kuitenkaan saatavilla tutkimustietoa siitä, onko sähköauto tässä suhteessa vaarallisempi kuin polttomoottoriautot, joiden tankeissa voi olla kymmeniä litroja helposti syttyviä ja höyrystyviä polttonesteitä.

Harrastajat, bensiinistä sähköön muunnokset ja kilpailut

Tzero-sähköauto jättää Dodge Viperin taakseen.

Harrastajat (etenkin Yhdysvalloissa) hankkivat usein oman sähköautonsa muuntamalla bensiinimoottorilla toimivia autoja kulkemaan pelkän sähkön voimalla. USA:ssa on syntynyt kokonainen pienyritysten verkosto, joka tarjoaa palveluksiaan avuksi autojen muuntamiseen tai sähköautojen rakentamiseen. Maan yliopistoissa - kuten Kalifornian yliopistossa Irvinessä - rakennellaan omana tuotantona erityismalleja sähkö- tai hybridiautoista. Joissakin oppilaitoksissa pidetään halukkaille kursseja muunnoksen tekemisestä.

Harrastajavoimin tehdyt - edullisimmilla akuilla varustetut sähköautot - tarjoavat monet sähköauton parhaat puolet käyttäjilleen: hiljaisen ja ekologisen ajoneuvon. Ainoastaan toimintasäteen osalta joudutaan jäämään bensiiniautosta jälkeen. Harrastajien rakentamat sähköautot jäävät usein yhden latauksen ajomatkassaan noin 50–130 kilometriin (lyijyakuilla). Toisaalta juuri lyhyen toimintasäteen autot voidaan tehdä akustoiltaan keveiksi, jolloin oikealla painojakaumalla (40 % eteen / 60 % taakse) jää ohjaustehostin tarpeettomaksi. Akustojen paino nousee kuitenkin niin suureksi, että saatetaan joutua vahvistamaan bensiiniautojen runkorakenteita. Tällaisen auton suorituskyky on riittävä kaupunkiajoon ja auto kulkee hyvin liikennevirroissa. Auton rakennus- ja ylläpitokustannukset jäävät melko kohtuullisiksi. Suomessa tällaisen auton rekisteröinti voi olla hankalaa. Työmatkakäytössä tällainen auto voi hyvinkin täyttää täysin käyttäjänsä tarpeet. Ruuhkaisessa kaupungissa sähköauto näyttää energiapiheytensä: jonossa tai valoissa seistessä moottorin energiankulutus on nolla - toisin kuin polttomoottorilla.

Omatekoisia sähköautoja käytetään myös kiihdytyskilpailuissa ja Yhdysvalloissa suosituissa 400 metrin kisoissa. Sähköautokisoja järjestetään säännöllisesti ja monesti kilpaillaan myös polttomoottoriautojen valiokaartin kanssa (esimerkiksi Dodge Viper ja Saleen S7).

Sähköauton tulevaisuus

Sähköauton tulevaisuus riippuu pitkälti akkujen energiapainosuhteen kehittymisestä. Samalla näiden akkujen pitäisi olla pitkäikäisiä, helposti ladattavia ja kohtuuhintaisia. Sähkömoottorit, moottorien hallintapiirit, laturit ja suurin osa muusta tekniikasta on sen sijaan jo pitkälle kehittynyttä ja hinnaltaan hyvinkin kilpailukykyistä verrattuna polttomoottoriauton osiin. Litium-ioni-, litium-ioni-polymeeri- ja sinkki-ilma-akut ovat jo osoittaneet prototyypeissä teknisesti riittävän kyvyn varata energiaa niin, että toimintamatka ja energian "tankkaus" saadaan samalle tasolle kuin on nykyisillä polttomoottoriautoilla, vaikka samalla on huomattava, että nämä pitkän toimintasäteen protyypit ovat olleet kaksipaikkaisia ja pienen kuormankantokyvyn omaavia.

Hybridiautot omaavat monia sähköauton etuja. Hybridien myötä kehittyvät myös sähkömoottorit ja niiden osat, akut, laturit ja moottoreiden hallintapiirit. Hybridien sähkötekniikan kehittyessä ne käyttävät myös vähemmän polttoainetta ja lähestyvät siten sähköautoa.

Sarjavalmisteisia hybridiautoja voi muuntaa verkkovirtaan kytkettäviksi plug-in-hybrideiksi. Plug-in-hybridiin vaihdetaan tehokkaampi akusto ja lisätään laturi ja latauskaapeli. Näin autoa voi ladata verkkovirrasta ja kaupunkiajossa matalilla nopeuksilla voi ajaa pelkän sähkön voimalla. Esimerkiksi Kalifornian Davisin yliopistossa on aloitettu voittoa tavoittelematon hanke "California Cars Initiative" eli "CalCars", jonka puitteissa Toyota Prius -hybridiautoja muunnetaan plug-in-hybrideiksi. Muunnetut Priukset toimivat lyhyillä matkoilla kuin puhtaat sähköautot. Pidemmillä matkoilla auto toimii kuten normaali hybridi. Nämä itsetehdyt muunnokset ovat luoneet painetta autonvalmistajille lisätä latausmahdollisuus hybridimalleihinsa.

Valmistajien suunnitelmat

Nissan on myynyt jo yli 20 000 Leaf-sähköautoa maailmalla, vaikka sitä alettiin valmistaa vasta tänä vuonna.

Suurten autovalmistajien viimeaikaisten ilmoitusten perusteella markkinoilla saattaa tapahtua lähiaikoina sähköautojen läpilyönti, jossa tarjolle tulee jokapäiväiseen arkikäyttöön hyvin soveltuvia sähköautomalleja ja plug-in-hybridejä. Suomeen Leaf saapuu huhtikuussa 2012. General Motors: General Motors aikoo julkaista nelipaikkaisen ja sedan-mallisen plug-in-(sarja)hybridin nimeltään Chevrolet Volt vuonna 2010. Sen litium-ioni-akuissa riittää virtaa 64 km ajoon jonka jälkeen pienehkö polttomoottori ryhtyy lataamaan akkuja. GM:n osittain omistamalta Opelilta on tulossa Volt:in tekniikkaan perustuva sähköauto vuonna 2011.

Volkswagen AG: Volkswagen on ilmoittanut julkaisevansa sähköauton vuonna 2013. Audi vahvistaa aikeensa kehittää pientä kaupunkiajoon tarkoitettua sähköautoa, joka tulee perustumaan VW Up! -konseptimalliin.

Daimler AG: Mercedes-Benz on ilmoittanut aikeensa julkaista sähköauto vuonna 2010. Smart aikoo tuoda sähköauton markkinoille vuonna 2010.

BMW Group: MINI aloitti sähköautojen myynnin tai liisauksen USA:ssa vuonna 2009. Lisäksi BMW on julkistanut i3-täyssähköauton ja i8-hybridiauton.

Tata Motors Ltd.: Tata Motors on ilmoittanut tuovansa Tata Indica Vista EV -auton markkinoille vuonna 2011. Jaguar aikoo aloittaa XJ-mallinsa plug-in-(sarja)hybridin valmistuksen vuonna 2011 ja lupaa 48 kilometrin matkan mahdolliseksi akkujen varassa.

Mitsubishi Motors on päättänyt jatkaa sellaisen sähköauton kehittämistä, jossa moottorit on sijoitettu renkaiden yhteyteen. Olemassa olevalla prototyypillä on tarkoitus tutkia jousittamattoman massan kasvun aiheuttamien ajo-ominaisuuksien huononemisen korjausmahdollisuuksia. Seuraavan version on tarkoitus olla helposti valmistettavissa sähköautona, hybridinä tai polttokennoihin perustuvana vetyautona. Mitsubishin i-MiEV:n myynti käynnistyy euroopassa 2011.

Subaru aloittaa R1e sähköautomallinsa tuotannon Japanissa vuonna 2009. Subaru valmistaa myös 170 auton erän pikkuiseen Stella-malliinsa pohjautuvia sähköautoja valtion laitoksille. Subaru on kehittänyt litium-akkuteknologiaa huomattavasti eteenpäin, jos jotakin voidaan päätellä siitä, että Toyota ja Subaru ovat sopineet teknologiavaihdosta: Camry- ja Prius-hybridien moottoriteknologiaa vaihdetaan R1e-prototyypin akkuteknologiaan.

Tesla Motors on saanut Roadster-urheilusähköautot valmiiksi ja seuraavaksi käynnistyy joka miehen Model S:n tuotanto. Model S-autot on määrä saada valmiiksi 2013, jolloin aloitettaisiin vuoden kestoinen Model X:n valmistuskausi.

Toyota aikoo aloitti pistokehybridi-Priuksen sekä RAV4 EV:n toisen sukupolven valmistuksen vuosina 2011-2012. Priuksella on mahdollista ajaa 20-30 km ja täysin sähköisellä RAV 4 EV:llä 160-190 km sähköllä.

PSA Peugeot Citroën -yhtymä ja Mitsubishi kehittävät yhteistyössä sähköautoja. Mitsubishin i-MiEV-mallia tullaan myymään Peugeot-nimellä viimeistään vuoden 2011 alussa.

Renault-Nissan-allianssi lupaa sähköautoja Yhdysvaltoihin ja Japaniin vuonna 2010; Israeliin ja Tanskaan vuonna 2011; sekä polttokennoautoja vuoteen 2015 mennessä.

Ford Motor Company: Volvo ja Vattenfall tekevät yhteistyötä sähköauton kehittämiseksi. Hybridiautoja tullaan tuottamaan vuonna 2012.

Viimeaikainen kehitys osoittaa, että sähköautojen laajamittainen tulo liikenteeseen voi olla totta jo lähitulevaisuudessa. Esimerkiksi Ruotsin valtion sähköyhtymä Vattenfallin konsernijohtaja Lars G. Josefsson uskoo, että autoteollisuus suuntautuu vahvasti ja nopeasti kohti sähkö- ja hybridiautoja, niin että vuonna 2020 maailman uusista autoista joka kymmenes tulisi olemaan sähköauto.

Lupaava tulevaisuus litium-akkujen takia

Pääartikkeli: Litiumioniakku

Sähköauton tulevaisuus näyttää lupaavalta uusien Litium-ioni-akkujen myötä, jotka voivat teoriassa antaa ajomatkaa kertalatauksella jopa 1 000 km ja jotka voi ladata hyvinkin nopeasti. Yksikään auto- tai öljy-yhtiö ei kontrolloi litium-ioni-akkujen valmistusta ja myyntiä, toisin kuin väitetään olevan suurikokoisten nikkeli-metallihydridi-akkujen kohdalla.

Toyota on testannut litiumakkuja käytössä kolmen vuoden ajan. Ne ovat osoittautuneet riittävän kestäviksi, vakaiksi ja turvallisiksi. Toyota kuitenkin uskoo akkujen korkean hinnan ja lyhyen toimintasäteen estävän sähköautojen leviämisen suurten joukkojen käyttöön aina vuoteen 2020 asti, jollei akkujen hintakehityksessä saavuteta sitä ennen suurta läpimurtoa. Siihen asti Toyota aikoo käyttää enimmäkseen nikkeliin pohjautuvia akustoja.

Toyota on alkanut etsiä parempaa tapaa varastoida energiaa kuin nykyiset litium-akut. Toyota on arvioinut litium-tekniikan olevan käytössä 2030-luvulle asti.

Sähköauton vertailua polttomoottoriautoon

Th!nk-sähköauto Hannoverin EXPOssa vuonna 2000

Polttomoottoria käytetään tällä hetkellä yleisimmin autojen voimanlähteenä. Sähköautolla olisi siihen nähden kuitenkin monia etuja.

Kustannukset

Sähköauton energiakustannukset ovat tyypillisesti muutamien eurosenttien luokkaa kilometrillä, kun taas bensiinikäyttöisen auton energia maksaa moninkertaisesti tähän verrattuna. Tähän vaikuttaa se, että sähköautoissa on käytössä tehoa 10–20 kW, kun polttomoottoriautoissa on käytössä tehoa 50–100 kW. Tehoerot käyttäjä huomaa maksiminopeudessa ja mäennousukyvyssä. Energiakustannuksena olisi huomioitava myös talvella sähköautoon tarvittavan erillisen lämmittimen käyttämä energia.

Kokonaiskäyttökustannukset kuitenkin kertyvät paljolti akkujen vaihtokustannuksista, jotka ovat tällä hetkellä korkeahkot (tuhansia euroja). Akkujen käyttöikä on akkutyypistä riippuen yleensä noin 1–4 vuotta. Mitä kalliimpi akkutyyppi, sen parempi toimintamatka (jopa 400–500 km), latausaika ja käyttöikä (jopa 10 vuotta).

Huoltokustannukset ovat muutoin sähköautossa pienemmät. Sähkömoottori ei polttomoottorin tapaan juurikaan kulu hankauksen ja lämmön vaikutuksesta ja teknologia on muutoinkin yksinkertaisempaa (esimerkiksi jäähdytinlaitteisto on sähköautossa yleensä turha, samaten suodattimet ja öljynvaihto).

Energiatehokkuus ja hiilidioksidipäästöt

Valmistetut sähköautot kuluttavat energiaa tyypillisesti noin 0,2–0,3 kilowattituntia kilometriä kohti. 15–50 prosenttia tästä energiasta kuluu yleensä akkujen latausvaiheessa. Yhdysvalloissa keskivertoinen polttomoottoriauto kuluttaa noin 0,98 kilowattituntia kilometriä kohti. Hybridiautolla kulutus on huomattavasti pienempi, esimerkiksi Honda Insightillä 0,32 kWh/km. Energiatehokkuuden suhteen sähköautot ovat polttomoottoriautoja parempia, vaikka sähköauto on kuljetuskyvyltään verrattavissa pikkuautoihin, ja vertailukohde, Yhdysvaltain keskivertoauto, ei ole bensiinin säästömalli. Sähköauton energiatehokkuuteen kuuluvia pieniä yksityiskohtia on esimerkiksi energian talteenotto jarrutuksessa, kun taas polttomoottoriautossa jarrutuksessa syntyvä kitka ainoastaan kuumentaa ja kuluttaa jarruja. Toisaalta kylmissä ilmanaloissa polttomoottoriautoissa matkustamon lämmitys onnistuu moottorin tuottamalla hukkalämmöllä, mutta sähköautojen lämmittämiseksi joudutaan joko ottamaan lämmitysenergia akuista, mikä pienentää auton kokonaishyötysuhdetta, tai käyttämään erillistä polttonestelämmitintä, mikä vähentää ympäristöystävällisyyttä. Vastaavasti kuumissa ilmanoloissa autossa voidaan tarvita ilmastointia, mikä aiheuttaa ylimääräistä energiankulutusta molemmille autotyypeille.

Jos sähköautojen käyttö lisääntyisi nopeasti, niiden tarvitsema lisäsähkö normaalin sähköntuotannon lisäksi jouduttaisiin alkuvaiheessa todennäköisesti tuottamaan lauhdevoimalaitoksissa hiilellä, Suomessa varavoimalaitokset ovat hiilellä toimivia ja hiilivoimalaitokset ovat vastaavassa asemassa päästökaupan vuoksi muissakin EU-maissa. Lauhdevoimalaitosten hyötysuhde on 0,44, kun jäähdytys tehdään merivedellä tai jäähdytystorneissa. Kaivoksesta lähtien laskettuna hyötysuhde on noin 0,35. Kun sähkönsiirron hyötysuhde on 0,95, akkujen latauksen hyötysuhde 0,5–0,85 (akkutyypistä ja laturista riippuen) ja sähköauton hyötysuhde 0,95, tulee kertomalla edelliset kokonaishyötysuhteeksi 0,16–0,27. Bensiinikäyttöisellä autolla, jolla (polttoaineen tuotantoon ja jakeluun kuluva energia huomioinen) kokonaishyötysuhde jää alle 0,20. Energiayksikköä kohden kivihiilen polttaminen synnyttää noin 1,27 kertaisesti enemmän hiilidioksidia kuin öljy.. Jos sähkö tuotetaan hiilellä keskimääräisellä 0,6:n kesä/talvi-hyötysuhteella vastapainevoimalaitoksessa tai kaukolämpövoimalaitoksessa (tässä ei ole huomioitu kaivoksesta voimalaitokseen tarvittua energiaa), kokonaishyötysuhteeksi tulee 0,27–0,46 (kokonaishyötysuhde on osahyötysuhteiden tulo), hiilidioksidipäästöt ylittävät vähän polttomoottoriauton päästöt ajokilometrille laskien. Oma lukunsa on kehittyvät hiilidioksidin talteenottojärjestelmät, jotka on huomattavasti helpompia sijoittaa voimalaitosten yhteyteen kuin liikkuviin ajoneuvoihin.

Sähköauton käytön synnyttämät hiilidioksidipäästöt jäävät polttomoottoriautoa pienemmiksi, mikäli laitoksessa poltetaan jotakin muuta kuin hiiltä eli kaasua, öljyä tai biopolttoaineita. Biopolttoaineilla, kuten puuhakkeella, hiilidioksidipäästöt jäävät hyvin vähäiseksi, sillä itse poltosta syntyvät päästöt sitoutuvat uuden biopolttoaineen kasvuun.

Merkittävän ratkaisun sähköauto tuo liikenteen hiilidioksidipäästöjen rajoittamiseen, mikäli sen tarvitsema energia tuotetaan uusiutuvista energialähteistä tai ydinvoimalla. Nopea siirtyminen tällaiseen energiantuotantoon on laajassa mittakaavassa hyvin haasteellista, mutta yksittäinen autoilija voi silti jo nyt hankkia käyttöönsä sähköauton ja monessa maassa - kuten Suomessa - ostaa käyttämänsä sähkön hiilidioksidivapaasti tuotettuna.

Hiilidioksidipäästöjen (CO₂) määrät ovat saatavilla sekä sähkö- että bensiiniautoille. Tällaisessa vertailussa tarkastellaan ajoneuvon tuottamaa kokonaispäästöä. CO₂-päästöt saadaan sähköauton osalta pienenemään käyttämällä sähkön tuotantoon uusiutuvia energiamuotoja. Polttomoottoriauton osalta käyttäjä voi vaikuttaa hiilidioksidipäästöihin siirtymällä biopolttoaineisiin, kuten etanoliin tai biodieseliin.

		CO2-tonneja keskimäärin vuodessa (laskelmat tehty 15000 mailille/vuosi = 24140 km/v)
		perinteinen, usein fossiilisilla polttoaineilla tuotettu energia	uusiutuvilla luonnonvaroilla tuotettu energia, esimerkiksi aurinkopaneelit tai tuulivoima
sähkömoottori	2002 Toyota RAV4-EV	3,4	0,0
bensiinimoottori	2000 Toyota RAV4 2wd	6,5	6,5
sähkömoottori	2000 Nissan Altra EV	3,15	0,0
Hybridiautot	2001 Honda Insight	2,8	2,8
	2005 Toyota Prius	3,15
	2005 Ford Escape H 2x	5,2	5,2
	2005 Ford Escape H 4x	5,9	5,9
Polttomoottoriautot	2005 Dodge Neon 2.0L	5,4	5,4
	2005 Ford Escape 4x	7,2	7,2
	2005 GMC Envoy XUV 4x	10,5

Perinteisellä sähköntuotannolla ovat sähköautot ja etenkin japanilaiset hybridit hiilidioksidipäästöiltään verrattain samalla tasolla. Taulukon polttomoottoriautot ovat eurooppalaiseen autokantaan verrattuna huomattavasti enemmän kuluttavia - vähäkulutuksinen polttomoottoriauto yltääkin parhaimmillaan hybridiautojen tasalle, eikä ero fossiilisilla polttoaineilla tuotetulla sähköllä kulkeviin sähköautoihin jää enää yhtä suureksi. Uusiutuvilla polttoaineilla tuotetun sähkön kohdalla tilanne on täysin toinen, sillä sähköautolla voidaan saavuttaa nollapäästöt - nykyään käytössä olevien polttomoottoriautojen ja hybridien ollessa lähes täysin riippuvaisia fossiilisesta polttoaineesta. Biopolttoaineiden laajempi käyttöönotto voi lähitulevaisuudessa muuttaa tilannetta.

Ympäristövaikutukset

Kun arvioidaan auton ympäristövaikutuksia kokonaisuutena otetaan huomioon kaikki tekijät auton koko käyttöiältä, sen ekologinen jalanjälki. Tällöin otetaan huomioon kaikki ympäristövaikutukset, jotka seuraavat niin auton valmistuksesta, sen käytöstä kuin sen purkamisestakin. Sähköauton ja polttomoottoriauton ympäristövaikutuksia on vaikea vertailla tyhjentävästi ja tasapuolisesti. Esimerkiksi ei tarkkaan tiedetä onko vaikkapa joissakin sähköautomalleissa käytettyjen nikkeli-kadmium-akkujen valmistuksen synnyttämät haitalliset päästöt ympäristön kannalta enemmän vai vähemmän vahingolliset kuin bensiinin valmistuksen synnyttämät petrokemian päästöt.

Suurin vaikutus ympäristölle on todennäköisesti kuitenkin auton käyttämä energialähde. Vertailussa vaikuttavin ero syntyy kun sähköauton tarvitsema sähkö tuotetaan täysin uusiutuvilla luonnonvaroilla tai ydinvoimalla. Jos taas sähkö tuotetaan fossiilisilla polttoaineilla, kuten suurin osa sähköstä maailmalla tällä hetkellä tuotetaan, pienenee autojen välisen ympäristövaikutuksen ero. Sähkötuotannon nykyisellä jakaumalla on sähköauton jättämä ekologinen jalanjälki kuitenkin huomattavasti pienempi. Yhdysvaltalaisen selvityksen mukaan sähköautot eivät siellä juurikaan olisi polttomoottoriautoja ympäristöystävällisempiä, ellei sähköntuotannon rakennetta muuteta ekologisemmaksi. Suomessa kuluttaja voi tällä hetkellä itse valita sähköntoimittajansa ja käyttämänsä sähkön alkuperän.

Akkujen uusiminen on merkittävä tekijä sähköauton ympäristövaikutuksia arvioitaessa. Niiden käyttöikä vaihtelee 1–4 vuoteen (30 000 km - yli 200 000 km). Toisaalta myös polttomoottoriautoa rasittaa kuluvien osien vaihtaminen (sytytystulpat, suodattimet, käynnistysakut yms.) ja öljynvaihdot. Sähkömoottori on puolestaan huomattavasti pitkäikäisempi kuin polttomoottori, sillä siihen ei kohdistu vastaavaa kulutusta (kitkaa, lämpöä ja painetta).

Etenkin polttomoottoriautojen käytöstä aiheutuu pienhiukkaspäästöjä. Esim. Suomessa pienhiukkasista aiheutuvia ennenaikaisia kuolemia arvioidaan tapahtuvan vuosittain noin 1300.

Suorituskyky

Suurimpiin maa-ajoneuvoihin lukeutuva yli 200 tonnin painoinen Liebherr T 282B kulkee sähkömoottoreiden voimin. Kyseisessä kaivosdumpperissa on sarjahybridin tai junien tavoin dieselmoottori tuottamassa sähköä.

Monet nykyaikaisista sähköautoista päihittävät kiihtyvyydeltään vastaavat kokoluokan bensiiniautot. Sähköautossa voidaan esimerkiksi asentaa moottorit suoraan jokaisen renkaan yhteyteen, mikä lisää vääntövoimaa. Tämä ratkaisu sopii vain sileillä lattioilla toimiville ajoneuvoille. Nopeasti tiellä liikkuvissa ajoneuvoissa pyritään minimoimaan jousittamaton massa esimerkiksi kevytmetallivanteilla, jotta ajo-ominaisuudet säilyisivät hyvinä. Suuri jousittamaton massa johtaa auton pomppimiseen kuopista. Jotkin sähköautot ovat vaihteettomia tai yksivaihteisia, mikä tekee kiihdytyksistä ja hidastuksista pehmeitä samalla kun saavutetaan korkeat vääntömomentit hyvin erilaisilla kierrosnopeuksilla. Esimerkiksi Venturi Fetish -sähköauton kiihtyvyys on aivan huippuluokkaa, vaikkakin sen moottori tuottaa suhteellisesti vaatimattomat 300 hevosvoimaa. Joissakin tasavirtamoottorilla varustetuissa kiihdytysajoon tarkoitetuissa malleissa vaihteistossa on kaksi pykälää, jolloin saadaan parempi huippunopeus.

Kooste sähköauton käyttöä puoltavista ja haittaavista seikoista

Sähköauton puolesta esitettyjä seikkoja

Sähköauton eduiksi polttomoottiriautoihin verrattuna on esitetty seuraavia asioita :

• Sähköautot vähentävät riippuvuutta öljystä ja öljymarkkinoiden heilahteluista, mikäli sähköstä on riittävän suuri osuus tuotettu muista kuin öljypohjaisista energialähteistä.
• Sähköautot pienentävät kulkemiseen käytetyn energian kustannuksia, jos sähkön hintaa ei veroteta kuten polttoaineiden hintaa verotetaan.
• Sähköauton moottorissa on suurempi vääntömomentti kuin polttomoottoriautossa.
• Polttomoottoriautojen korvaaminen sähköautoilla pienentäisi ilmastomuutosta, jos sähkö tuotetaan uusiutuvilla energioilla tai ydinvoimalla.
• Sähköautot ovat polttomoottoriautoja hiljaisempia.
• Sähköauto pystyy jo täysin täyttämään keskimääräisten päivittäisen ajokilometrien tarpeen ja olisi omiaan etenkin perheiden toiseksi autoksi.
• Auton lataaminen kotona on miellyttävämpää kuin käynti huoltoasemalla.
• Jarrutuksessa lataavalla järjestelmällä saadaan osa siitä energiasta talteen, joka polttomoottoriautossa muuntuu jarrujen kulumiseksi ja kuumenemiseksi.
• Käyttökustannukset pienevät huollon osalta öljynvaihdon, jäähdytysjärjestelmän, suodattimien, pakoputkiston ym. polttomoottoriauton vaatiman tekniikan jäädessä pois.
• Erilaisten ajonhallintajärjestelmien, kuten luistoneston, etäisyydensäädön, parkkitutkan, kaarrenopeuden- ja ohjauksen korjausjärjestelmien liittäminen on huomattavasti helpompaa ja edullisempaa sähköautoon kuin polttomoottoriautoon. Reagointinopeus ja -tapa on mahdollista saada paljon toimivammaksi.
• Tulevaisuuden automaattiohjausjärjestelmien, kuten automaattisen nopeusrajoitusten säädön ja autopilotin kehittäminen on helpompaa sähköautoon, jossa ei sähköistä hallintaa tarvitse yhdistää mekaaniseen polttomoottoriin.
• Sähköauton kulkuenergian voi tuottaa myös itse esimerkiksi aurinko- tai tuulienergialla. 30 kWh Akustojen lataamiseksi tarvitaan noin 50 neliömetriä aurinkokennoja ja 8 tuntia aurinkoa. Sähköauto voi kuljettaa mukanaan aurinkokennoja, jolloin pieni ja kevyt auto saadaan liikkumaan aurinkovoimalla.
• Sopivasti lisävarustettu sähköauto voi myös antaa akuistaan virtaa kodin sähkölaitteille sähkökatkosten aikana.
• Jos kuluttaja ostaa uusiutuvilla luonnonvaroilla tuotettua sähköä ja lataa autonsa sillä, romahtavat hänen aiheuttamat henkilökohtaiset hiilidioksidipäästöt todennäköisesti murto-osaan polttomoottoriauton käyttöön verrattuna. Autoilu on yksittäisten ihmisten kohdalla suurin hiilidioksidipäästöjen aiheuttaja, synnyttäen autoa kohti tuhansia kiloja hiilidioksidia vuodessa.
• Ne edistävät liikenteen päästöjen tuntuvaa vähentämistä
• Niiden kilometrikustannukset ovat matalammat. Helsingin Energian tutkimus- ja kehityspäällikkö Jussi Palolan mukaan sadan sähköautokilometrin "polttoainekulu" on noin kaksi euroa, kun diesel- ja bensiiniautolla kustannus on moninkertainen.
• Sähköautoilun yleistyminen auttaa kansainvälisten ilmastovelvoitteiden saavuttamisessa
• Niiden avulla voidaan saavuttaa merkittävä energiatehokkuuden nousu
• Sähköautoilla on positiivisia terveysvaikutuksia erityisesti kaupunkialueilla, koska ne vähentävät autoilun pienhiukkaspäästöjä.
• Matti Vanhasen mukaan sähköautot mahdollistavat "yhdyskuntarakenteen pitämisen monipuolisena".

Sähköauton käyttöä haittaavia seikkoja

Sähköautoa vastaan on esitetty muun muassa seuraavanlaisia seikkoja:

• Ajomatka on rajattu akkuihin varattuun energiaan ja uudelleenlataaminen on yleensä hidasta.
• Huomattavalla osalla väestöstä, erityisesti kaupungeissa, ei ole vakituista paikkaa ladata sähköautoa.
• Rajallinen kerta-ajokantama heikentää liikkuvuutta, josta voi olla yhteiskunnallisia seurauksia esimerkiksi palvelujen tai työvoiman saatavuuden kannalta.
• Sähköautojen latausinfrastruktuuri on kehittymätöntä
• Standardien puute estää rakentamasta latausinfrastruktuuria ennen kuin sähköautoja on jo käytössä merkittäviä määriä
• Paikalliset sähköverkot eivät kestä pikalatausta, koska tarvittava hetkellinen sähköteho on useita satoja kilowatteja suuremmille akustoille.
• Huoltoasemat eivät pysty palvelemaan suuria määriä sähköautoja kerrallaan, koska pikalatauskin on polttonesteiden tankkaamiseen verrattuna hidasta
• Akunvaihto latauksen korvikkeena aiheuttaa tarpeen suurelle määrälle vaihtoakkuja jokaiselle huoltoasemalle, joka nostaa huomattavasti palvelun hintaa
• Raskaat akut pienentävät hyötykuormaa. Bensiini sisältää yli 50 kertaa enemmän energiaa kiloa kohden kuin parhaat uudelleen ladattavat akut. Vaikka polttomoottorin hyötysuhde on 20–25 %, tehopainosuhde on silti yli kymmenen kertaa parempi kuin akkujen. Jos 50 kg:lla bensiiniä auto kulkee 1000 km, niin sähköauto tarvitsee tähän 500 kg akkuja. Akut vaativat myös lisätilaa verrattuna polttonestesäiliöön.
• Suuri osa sähköstä tuotetaan tällä hetkellä fossiilisilla polttoaineilla, joiden avulla tuotettu kilowattitunti tuottaa 0,59 kg hiilidioksidipäästöjä. Suomessa sähkön tuotanto tuottaa noin 0,3 kg hiilidioksidipäästöjä kilowattituntia kohden.
• Akkujen hankinta- ja vaihtokustannukset ovat suuret: 2 000 $ (lyijyakku) – 20 000 $ (litium-ioni-akku). Ajokilometrit saattavat tulla jopa bensiinillä ajettuja kalliimmiksi, koska suurin osa akuista vanhenee ajan myötä, vaikkei niillä ajettaisikaan maksimikilometrejä.
• Jotkut akkutyypit toimivat huonosti kylmässä, toiset heikosti lämpimässä. (NiCd, NiMH)
• Joidenkin akkutyyppien matalampi hyötysuhde lisää kokonaisenergiankulutusta ja sitä kautta vaikeuttavat latamista ja lisäävät päästöjä (lyijy, NiCd, NiMH)
• Jotkut akkutyypit sisältävät raskasmetalleja ja muita ympäristölle ja ihmiselle myrkyllisiä aineita. (mm. lyijy, kadmium, nikkeli)
• Jotkut akkutyypit ovat paloturvallisuudeltaa heikkoja ja/tai kehittävät kuormitus- ja lataustilanteessa tai vaurioiduttuaan helposti räjähtävää vetykaasua. (lyijy, NiCd, litium)
• Litium-metallin saatavuus rajoittaa litiumakkujen hintakehitystä ja voi johtaa tulevaisuudessa jopa kasvaviin hintoihin, koska maailman suurimmat litiumesiintymät ovat harvojen hallussa.
• Altistuminen sähköiskuille ja -kentille.
• Sähköauton lämmityslaite joudutaan toteuttamaan käytännössä polttonestetoimisena.
• Sähköautot ovat hiljaisia, mikä tekee niiden havaitsemisesta hankalaa esimerkiksi sokeille.

On myös esitetty, että sähköautojen käyttöönoton myötä vähenevä huollon- ja varaosien tarve voisi aiheuttaa auto-osien hinnannousua tai vaihtoehtoisesti työttömyyttä, sillä polttomoottoriautojen huoltoon ja ylläpitoon on erikoistunut suuri joukko autoalan yrityksiä. Käytännössä auton huollontarve ei vähenisi huomattavasti sähköautoihin siirtymiseen myötä, koska auton voimansiirto, lisävarusteet, jarrut, alusta yms. vaativat huoltoa myös sähköautossa.

Lisäksi on esitetty, että akkuteknologian korkea hinta ja suhteellisen lyhyt käyttöikä laskisi huomattavasti sähköautojen romutusikää ja haittaisi käytettyjen autojen myyntiä, koska loppuun kulutetulla akulla varustetun auton arvo on hyvin pieni verrattuna uuden akun hintaan. Kuluttajan ei kannata hankkia käytettyä sähköautoa koska hän joutuisi investoimaan siihen merkittävän osan kokonaan uuden auton hinnasta. Käytännössä tämä tarkoittaisi että parin tuhannen euron arvoiseen käytettyyn koriin jouduttaisiin hankkimaan kymmenien tuhansien eurojen hintainen akku jotta sitä voi käyttää, jolloin käytetty auto olisi lopulta vain muutamia kymmeniä prosentteja uutta halvempi siinä missä polttomoottoriauto maksaa käytettynä parhaimmillaan vain kymmeneksen uuden auton hinnasta ja on sellaisenaan täysin kelvollinen vielä vuosien ajoon.

Edellämainitut seikat kannustavat kertakäyttökulttuuriin jossa sähköauton ensimmäinen tai toinen omistaja on yhä useammin sen viimeinen omistaja vaikka sen tekniikka olisi muuten kohtuullisessa kunnossa. Tämä voidaan nähdä myös sähköautoilun yleistymistä haittaavana seikkana, koska köyhemmillä kansanosilla ei ole varaa hankkia kalliita akkuja ja siten heillä ei ole varaa hankkia edes käytettyjä sähköautoja. Toisaalta se myös kannustaa autonvalmistajia alentamaan tuotannon laatua, koska auton ei oleteta kestävän paljoa pitempään kuin sen alkuperäisen voimanlähteen. Tätä voi verrata polttomoottoriautoihin joissa moottori kestää käyttöä asianmukaisella huollolla helposti pidempään kuin auton muu tekniikka, jolloin on mielekästä että auto kokonaisuutena rakennetaan kestämään.

Auton romutusikä vaikuttaa merkittävästi sen aiheuttamaan ympäristörasitukseen. Jos vertailukohtana käytetään esimerkiksi biokaasulla tai muilla biopolttoaineilla toimivia polttomoottoriautoja, lyhyempi romutusikä merkitsee suurempia päästöjä auton elinkaareen suhteutettuna.

Sähköauton verotus

Pääartikkeli: Sähköautot Suomessa

Suomessa sähköautosta joutuu maksamaan käyttövoimaveroa (entinen dieselvero). Käyttövoimavero tulee maksaa, vaikka käytetty sähkö on jo verotettua ja/tai sähkö olisi tuotettu uudistuvilla luonnonvaroilla. Käyttövoimaveron poistamiseksi sähköautoilta on eduskuntaan lähetetty aiheesta addressi vuonna 2009, jolloin eduskunnassa tehtiin myös aloite asiasta. Käyttövoimavero sähköautosta on 2012 kolminkertainen verrattuna hybridiautoon. Sähköautosta käyttövoimaveroa maksetaan painon mukaan, käyttövoimaveron määrä päivää kohden on jokaiselta kokonaismassan alkavalta sadalta kilogrammalta 1,5 senttiä.

Auton painoon ei kuitenkaan lasketa polttoainetta, eli tässä tapauksessa akustoa.

Muissa maissa sähköautosta maksetaan yleensä vain pienin mahdollinen vuotuinen ajoneuvovero.

Laajempi näkökulma

Sähköautojen käyttö polttomoottoriautojen sijaan ei vaikuta moniin liikenteestä aiheutuviin ongelmiin. Sellaisia ovat liikenneruuhkat, liikenteen melu (rengasmelu), liikenneonnettomuudet, teiden rakentamisen tarve ja autojen valmistuksen energia- ja materiaalikulut.

Vaikka sähköauton käyttö saattaa olla parempi tapa autoilla, liikennöinnin määrään ei vaikuta se, kuljetaanko matka polttomoottorikäyttöisellä vai sähköautolla. Pitkät työmatkat ennustavat sosiaalista eristymistä, joka tekee ihmiset onnettomiksi. Erään laskelman mukaan tunnin mittainen matka työpaikalle vähentää ihmisen tyytyväisyyttä niin, että tasoissa pysyäkseen hänen olisi saatava vastineeksi 40 % enemmän palkkaa kuin ihmisen, jonka työpaikka on kodin lähellä.

Sähköautoa kattavampi ratkaisu modernin elämän ongelmiin saattaa löytyä kaupunkisuunnittelusta. Tiiviimmät asuinyhteisöt voisivat muiden etujensa muassa vähentää arkisen liikennöinnin tarvetta merkittävästi.

Sähköautokannan energiantarve

Helsingin Energian tutkimus- ja kehityspäällikkö Jussi Palolan laskelman mukaan sähköautojen osuuden kasvattaminen puoleen pääkaupunkiseudun liikennesuoritteesta kasvattaisi sähkön kulutusta 500 gigawattituntia, joka vastaa kymmenesosaa Helsingin sähkön kulutuksesta. Tämä määrä pystyttäisiin tuottamaan kaavailtujen tuulipuistohankkeiden tuottamalla tuulivoimalla.

Jos Ruotsin kaikki autot olisivat sähköautoja, niiden energian tuottamiseen tarvittaisiin sähköä samaa suuruusluokkaa kuin mitä yksi ydinvoimala nyt tuottaa.

Katso myös

• Muita sähköajoneuvoja: johdinauto, sähköpyörä, sähköveturi, raitioliikenne, Segway
• Auto
• Hybridiauto
• Vetyauto
• Aurinkoauto
• Polttokennoauto
• Sähkömoottori
• Polttomoottori
• Vaihtoehtoiset energianlähteet öljylle
• Ajoneuvon vaihtoehtoiset polttoaineet
• Uusiutuva energia
• Who Killed the Electric Car? -dokumentti
• Luettelo sähköautomalleista
• Electric Motor Show

Aiheesta muualla

• Who Killed The Electric Car -dokumentti
• Sähköautot.fi - suomalainen sähköautoprojekti
• AVERE - Euroopan sähkökulkuneuvoyhdistys
• CBEV - Campaign for Battery Electric Vehicles
• CITELEC - Sähköautosta kiinnostuneiden kaupunkien yhteenliittymä
• Electric Auto Association
• Electric Car Society
• Electric Drive Transportation Association
• SUBAT: life cycle assessment of electric vehicle traction batteries
• Plug in America - sähköautojen ja plug-in-hybridien puolesta
• Plug-In Vehicle Tracker Plug In American lista tulevista sähköautomalleista
• Suomalaisen sähköautobloggaajan lista uskottavimmista sähköautoista
• Lehdistötiedote jossa väitetään, että kuluttajat ovat vastuussa siitä, ettei sähköautoja ole vielä markkinoilla enempää.
• Maailman nopein sähköauto "KAZ"/ Eliica, 370km/h
• Ohjeita polttomoottoriauton muuntamiseen sähköautoksi
• Esimerkkejä bensiinistä sähköön -muunnoksessa tarvittavista osista
• Sähköautoja (paljon esimerkkejä polttomoottoriautoista tehdyistä muunnoksista)
• Linkkisivusto
• evworld-lehti
• MOTIVAn sivuilla sähköautosta
• Finnish Electric Vehicle Technologies
• [3] Sähkömoottoripyörä U.S.A.:sta
• Onko General Motors ottamassa sähköautot takaisin tuotantoon?
• Altairnano is delivering its first NanoSafe battery in September to Phoenix Motorcars for incorporation into an electric sedan
• NOW on PBS: Who Killed the Electric Car? Chris Painen dokumenttielokuvaan liittyvä artikkeli, jossa mm. sähköautojen aikajana
• San Francisco Chronicle: Owners charged up over electric cars, but manufacturers have pulled the plug
• The Air We Breathe, The Cars We Drive
• The Electric-Car Slide
• Slim Fit For The Freeways
• Sähköautosta ei ole ilmaston ihmelääkkeeksi (Tekniikka & Talous 25.3.2010)
• Sähköauton tulevaisuus ei ehkä olekaan niin valoisa
• Latauspaikkakartta 2012