Polttoaineen kulutus ja päästöt ovat monen tekijän summa

Nykyinen tieliikenne toimii valtaosin polttomoottorien voimalla. Autoalan tiedotuskeskuksen mukaan kotimaan liikenne kulutti vuonna 2021 energiaa polttoaineina 170 000 TJ (47 TWh), joka oli noin 15,5 % kokonaisenergiankulutuksesta. Moottoribensiiniä käytettiin noin 47 PJ (1,3 milj.t), dieselpolttoaineita noin 88 PJ (2,6 milj.t) ja muita polttoaineita yhteensä noin 17,5 PJ. Henkilöautojen osuus polttoaineiden käytöstä oli noin 60 %.

Tulevaisuudessa polttomoottoreiden käyttö vähenee uusien käyttövoimien, kuten sähkön ja vedyn, yleistyessä. Muutos on kuitenkin suhteellisen hidasta, eivätkä sähkökäyttöisetkään ajoneuvot ole energiantuotannon osalta päästöttömiä. Ja vaikka tulevaisuuden polttoaineet olisivat puhtaita, niin ilmaisia ne eivät ole. Näistä syistä energiankulutusta on vähennettävä edelleen muun muassa tieteknisin keinoin.

Päästöt vaihtelevat suuresti eri ajotilanteiden mukaan

Liikenne on pienpolton ja teollisuuden päästöjen ohella suurimpia hiukkasmaisten ja kaasumaisten päästöjen lähteitä. Etenkin taajamissa ja vilkkaiden teiden varsilla on hiukkasten ja typen oksidien pitoisuus merkittävästi kohonnut. 

Noin 60 % hiukkaspäästöistä tulee energiantuotannosta ja noin 25 % liikenteestä (Syke 2019). Liikenteen lähipäästöistä arvioidaan pakokaasuperäisiksi 14 %. Muita lähipäästöjä syntyy arvioiden mukaan jarruista 12 %, renkaista 35 % ja tienpinnasta 39 %.

Pakokaasupäästöihin vaikuttavat eniten erilaiset ajotilanteet, kuten tyhjäkäynti, ajo, kiihdytys ja jarrutus. Päästöjen ehkäisemiseksi tulisi ajo-olosuhteiden mahdollistaa mahdollisimman tasainen ajo.

Kuvasta 1 nähdään, että esimerkiksi hiilimonoksidin osuus kulutetusta polttoaineesta on tasaisessa ajossa minimissään, mutta muissa tilanteissa moninkertainen. Vastaavasti hiilivetypäästöjen osuus kasvaa erityisesti jarrutustilanteissa ja typen oksidien osuus ajossa sekä kiihdytyksessä. Huomattavaa on, ettei ajotilanne juurikaan vaikuta hiilidioksidin osuuteen kulutetusta polttoaineesta.

Kulutukseen vaikuttavia tekijöitä tiessä ja tien päällä 

Polttoaineen kulutuksen ja päästöjen määrä riippuu tie- ja liikenneolosuhteista, ajoneuvosta ja sen käyttövoimasta sekä ajotavasta. Väylävirastoa koskevaan lakiin sisältyy velvoite järjestää tie- ja liikenneolosuhteet siten, että ne mahdollistavat mahdollisimman taloudellisen liikenteen. Energia- ja ilmastoasioissa onkin saatu aikaan konkreettisia energiansäästötoimenpiteitä, mutta Väyläviraston mukaan toimijoilla on puutetta kootusta vaikuttavuustiedosta, arvioinnin työkaluista sekä hyvistä esimerkeistä.

Sekä ajo- ja kuljetustalouden että ympäristön näkökulmasta on tärkeää luoda liikennejärjestelmä, jossa polttoaineita kuluu mahdollisimman vähän. Tiehen liittyviä kulutukseen vaikuttavia tekijöitä ovat tien kapasiteetti ja nopeusrajoitus, tien geometria ja kunto sekä liikenteen ohjaus.

Tien geometriaa hallitaan mäkisyyden ja kaarteisuuden avulla, ja kuntoa puolestaan uraisuuden, epätasaisuuden, vaurioituneisuuden ja pintakarkeuden avulla.

Geometriassa merkittävin tekijä on ajoneuvon massan, tien pituuskaltevuuden ja maan vetovoiman mukaan määräytyvä mäkivastus. Seuraavaksi merkittävin on vierintävastus, johon vaikuttavat ajoneuvon painon, rengaspaineen ja ajonopeuden lisäksi tien epätasaisuus.

Tierakenteen jäykkyys vaikuttaa raskaiden ajoneuvojen vierintävastukseen. Muun muassa USA:ssa on tutkimuksissa havaittu kulutuksessa betonipäällysteillä ja taipuvilla asfalttipäällysteillä eroa noin 5 %. Suomessa ei betonipäällysteitä juuri ole, mutta asfalttipäällysteidenkin keskinäistä kantavuusvaihtelua tulisi tutkia enemmän.

Myös ilmanvastus on tavallaan ajonopeuden kautta tietekijä, koska se on henkilöautoilla vierintävastusta suurempi noin yli 80 km/h nopeuksilla. Raskailla ajoneuvoilla vastaava nopeuden raja-arvo on käytännön nopeuksia ylempänä, jolloin ilmanvastusvoima on vierintävastusvoimaa pienempi. Vierintävastus on huonosti kantavilla asfalttiteillä suurempi kuin hyvin kantavilla.

Parempaa vaikutustietoa, parempia työkaluja ja esimerkkejä

Destia sekä suunnittelu- ja konsultointiyritys WSP tekivät syksyllä 2021 SKAL:n tilaaman tutkimuksen, jossa selvitettiin tie- ja liikenneolosuhteiden vaikutuksia raskaiden ajoneuvojen polttoaineen kulutukseen. Tarkasteltavia muuttujia olivat muun muassa liikenteen sujuvuus, ohikulkutiet, ruuhkat, valo-ohjaus, paikalliset nopeusrajoitukset sekä tien mäkisyys ja kunnossapito. Tutkimuksessa hyödynnettiin ajokokeiden lisäksi ajoneuvosimulointia, jossa muutokset voidaan rajata juuri haluttuihin tekijöihin. Seuraavassa pari poimintaa tutkimuksista.

Case 1: ohikulkutien vaikutukset

Esimerkissä (kuva 2) tutkittiin ohikulkutien vaikutusta 9-akselisen ajoneuvoyhdistelmän ajoaikaan ja polttoaineen kulutukseen. Ajokoe eteni samasta lähtöpisteestä sekä kaupungin läpi että ohikulkutietä pitkin samaan tulopisteeseen. Kaupungin läpiajo kesti liikennevalopysähdyksineen 18 minuuttia, mutta ohikulkutiellä ja tasaisella nopeudella aikaa kului 11 minuuttia. Säästö oli matka-ajassa 40 % ja polttoaineen kulutuksessa 30 %. Myös samojen reittien simuloinnissa saatiin vastaavia tuloksia.

Säästöt riippuvat paljon siitä, kuinka moniin liikennevaloihin joudutaan pysähtymään. Testitilanteessa läpiajo oli yllättävän sujuvaa, joten toisissa tilanteissa ohikulkutien hyödyt voivat olla vieläkin suuremmat.

Toisin kuin simuloinnissa käytännön ajotilanteessa ei voida pysähtyä kaikissa liikennevaloissa vaan ainoastaan niissä, joissa ohjaus on punaisella.

Case 2: pistekohtaisen nopeusrajoituksen vaikutukset

Esimerkissä (kuva 3) ajettiin simulaattorilla 50 tonnin puoliperävaunullisella yhdistelmällä mäen ja notkon (korkeuseroa 14 m) sisältävää 1,5 km:n tieosuutta. Notkossa liittymän kohdalla nopeusrajoitus 80 km/h laski 500 metrin ajaksi arvoon 60 km/h ja palautui arvoon 80 km/h. Simulointien mukaan pistekohtaisen nopeusrajoituksen poisto säästäisi ajoaikaa 21 % ja polttoainetta 34 %.

Toisessa kokeessa simuloitiin vanhan ja mahdollisen uuden päällysteen epätasaisuuden vaikutuksia polttoaineen kulutukseen. Päällysteen uusiminen tuotti säästöä ajonopeudesta riippuen 4–10 %. Kolmannessa simulointikokeessa poistettiin tieosuudelta 14 metrin notkokohta (esim. eritasoristeyksellä), jolloin ajoaika lyheni 21 % ja polttoaineen kulutus väheni 40 %. 

Liikenteen polttoaineen kulutus ja sen tuottamat päästöt riippuvat useista eri tekijöistä. Energian kulutusta on aina tarpeen vähentää. Eri toimenpiteillä on erilaisia vaikutuksia. Yksittäiset tilanteet voivat olla hyvinkin uniikkeja. Yksistään erilaisia tie- ja liikenneolosuhteita on paljon.

Resurssien käytön maksimoimiseksi toimenpiteiden vaikuttavuus tulisi tietää. Case-tilanteet paljastivat, että polttoaineen kulutukseen vaikuttavia tekijäitä on paljon. Vaikutustietoa voitaisiin parantaa esim. simulointimenetelmin.

Niillä olisi mahdollista tuottaa tarvittavaa tietoa tilanteeseen kuin tilanteeseen. Vaikutustietoa voitaisiin tuottaa simuloimalla esimerkiksi vaikutustietokirjaston tai -tietokannan muodossa, josta sitten olisi mahdollista poimia vaikutustietoja kuhunkin tarpeeseen. Tie paremman vaikutustiedon hankkimiseen on avattu.

 

Teksti: Pertti Virtala
Kuva: Shutterstock

LÄHTEET

• https://www.aut.fi/tilastot
• Saad Abo-Qudais Æ Hani Abu Qdais: Performance evaluation of vehicles emissions prediction models. Clean Techn Environ Policy (2005) 7: 279–284.
• Mikko Happo, Jari Hosiokangas, Toni Keskitalo: Tieliikenteen eri käyttövoimien ja polttoaineiden lähipäästöt ja niiden haitalliset vaikutukset. Vaihe 2. Henkilöautojen muuttuvien lähipäästöjen terveyshaitat. Traficomin tutkimuksia ja selvityksiä 11/2020.
• Rasmussen, R.O.; Resendez, Y.A.; Chang, G.K.; and Ferragut, T.R., Concrete Pavement Solutions for Reducing Tire-Pavement Noise. Center for Portland Cement Concrete Pavement Technology, Iowa State University. Ames, IA. 2004.
• Jorma Mäntynen, Pertti Virtala, Markus Pajarre, Jarkko Rantala, Riku Huhta: Kuorma-autokuljetusten energiankulutuksen ja hiilidioksidin vähentäminen tie- ja liikenneteknisin toimenpitein. Helmikuu 2022.