Diesel – svårslagen som miljöbil

När trängselskatten införs i Stockholm den 3 januari 2006 kommer några bilar att slinka förbi gratis. Miljöbilar är nämligen undantagna från de nya avgifterna. I många kommuner är det också billigare att parkera en miljöbil. Förmånsvärdet är dessutom lägre, och i vissa fall är även driftskostnaden för en miljöbil lägre. De ekonomiska incitamenten är många, och de börjar ge resultat. I Göteborg utgör miljöbilar redan 5 procent av nybilsförsäljningen.

Men vad är en miljöbil? Det visar sig att kriterierna skiljer sig åt mellan olika delar av landet. Vägverket har tagit fram ett förslag som presenterades i juni i år, men det är ännu inte accepterat. En miljöbil i Göteborg är därför inte självklart en miljöbil i Stockholm eller Kristianstad. Det saknas ännu en rikstäckande definition, och även om de flesta kommuner och regioner har likartade regler finns variationer.

Ofta utgår definitionen från att bilarna ska drivas med alternativa bränslen, el eller en blandning av nya och konventionella bränslen. Fokus ligger i de flesta fall på alternativ som biogas och etanol. Skälet är att dessa alternativa bränslen är förnybara och att de därmed ger lägre utsläpp av fossil koldioxid och andra växthusgaser.

Koldioxiden har hamnat i fokus på grund av dess roll i det globala klimatet. Men bilarna släpper också ifrån sig andra ämnen som påverkar mer lokal miljö, till exempel små partiklar och kväveoxider. Här kan alternativa bränslen till och med ge upphov till högre utsläpp än traditionella bränslen. Det är ett skäl till att bilar som drivs på rapsolja (RME) inte längre definieras som miljöbilar – de släpper visserligen ut låga halter av koldioxid men höga halter av kväveoxid och partiklar.

Inte spannmål i tanken

Doktoranden Maria Grahn forskar om bränsle på Chalmers tekniska högskola i Göteborg. Hon undersöker vad som kommer att hända längre fram i tiden, när det finns tio miljarder människor på jorden – och fem miljarder bilar. Tillsammans med Christian Azar, professor i fysisk resursteori på Chalmers, har hon vägt samman energibehovet inte bara för transporter utan också för el och värme.

Hennes studier visar att koldioxidutsläppen de närmaste 20-30 åren blir som lägst om fordonen drivs med bensin och diesel, medan biomassa används för uppvärmning och elproduktion. Eftersom det mesta av den odlingsbara marken behövs för produktion av föda, kan inte tillräckligt med bioenergi produceras för att ersätta alla fossila bränslen.

– Kanske visar det sig då att fossila drivmedel är det bästa alternativet, och inte etanol tillverkad av spannmål eller skogsråvara, säger Maria Grahn.

Tunga miljöbilar

En miljöbil är till exempel Saab 9-5 Biopower. Den kan köras på en blandning av bensin och etanol. Upp till 85 procent etanol klarar motorn. Bilen känner själv av hur mycket etanol som finns och anpassar sig därefter. Föraren märker egentligen ingenting mer än att motorn blir litet starkare om det är hög andel etanol. Bilen kostar 260 000 kronor, 8 000 kronor mer än motsvarande bensinvariant.

Men Saaben är stor och tung och drar – oavsett hur miljövänligt drivmedlet är – ganska mycket bränsle. Det gäller nu inte bara Saab. Nya bilar blir allt större och tyngre. På tio år har till exempel en ny Volkswagen Golf blivit 27 procent tyngre.

Siffrorna kommer från utredaren och miljödebattören Per Kågeson. Han menar att det som miljön tjänar på alternativa bränslen omedelbart äts upp av att bilarna drar mer. På uppdrag av Vägverket har han gjort utredningen Väljer konsumenten framtidsbilen? där han konstaterar att få kurvor pekar i rätt riktning.

– Sverige är värst i klassen. Bilarna i Sverige är större och motorstarkare än i hela övriga EU, och vi släpper också ut mest koldioxid från nya bilar i hela EU, säger Per Kågeson.

Han menar att vi alltför ensidigt har fokuserat på bränslebyte. Målet borde i stället vara att minska mängden utsläppt koldioxid per fordonskilometer. Per Kågeson vill att vi ska inrikta oss mer på resultat och mindre på tekniken. Framför allt vill han slå ett slag för den bränslesnåla bilen. I Vägverkets nya förslag till miljöbilsregler ser det också ut som om Per Kågesons idéer har fått gehör.

Höj skatten!

Det enklaste sättet att minska förbrukningen av drivmedel är att göra bilen lättare, att minska rullmotståndet och därmed minska effektbehovet från motorn. Utvecklingen går dock som sagt åt rakt motsatt håll. Det man vinner i minskad vikt ersätts med ny utrustning, och det man vinner i bränslesnålhet äts upp av fler hästkrafter.

I dag är värdeminskningen den enskilt största kostnaden för en bil. Därefter kommer service och underhåll. Först på tredje plats kommer bränslet. Bränslekostnaden utgör bara några procent av vad det kostar att äga och köra en bil.

Vi tycker kanske att bensinen är dyr i dag. I relation till penningvärdes försämring är den dock billigare än på 1970-talet. Vid Handelshögskolan i Göteborg har professor Thomas Sterner tagit fram data som visar att bränslepriset i hög grad påverkar hur mycket vi kör. Den allmänna uppfattningen har annars varit att höjda bränslepriser visserligen på kort sikt minskar bilåkandet men att det inte har någon långtidseffekt.

Hur mycket efterfrågan påverkas av prisförändringar kallas på ekonomspråk för priselasticitet (priskänslighet). I Nationalencyklopedins ordbok ges till och med följande exempel: ”Bensin tycks ha ganska låg priselasticitet.” Thomas Sterner visar att det är en myt. Han har också funnit att skälet till att det är så svårt att höja skatten paradoxalt nog är att den låga skatten lett till hög konsumtion och därmed tryck på politikerna att hålla nere skatten. Det räcker dock inte med högre bränslepriser för att minska förbrukningen. Särskilt inte när de flesta nya bilar är företagsbilar. För att få bränslesnåla bilar att bli intressanta måste de gynnas redan vid inköpstillfället. Till exempel skulle reglerna kunna gynna dieselbilar. En dieselmotor är effektivare än en bensinmotor; den drar mindre bränsle och släpper därmed ut mindre koldioxid. I Storbritannien förändrades nyligen fordonsskatt och förmånsskatt så att bränslesnåla bilar gynnas. Andelen dieselbilar ökade raskt från 10 procent till 24 procent av nybilsförsäljningen. Men medan dieselbilarna ökar alltmer i övriga Europa, är deras andel låg i Sverige.

I Sverige ger förmånsbeskattningen i dag en rabatt på miljöbilar på 20 procent. Beskattningen är också generellt viktbaserad, men den tar inte alls hänsyn till bilens utsläpp av koldioxid per kilometer.

Mats-Ola Larsson är ansvarig för Göteborgs satsning på miljöfordon. Han har arbetat med att få göteborgarna att välja miljöbil i åtta år, ett arbete som först nu börjar ge effekt. Ändå är han kritisk till hur systemet fungerar. Det är för svart-vitt, anser han.

– Det är inte så lyckat med subventioner, för de gynnar bara de få som trots allt väljer miljöbilar.

Enligt Mats-Ola Larsson vore det bättre att styra beteendet så att det blir mindre intressant med bränsletörstiga bilar.

Homogenmotorn

Då skulle det också finnas en marknad för nästa generations riktigt snåla motorer. Det går nämligen att minska bränsleförbrukningen radikalt med förbränningsmotorer som kör på bensin och diesel. En lovande teknik som ännu befinner sig i laboratoriet är den så kallade homogenmotorn. Den kallas också HCCI, en förkortning för homogent laddad kompressionständning (på engelska homogeneous charge compression ignition). Professor Bengt Johansson och hans forskargrupp vid Lunds tekniska högskola är världsledande på forskning om dessa motorer.

Normalt antänds bränslet i en bensinmotor av tändstiftet, och sedan sprider sig förbränningen därifrån. Också i en dieselmotor sker förbränningen på ett icke-homogent sätt med lokalt mycket höga temperaturer och bränslefeta zoner. I homogenmotorn är förbränningen samtidig och därför betydligt effektivare. Den ger inte bara låg bränsleförbrukning och därmed låga utsläpp av koldioxid, också partikelutsläpp och kväveoxidutsläpp är nära noll. Det går att använda både diesel, bensin och alternativa bränslen i en homogenmotor.

Problemet med homogenmotorn är att den är instabil. Eftersom den inte klarar sig utan ständig reglering brukar den jämföras med JAS-planet. Bränsle-luftblandningen måste fås att tända precis när kolven är i sitt översta läge. Och marginalerna är oerhört snäva eftersom energin frigörs mycket snabbare än i en bensin- eller dieselmotor.

Likt styrsystemet i JAS behövs det en snabb dator som övervakar och styr motorn så att förbränningen sker vid exakt rätt tillfälle. Luftens temperatur, kompressionen och bränslets kvalitet avgör när bränsle-luftblandningen antänds. Processen regleras genom att datorn styr mängden luft, bränsle och avgaser i cylindern vid varje enskilt förbränningstillfälle. Ett stort problem är att finna en kostnadseffektiv metod för att reglera motorn. De bästa metoderna är ännu på tok för dyra.

Hybridbilar är hetast

Att homogenmotorn är ett hett område visar den senaste stora fordonskonferensen i Detroit. Enligt Bengt Johansson fanns där fler presentationer av homogenmotorn än av hybridbilar.

Bengt Johansson tror att hans homogenmotor kommer att finnas i bilarna omkring år 2010. Hybridbilar, det vill säga bilar som använder både en förbränningsmotor och en elmotor, säljs däremot redan i dag. Homogenmotorn må vara het som framtidslösning, men just nu är hybridbilarna populärast.

– En bil med en vanlig förbränningsmotor har en medelverkningsgrad på 15 procent, medan en hybridmotor kan komma upp i 25 procent, säger Mats Alaküla, professor i industriell elektroteknik vid Lunds tekniska högskola och entusiastisk hybridbilsförespråkare.

När Saab nyligen lät meddela att man håller på att utveckla en hybridbil i Trollhättan bygger den på ett samarbete med Mats Alakülas forskargrupp.

Principen för alla elhybridbilar är att fordonet kan drivas av både en förbränningsmotor och en eller flera elmotorer. Förbränningsmotorn kan i vissa fall driva bilen direkt, men den kan också alstra el genom att elmotorn tillfälligt fungerar som generator. Det senare sker vid inbromsning eller om förbränningsmotorn driver hårdare än bilen behöver för sin framfart. Dessa möjligheter ger ökad flexibilitet att använda förbränningsmotorn där den är som bäst.

Om bilen har tillräckligt med batterier kan den ibland köras med bensinmotorn helt avslagen och då fungera som enbart elbil. Ett sådant fordon kallas energihybridbil, och om den dessutom kan laddas från elnätet, alltså inte bara via förbränningsmotorn, kallas den plug-in-hybridbil.

– Med en sådan kan vi komma ner i en bränsleförbrukning på 0,1 liter per mil, säger Mats Alaküla. Det förutsätter att bilen kopplas till ett vägguttag varje natt.

– Plug-in-hybrider har större potential att reducera Sveriges oljeberoende än någon annan aktuell teknik.

Att fylla en bil med ytterligare utrustning, generatorer, batterier och elmotorer har förstås en kostnad när det gäller både pris, komplexitet och vikt. Även om de flesta bedömare tror på hybridbilar, är det därför inte självklart att allt som heter hybrid är bra. Bengt Johansson tror att hybridlösningar är en naturlig del i en framtida bil men gissar att det blir en ganska mild sådan.

– För alla större behov tror jag att energilagring i batterier blir för dyrt. När det gäller låg energiförbrukning är en väl optimerad dieselmotor inte möjlig att slå med ett hybridkoncept, säger Bengt Johansson.

Han undrar också om inte hybridbilarna ibland mest är ett grönt marknadsföringsknep, och att man i vanlig ordning använder tekniken för att öka effekten snarare än minska utsläppen.

Den nya stadsjeephybriden Lexus RX400H är i alla fall ett tecken på det. Den drar visserligen mindre än motsvarande stadsjeep med bara bensinmotor, men eftersom dess bränsleförbrukning ändå är väl i klass med vanliga bilar är den knappast en miljöbil. Detsamma gäller troligen Saabs kommande hybridbil.

– I Saabs fall har man också en prestandaimage att leva upp till, och det kommer att bli en riktigt häftig bil, säger Mats Alaküla.

Bra prestanda betyder dock inte nödvändigtvis hög förbrukning. Volkswagen presenterade nyligen en hybridprototyp av en Golf. Bilen har prestanda som en Golf GTI men en bränsleförbrukning på endast 0,38 liter/mil.

Frikolvsmotor som hybrid

Men måste vi välja mellan hybridmotorer och bränslesnåla förbränningsmotorer? Kanske inte. Forskare vid Chalmers tekniska högskola och Kungliga Tekniska högskolan i Stockholm har tillsammans med bland andra Volvo konstruerat en unik experimentmotor som är just en kombination av homogenmotorn och elmotorn. På svenska kan den kallas för frikolvsomvandlare, på engelska blir det free piston energy converter eller FPEC. Motorn består av två cylindrar som placerats mitt emot varandra, och den har i princip bara en rörlig del: kolven. Runt den sitter permanentmagneter som omvandlar kolvens rörelser till elektricitet. Magneterna kan också användas för att starta kolven, och därför är frikolvsomvandlaren unikt snabbstartad.

– Principen med frikolvsmotorer är gammal, så det unika nu är att kompressionen kan ändras, säger Erland Max på Volvo som ansvarar för projektet.

Testmotorn – som inte är avsedd att monteras i något fordon utan bara kan köras i laboratoriet – har en teoretisk verkningsgrad på nära 50 procent för förbränningsdelen och över 90 procent för elmotordelen. Den har just installerats i ett laboratorium på Chalmers. Att starta testmotorn är dock inte helt enkelt, och nu väntar man med spänning på om den ska leverera så fina värden som de teoretiska beräkningarna lovar.

Erland Max förhoppning är att motorer av den här typen i framtiden ska sitta i personbilar, men han tror att det första användningsområdet blir som reservkraftsaggregat. Bland annat för att de kräver så litet för att starta och därefter omgående producerar el.