09.04.2026

1 Johdanto

Kasvihuonekaasupäästöjen kasvu ilmakehässä on aiheuttanut maapallon keskilämpötilan lämpenemistä. Kasvihuonekaasupäästöjen lisääntyminen ilmakehässä on pitkälti ihmisen toiminnan tulos. Suuri osuus kasvihuonekaasupäästöistä on aiheutunut fossiilisten, hiiltä sisältävien polttoaineiden polttamisesta energia- ja liikennesektorilla.

Ilmaston lämpeneminen lisää sään ääri-ilmiöitä (helle- ja kuivuusjaksot, rankkasateet), nostaa merenpintaa ja aiheuttaa laajoja luonto- ja hyvinvointihaittoja – etenkin haavoittuvissa yhteisöissä. Siksi kasvihuonekaasupäästöjen vähentämiseen on kiinnitetty yhä enemmän huomiota. Pariisin ilmastosopimuksen tavoitteena on pitää lämpeneminen alle 1,5 °C esiteolliseen aikaan verrattuna. (Ympäristöministeriö, 2015.)

Energiasektorin tiekartoissa suositellaan merkittäviä kasvihuonekaasun päästövähennyksiä jo 2030 mennessä, sillä viivyttely kasvattaa kalliin hiilenpoistotekniikan tarvetta myöhemmin. Varhainen vähennys rajoittaa ilmaston ylilämpenemistä ja pienentää kokonaiskustannuksia. (Ilmatieteenlaitos, 2021.)

Keskeisiä kasvihuonekaasupäästöjä ovat: hiilidioksidi (CO₂), metaani (CH₄), dityppioksidi (N₂O) sekä niin sanotut F-kaasut. Näistä hiilidioksidia syntyy, kun poltetaan hiiltä sisältäviä polttoaineita. Määrä riippuu polttoaineessa olevasta hiilen määrästä. Metaani on hiilidioksidia voimakkaampi lyhyen aikavälin ilmaston lämmittäjä, jonka lähteitä ovat esimerkiksi metaanin käyttö energiateollisuudessa, jätehuolto ja maatalous. (Euroopan parlamentti, 2024, Ilmatieteenlaitos, 2025.)

Kun käytetään ei lainkaan hiiltä sisältäviä polttoaineita, voidaan hiilidioksidipäästöjen syntyminen polttomoottoreissa estää kokonaan. Välivaiheena voidaan joutua käyttämään vähähiilisiä polttoaineita, jolloin palamisprosessin seurauksena syntyvän hiilidioksidin määrä on perinteisiä fossiilisia polttoaineita (diesel, bensiini) vähäisempää. Lähes hiilineutraaleja synteettisiä polttoaineita (e-polttoaineita) voidaan tuottaa niin sanotulla Power-to-x -menetelmällä, kun hyödynnetään uusiutuvaa vetyä ja talteen otettua hiilidioksidia. Näiden polttoaineiden käyttäminen polttomoottoreissa voi pienentää elinkaaren aikaisia kasvihuonekaasupäästöjä, kun polttoaineiden tuotanto tehdään vähäpäästöisesti. Kansainvälinen energiajärjestö IEA arvioi, että nettonollapolulle pääsemiseksi liikenteen CO₂ päästöjen on laskettava yli 3 prosenttia vuodessa 2030-luvun alkuun saakka – ja päästövähennys nojaa sekä sähköistymiseen että vähähiilisiin ratkaisuihin, kuten vetyyn ja synteettisiin polttoaineisiin. (IEA, 2025, Neste, 2024b, P2x Solutions, 2o25.)

Liikenteen ja työkoneiden kasvihuonekaasujen päästövähennystavoitteet kiristyvät nopeasti ja siirtymä kohti sähköistä käyttövoimaa on ollut käynnissä. Sähköinen käyttövoima ei kuitenkaan sovellu kaikkiin käyttökohteisiin, vaan esimerkiksi raskaassa tieliikenteessä, meriliikenteessä, lentoliikenteessä ja erikoissovelluksissa polttomoottorit ovat edelleen relevantteja, etenkin pitkän toiminta-ajan ja toimintamatkan vaativissa sovelluksissa. (EEA, 2025, Neste, 2024b.)

Regulaatio ohjaa investointeja. Kansainvälisen merenkulkujärjestön IMO:n vuonna 2023 uudistettu kasvihuonekaasustrategia linjaa nettonollan ”vuoteen 2050 mennessä tai sen tuntumaan” sekä välitarkistuspisteet (vähintään −20 % vuoteen 2030 ja vähintään −70 % vuoteen 2040 verrattuna vuoteen 2008), ja työstää vuoteen 2025 mennessä uusia globaaleja ohjauskeinoja, mm. polttoaineiden kasvihuonekaasuintensiteetin standardia ja hinnoittelumekanismia. EU:ssa FuelEU Maritime on jo voimassa (2025 alkaen), ja se asettaa vuosittain kiristyvät kokonaiskasvihuonekaasun intensiteettirajat (Well to Wake, WTW) meriliikenteen energialle sekä laajentaa ETS päästökaupan meriliikenteeseen. Näiden yhdistelmä nostaa vähähiilisten polttoaineiden kysyntää ja palkitsee aikaiset käyttöönotot. Kuvassa 1 on esitetty IMO:n kasvihuonekaasujen vähentämistavoitteet vuoteen 2040 saakka. (DieselNet, 2025a, EC, 2025, EC, 2025b.)

Tarkasteltua kolmea polttoainetta (vety, metanoli, ammoniakki) yhdistää mahdollisuus hiilineutraaliin tai lähes hiilineutraaliin käyttöön.

Vety (H₂) on palamisessa hiilivapaa, ja tuotettuna uusiutuvalla sähköllä (”vihreä vety”) sen WTW-päästöt voivat olla hyvin matalat. Polttomoottoreihin vety soveltuu, koska se on ominaisuuksiltaan helposti syttyvä ja nopeasti palava. (DieselNet, 2025e, DieselNet, 2024.)

Metanoli (CH₃OH) on nestemäinen huoneenlämmössä, mikä tekee siitä helpon ensivaiheen polttoaineen, verrattain tuttujen ominaisuuksiensa vuosi. Metanoli on kolmesta polttoaineesta vähähiilinen, perinteisiin fossiilisiin polttoaineisiin verrattuna, ja sen polttamisesta syntyy vähemmän hiilidioksidia kuin perinteisten fossiilisten polttoaineiden polttamisesta. Lisäksi metanolia voidaan tuottaa bioperäisesti (biometanoli) tai Power-to-x-menetelmin (e-metanoli), niin että hyödynnetään talteen otettua hiilidioksidia ja vihreää vetyä, jolloin metanolin voidaan ajatella olevan hiilineutraali. Metanoli soveltuu verrattain pienin moottorimuutoksin käytettäväksi nykyisenkaltaisissa polttomoottoreissa. (DieselNet, 202?b, Methanol Institute,  2023b.)

Ammoniakki (NH₃) on hiilivapaa polttoaine, joka nesteytyy kohtuullisella paineella ympäristön lämpötiloissa. Sitä tuotetaan melko laajasti esimerkiksi lannoiteteollisuuden tarpeisiin. Ammoniakin moottorikäytön haasteina ovat hidas palaminen ja heikko syttyvyys. (Jääskeläinen, 2025c, Jääskeläinen, 2025b.)

Kolmelle tarkastellulle polttoaineelle on jo kehitetty moottorikonsepteja, ja niitä hyödyntäviä moottoreita on ollut käytössä, mutta laaja käyttöönotto on vielä edessä. Kuvassa 2 on esitetty arvio kaksitahtisten merimoottoreiden polttoaineiden käytöstä vuonna 2050 (MAN, 2024).

 

1.1 Elinkaari, laatu ja turvallisuus – käyttöönoton edellytykset

Polttoaineiden elinkaaren (WTW) kasvihuonekaasupäästöjen hallinta on siirtynyt ohjauksen ytimeen: FuelEU Maritime laskee hiilidioksidi (CO2), metaani CH4 ja dityppioksidi (N2O) päästöt Well-to-Wake perusteella, mikä ohjaa valitsemaan aidosti vähähiilisiä tuotantoketjuja – esimerkiksi vihreää vetyä metanolin ja ammoniakin syötteenä tai bioperäisiä hiilidioksidilähteitä e- metanolille. Tämä rajaa pois niin sanotut ”paperilla puhtaat” ratkaisut ja palkitsee todelliset päästövähennykset. (EC b.)

Varastointi ja logistiikka tukevat valintaa käyttökohteen mukaan. Metanoli nesteenä hyödyntää öljytuoteketjujen kaltaista logistiikkaa. Ammoniakkia voidaan varastoida tietyin edellytyksin nestemäisenä, mikä tekee siitä meriliikenteessä houkuttelevan polttoaineen. Vety taas vaatii korkeapaineisen säilytyksen tai säilytyksen erittäin kylmänä kryonesteenä, mutta tarjoaa palamisessa hiilivapauden. Kaikki tarkastellut polttoaineet edellyttävät niiden ominaisuuksiin liittyviä turvallisuushuomioita, jotka poikkeavat nykyisten polttoaineiden vaatimuksista. (DieselNet c, DieselNet d.)

1.2 Yhteenveto: kolme polttoainetta, kolme täydentävää roolia

Kaikilla kolmella polttoaineella on keskenään merkittävästi poikkeavia ominaisuuksia, jotka edellyttävät erityistä huomiota. Polttomoottorikäyttö, varastointi ja turvallinen käsittely vaativat kullekin polttoaineelle omat ratkaisut. On todennäköistä, että polttoaineet otetaan käyttöön eri aikaan ja että niitä käytetään rinnakkain eri sovelluksissa niiden soveltuvuuden mukaan.

Ydinviesti: kasvihuonekaasupäästöjen nopea vähentäminen hidastaa ilmaston lämpenemistä, pienentää ääri-ilmiöiden riskiä ja niistä aiheutuvia kustannuksia sekä turvaa ekosysteemejä ja terveyttä. Se on myös edellytys kansainvälisten ilmastotavoitteiden saavuttamiselle. Samalla pitää myös ratkaista uusien polttoaineiden käyttöön liittyviä turvallisuushaasteita.

2 Vety

Seuraavaksi käsitellään vedyn käyttöä mäntäpolttomoottorissa eri näkökulmista. Huomiota kiinnitetään vedyn ominaisuksiin, turvallisuuteen kuin myös vedyn moottorikäyttöön liittyviin seikkoihin.

2.1 Vedyn käytön hyödyt

Vedyn käyttöä mäntäpolttomoottorin polttoaineena puoltaa sen korkea energiasisältö. Vedyn lämpöarvo on noin nelinkertainen verrattuna dieselin tai bensiinin lämpöarvoon. Lisäksi vetyä voidaan tuottaa kestävästi, ilman kasvihuonekaasupäästöjä. Vedyn ja ilman seos syttyy hyvin laajalla syttymisalueella (4…75 tilavuusprosentilla) ja syttymiseen riittää hyvin pieni energiamäärä (noin 1/10 ilma-bensiiniseoksen syttymisenergiasta). Vedyn ja ilman seoksen palamisnopeus on myös hyvin suuri. (DNV, 2015, Jankevicius, 2021, Niemi, 2025.)

Kun käytetään vetyä polttoaineena, voidaan saavuttaa tavanomaisia moottoreita korkeampia hyötysuhteen arvoja, koska voidaan käyttää hyvin laihoja vedyn ja ilman seoksia. Lisäksi vety palaa hyvin myös pienissä raoissa (esimerkiksi männän ja sylinterin välissä), jolloin palamattoman vedyn määrä jää pieneksi. (Niemi, 2025.)

2.2 Vedyn käytön haasteet

Vedyn käyttöä hankaloittavia tekijöitä ovat vedyn hyvin pieni tiheys, mahdollisten vuotojen aiheuttamat turvallisuushaasteet sekä haasteet vedyn varastoinnissa. Vedyn pieni tiheys aiheuttaa sen, että vety vie paljon tilaa. Vetyä voidaan varastoida joko kaasumaisena (CH2) tai nestemäisenä (LH2). Nestemäisenä varastointi vaatii hyvin matalan varastointilämpötilan (- 253 °C), mikä vaatii paljon energiaa, joten kaasumaisena varastointi on todennäköisesti yleisempää, ainakin maantieajoneuvoissa. Kaasumaisena varastoidessa vety vaatii hyvin korkean paineen (jopa 300…700 bar) ja tästä huolimatta vie verrattain suuren tilavuuden. Nestemäisessä varastoinnissa pitää ottaa huomioon hyvin matalan lämpötilan aiheuttamat seikat. Vetyä voidaan varastoida myös kemiallisesti esimerkiksi metallihydrideihin. Eri varastointimenetelmät on esitetty kuvassa 3. (DNV 2015, Jankevicius 2021, Niemi 2025, DieselNet f 2024.)

2.3 Kasvihuonekaasupäästöt

Vedyn polttamisesta ei tule hiilidioksidipäästöjä, koska vety ei sisällä hiiltä. Kasvihuonepäästölaskennan osalta oleellista kuitenkin on se, miten vety on tuotettu. Nykyään vetyä tuotetaan ensisijaisesti fossiilisista lähteistä, ennen kaikkea höyryreformoimalla maakaasusta. Tätä vetyä kutsutaan ns. harmaaksi vedyksi. (Motiva, 2024, Kiwa, 2024.)

Vihreäksi vedyksi kutsutaan vetyä, joka on tuotettu uusiutuvasti siten, että tuotannosta ei synny kasvihuonekaasupäästöjä. Yleisin tuotantotapa vihreän vedyn osalta on elektrolyysi, jossa vettä hajotetaan käyttämällä uusiutuvaa sähköä. Tämä tuotantotapa vaatii paljon sähköä sekä puhdasta vettä. Tuotannossa syntyy myös paljon happea, jota voidaan hyödyntää muualla. (Tukes, 2024, Fortum, 2020, DieselNet,  2024f.)

Kuviossa 4 on esitetty vetykilogramman tuottamisen aiheuttamat hiilidioksidipäästöt eri menetelmillä. Mukana on myös arviot tilanteista, joissa on käytössä tuotannosta aiheutuneen hiilidioksidin talteenotto ja hyödyntäminen (CCUS). (DieselNet,  2024f.)

2.4 Vety mäntäpolttomoottorissa

Vetyä voidaan käyttää niin kipinäsytytteisissä kuin myös puristussytytteisissä mäntäpolttomoottoreissa. Lisäksi vetyä voidaan käyttää sekoitettuna muiden polttoaineiden kanssa. (Jankevicius, 2021, Niemi, 2025.)

Vetyä käyttävän polttomoottorin puristussuhdealueen on arvioitu olevan välillä 7,5:1-14,5:1. Vedyn pienen molekyylikoon takia on tarpeen käyttää pienempiä valmistustoleransseja polttomoottorin venttiileissä sekä männänrenkaissa. Näillä toimilla pyritään estämään, että vety ei karkaa palotilasta. Vedyllä on huonot voitelevuusominaisuudet, mikä voi kuluttaa moottoria nopeammin ja saattaa johtaa siihen, että moottorissa pitää käyttää voitelevuuslisäaineita. (Jankevicius, 2021.)

Vedyn ja ilman seoksen herkkä syttyminen voi johtaa tilanteisiin, jossa syttyminen tapahtuu ennenaikaisesti. Syitä tämänkaltaiselle ilmiölle voivat olla: kuumat pinnat sylinterissä, kuumat voiteluöljypisarat, kuumat jäännöskaasut sylinterissä tai kuumat karstajäämät sylinterissä. Seurauksena voi olla äkillinen, korkea sylinteripaineen nousu, joka voi johtaa moottorin tuhoutumiseen. Myös nakutusilmiötä voi esiintyä, erityisesti kun toimitaan lähellä stoikiometristä seosta. Mikäli vedyn ja ilman seos syttyy jo imusarjassa tai imuventtiilien ollessa auki, voi seurauksena olla räjähdys, joka suuntautuu imuilmavirtausta vastaan, imusarjaan ja voi jopa vahingoittaa moottorin komponentteja. (Niemi, 2025.)

Suuri haaste vedyn käytöstä mäntäpolttomoottorin polttoaineena tulee kampikammioon vuotavasta vedystä. Vety voi kampikammiossa muodostaa ilman ja moottoriöljyn kanssa syttymiskelpoisen seoksen. Tämän seoksen syttyminen saattaa johtaa moottorin vaurioitumiseen tai tuhoutumiseen. Tutkimuksissa on havaittu jopa 5 prosentin vetypitoisuuksia moottoriöljyssä (vedyn ja ilman seoksen syttymisalue 4-75 tilavuusprosenttia ilmassa). Vedyn joutumista kampikammioon tulisi pyrkiä estämään männänrenkaiden rakennetta kehittämällä. Kampikammion tuuletukseen tulee kiinnittää huomattavaa huomiota, jotta syttymiskelpoisen seoksen muodostuminen estettäisiin. Jossain tapauksissa huuhtelu typellä voi tulla kyseeseen. (Jankevicius, 2021, Niemi, 2025, TUKES, 2024.)

Kun käytetään vetyä mäntäpolttomoottorin polttoaineena, on huomioitava pakokaasuun kulkeutuvan palamattoman vedyn määrä, eli niin sanottu H2-slip. On esitetty (Global Technical Regulation), että vedyn määrän pakokaasussa pitäisi pysyä alle neljän tilavuusprosentin normaalissa käytössä ja alle kahdeksan tilavuusprosentin kaikissa käyttötapauksissa. Mahdollisen ongelman poistamiseksi vetykatalysaattori saattaa tulla kyseeseen. (Jankevicius, 2021.)

Toisaalta, koska vedyn ja ilman seos syttyy erittäin helposti ja palaa erittäin nopeasti, pakokaasuun kulkeutuvan vedyn määrä olisi epätodennäköisesti korkea. Palamattoman vedyn pääsy pakokanavistoon olisi todennäköistä kylmäkäynnistysten ja erittäin matalan kuorman tilanteissa, joissa sylinterin lämpötila olisi matala. (Jankevicius, 2021.)

Kuten aiemmin todettiin, ei vedyn polttamisesta tule kasvihuonekaasupäästöjä. Lisäksi hiilivety (HC) ja hiilimonoksidi (CO) -päästöt ovat hyvin matalat ja peräisin lähinnä voiteluöljystä. Mikäli moottorissa käytetään hyvin laihaa ilma-polttoaineseosta, toimitaan yli kahden ilmankertoimella (λ), typen oksidien päästöt (NOX) ovat hyvin matalat verrattuna fossiilisten polttoaineiden käyttöön. (Niemi, 2025.)

2.6 Vety puristussytytteisissä mäntäpolttomoottoreissa

Vedyn itsesyttymislämpötila on noin 560 °C, kun taas dieselin vastaava lämpötila on noin 250 °C. Tämän takia vedyn ja ilman seoksen puristussytytys onnistuisi mäntäpolttomoottorissa ainoastaan pienillä moottorin pyörimisnopeuksilla, ja hyvin suurilla moottorin puristussuhteen arvoilla. (Niemi, 2025, Työterveyslaitos, 2025a, Työterveyslaitos, 2025b.)

Tämän takia tarvitaan ulkoinen sytytyslähde. Tällaisia voivat olla hehkutulppa tai pilot-polttoaineen käyttö. Vety voidaan ruiskuttaa suoraan palotilaan, vedyn ja ilman seos sytytetään ulkoisella sytytyslähteellä. Mikäli käytetään pilot-polttoainetta, tarvitaan polttoainejärjestelmät molemmille käytettäville polttoaineille. Myös uudenlaiset matalan lämpötilan palamiseen perustuvat konseptit (HCCI ja PCCI) voivat olla mahdollisia. Pilot-polttoainetta käytettäessä syntyy sen palamisesta hieman hiilidioksidipäästöjä. (Jankevicius, 2021, Niemi, 2025.)

Frankl ym. tutkimuksessa oli tutkittu järjestelmää, jossa polttoaineen ruiskutussuuttimessa oli aukot sekä vedylle että pilot-polttoaineena toimivalle dieselille. Vedyn ruiskutuspaine oli 500 baaria ja dieselin jopa korkeampi 1200 baaria. Diesel ruiskutettiin 4,5 astetta ennen yläkuolonkohtaa ja vety yläkuolonkohdassa. Tutkimuksessa havaittiin, että vety paloi erittäin nopeasti ja suuttimen lähellä. Palaminen oli lähes yksinomaan diffuusiopalamista ja esisekoittunut palaminen puuttui lähes täysin. (Frankl ym., 2021, Niemi, 2025.)

Schneiderin tutkimuksessa käytettiin samankaltaisia ruiskutusmenetelmiä, joissa molemmat polttoaineet (vety ja pilot) ruiskutettiin hyvin lähellä yläkuolonkohtaa. Havaittiin, että vetyä voitiin ruiskuttaa täydellä kuormalla 250-300 baarin ruiskutuspaineella. Tässä tutkimuksessa todettiin, että typen oksidien päästöt ennen pakokaasun jälkikäsittelylaitteita olivat verrattavissa dieselmoottoriin. Typen oksideja voitiin pienentää käyttämällä pakokaasun takaisinkierrätystä (EGR) tai säätämällä polttoaineen ruiskutusparametreja. (Niemi, 2025, Schneider, 2023.)

Palotilaan tapahtuvan polttoaineen suoraruiskutuksen etuna on, että palotilassa ei synny olosuhteita, jotka johtaisivat ennenaikaiseen polttoaineen syttymiseen tai nakutukseen. Tämän vuoksi voidaan moottorilla saavuttaa korkeita teholukemia ja korkeita hyötysuhteen arvoja. Moottorin suoritusarvot ja transienttivaste on verrattavissa dieselmoottoriin. Myös pakokaasujen lämpötilat ovat samassa luokassa diesel- tai kaasumoottorin lämpötilojen kanssa. (Niemi, 2025.)

Polttoaineen suorasuihkutuksen haasteena on, että vety pitäisi ruiskuttaa hyvin suurella paineella palotilaan. Tällöin voidaan joutua säilyttämään vetyä jopa 700 baarin paineessa vetysäiliössä. (Niemi, 2025.)

2.7 Vety kipinäsytytteisessä mäntäpolttomoottorissa

Kipinäsytytteisessä mäntäpolttomoottorissa sytytys tapahtuu ulkoisella kipinällä, joka aikaansaadaan sytytystulpalla. Tällöin erillistä pilot-polttoainetta tai sen vaatimia järjestelmiä ei tarvita. Toki järjestelmä vaatii kipinän aikaansaavan sytytysjärjestelmän.

Vety voidaan toimittaa sylinteriin kolmella eri tavalla:

• ruiskutus suoraan imusarjaan matalalla paineella (PFI)
• ruiskutus suoraan sylinteriin, joko matala- tai korkeapaineisena (DI)
• imusarja- ja suoraruiskutuksen yhdistelmä (HMF).

Kaikissa kolmessa tapauksessa voidaan käyttää polttoaineena sekä kaasumaista että nestemäistä vetyä. (Jankevicius, 2021, Niemi, 2025.)

2.7.1 Vedyn imusarjasuihkutus kipinäsytytteisessä moottorissa

Vedyn imusarjasuihkutuksen etuna toimii matala ruiskutuspaine (Niemi, 2025). Matala ruiskutuspaine mahdollistaa sen, että vetyä ei välttämättä tarvitse varastoida hyvin korkeassa paineessa, vaan matalampi säilytyspaine on riittävä. Ruiskutuspaine voi olla luokkaa 2-8 baaria (Jankevicius, 2021).

Haasteena on, että vedyn tiheyden ollessa matala ja hyvin riippuvainen vedyn paineesta, matalapaineinen vedyn ruiskutus vaatii hyvin pitkän ajan. Tämän lisäksi vety vie hyvin paljon tilavuutta imusarjassa, jolloin haasteeksi tulee riittävä ilman saanti laihan seoksen saavuttamiseksi. Tämä voi rajoittaa moottorista saatavaa tehoa. (Jankevicius, 2021, Niemi, 2025.)

On myös varmistettava, että vetyä ei jää imuventtiilin taakse venttiilin sulkeuduttua. Tällaisessa tapauksessa vaarana on vedyn ja ilman seoksen syttyminen imusarjassa ja tästä aiheutuva tuho. Venttiilien avautumisen ja polttoaineen ruiskutuksen oikea-aikainen ajoitus moottorin eri toimintapisteissä on haastavaa. Mikäli käytössä on nestemäinen vety, joka on hyvin kylmää (säilytyslämpötila -253 °C), voi suuttimen kärki jäätyä. (Jankevicius, 2021, Niemi, 2025.)

Yhtenä haasteena vedyn imusarjasuihkutuksessa on jo aiemmin mainittu vedyn ja ilman seoksen ennenaikainen syttyminen ja nakutusilmiö. Tämä korostuu, koska vedyn ja ilman seoksella on verrattain pitkä aika sekoittua ja pysyä syttymiskelpoisena ja olla siksi alttiina hallitsemattomalle syttymiselle.

2.7.2 Vedyn suorasuihkutus kipinäsytytteisessä moottorissa

Vedyn suorasuihkutuksella sylinteriin voidaan saavuttaa korkeampia tehotiheyden ja moottorin hyötysuhteiden arvoja, lisäksi typen oksidien päästöjä on mahdollistaa pitää matalana. Suorasuihkutuksessa voidaan vedyn ruiskutustapahtuma toteuttaa usealla eri tavalla. (Niemi, 2025.)

Yksi vaihtoehto on ruiskuttaa vety aikaisessa vaiheessa, heti imuventtiilin sulkeutumisen jälkeen. Tällöin vety ja ilma ehtii sekoittumaan melko tehokkaasti ja seoksesta tulee homogeeninen eli tasakoosteinen. Tämä voi auttaa typen oksidien päästöjen rajoittamisessa. (Niemi, 2025.)

Toinen vaihtoehto on ruiskuttaa polttoaine juuri ennen kipinäsytytystä, männän olleessa hyvin lähellä moottorin yläkuolonkohtaa tai yläkuolonkohdassa. Tällöin vedyn ja ilman seoksesta tulee kerrostunut, mikä voi johtaa korkeampiin typen oksidien päästöihin, koska paikallisesti palamislämpötilat saattavat olla korkeita. Tämänkaltainen ruiskutustapa voi vähentää ennenaikaisen vedyn ja ilman seoksen syttymisen vaaraa. (Jankevicius, 2021, Niemi, 2025.)

Vedyn suorasuihkutuksessa voidaan käyttää laajaa vaihtelua polttoaineen ruiskutuspaineen arvoissa. Maksimiruiskutuspaineen oletetaan olevan noin 300 bar. Ruiskutussuuttimen kärjen lämpötila voi nousta tasolle 300-400 °C, mikä täytyy ottaa materiaalivalinnoissa huomioon. Yleisesti voidaan todeta, että korkeampi ruiskutuspaine parantaa vedyn ja ilman sekoittumista ja johtaa tasalaatuisemman seoksen muodostumiseen. (Jankevicius, 2021, Niemi, 2025.)

2.7.3 Vedyn imusarja- ja suoraruiskutuksen yhdistelmä kipinäsytytteisessä moottorissa

Kolmas vaihtoehto vedyn ja ilman sekoittumiselle on niin sanottu hybridimalli, jossa vetyä ruiskutetaan niin imusarjaan kuin myös suorasuihkutuksena suoraan palotilaan. Peschkan (1998) julkaisemassa tutkimuksessa vetyä ruiskutettiin ensin matalapaineisena suoraan imusarjaan, jolloin muodostettiin laiha seos, joka täytti sylinterin kokonaan. Tämä seos sytytettiin noin 40 astetta ennen yläkuolonkohtaa. (Niemi 2025.)

Tämän lisäksi nestemäistä vetyä ruiskutettiin suoraan syttyneen seoksen liekkirintamaan noin viisi astetta ennen yläkuolonkohtaa noin 200 barin paineella. Tällä toimintatavalla voitiin päästä lähelle stoikiometristä seossuhdetta typen oksidipäästöjen ollessa erittäin matalalla tasolla. Kuitenkin yleisesti olisi toivottavaa pyrkiä muodostamaan laiha seos. (Niemi, 2025.)

2.7.4 Kipinäsytytteisen moottorin laihan seoksen hyödyt

Yleisesti voidaan todeta, että olisi edullista pyrkiä pitämään ilmakerroin (lambda) yli kahdessa. Tällöin palaminen on hallitumpaa, sekä keskeiset pakokaasupäästöt matalampia. Lisäksi nakutus on tehokkaammin hallittavissa. (Jankevicius, 2021, Niemi, 2025, Wallner ym., 2008.)

Typen oksidien päästöjen osalta eräissä tutkimuksissa oli havaittu ilmakertoimen kasvattamisen vähentävän typen oksidien päästöjä niin imusarjasuihkutteisessa kuin myös suorasuihkutteisessa moottorissa. Erityisen matalia typen oksidipäästöt olivat imusarjasuihkutteisessa moottorissa, jossa pystyttiin muodostamaan homogeeninen seos. (Jankevicius, 2021, Niemi, 2025.)

Kun käytetään laihaa seosta, myös moottorin hyötysuhde paranee. Palamislämpötilan pysyessä matalana, laihan seoksen ansiosta, lämpöhäviöt ovat pienempiä mikä nostaa moottorista saatavaa hyötysuhdetta. Vedyn ja ilman seoksen ollessa syttymiskelpoinen hyvin laajalla alueella, voidaan moottoria käyttää ilman imuilman kuristusta, mikä vähentää pumppaushäviöitä ja myös osaltaan kasvattaa moottorin hyötysuhdetta. (Niemi 2025.)

Pakokaasujen takaisinkierrätystä käyttämällä voidaan ilmakerrointa pienentää siten, että hyödyt pääosin säilyvät. Koch ym. tutkimuksen mukaan pakokaasujen takaisinkierrätyksen nostaminen 15 prosenttiin sallii ilmakertoimen pienentämisen arvosta 2,7 arvoon 2,2 typen oksidien päästöjen pysyessä samalla tasolla (n. 10 ppm). Samalla hyötysuhde parani hieman (n. 0,5 prosenttiyksikköä). (Niemi, 2025.)

2.7.5 Kipinäsytytteisen moottorin laihan seoksen haasteet

Keskeinen haaste laihan seoksen käytössä liittyy siihen, että laiha vedyn ja ilman seos vie paljon tilaa. Tällöin tietyissä olosuhteissa tämä saattaa rajoittaa moottorista saatavaa tehoa. (Niemi,2025.)

2.8 Turboahtaminen vetykäyttöisessä polttomoottorissa

Kuten todettiin aiemmin, on hyödyksi, että vetymoottoria käytetään suurella ilmakertoimella. Tämä merkitsee sitä, että tarvitaan paljon ilmaa suhteessa polttoaineeseen eli vetyyn. Ilma täytyy saada tehokkaasti ja hallitusti sylinteriin. Yleisimmin käytössä oleva tekniikka polttomoottoreissa on turboahtaminen, jossa pakokaasujen energiaa käytetään ahtamaan tuoretta ilmaa sylinteriin.

Pakokaasujen lämpötilat voivat olla matalampia kuin perinteisillä fossiilisilla polttoaineilla vety- ja ilmaseoksen erittäin nopeasta palamisesta johtuen. Tämä voi osaltaan heikentää turboahtimen toimintaa ja jopa vaikuttaa negatiivisesti moottorin matalien pyörimisnopeuksien vääntömomenttituottoon. (Niemi, 2025.)

Jotta varmistetaan riittävä ilmansaanti moottorille kaikissa olosuhteissa, voidaan käyttää muuttuvageometrisia ahtimia, kuten myös useampia sarjassa olevia ahtimia. Eräissä arvioissa on myös esitetty mekaanisten ahtimien käyttöä, joilla ratkaistaan turboahtimen käytön haasteita. (Jankevicius 2021, Niemi, 2025.)

3 Metanoli

Metanoli on vähähiilinen ja normaalilämpötilassa nestemäinen polttoaine, eli se sisältää vain yhden hiiliatomin, neljä vetyatomia sekä yhden happiatomin. Metanolilla on siis kaikista nestemäisistä polttoaineista suurin määrä vetyatomeja per hiiliatomi. (MAN Energy Solutions, 2022b.)

Metanolia valmistetaan nykyisellään lähinnä fossiilisista lähteistä, mutta vihreän uusiutuvan metanolin valmistus ja käyttö tekevät siitä lähes hiilineutraalia ja täten mielenkiintoisen polttoaineen tulevaisuuden sovelluksissa. Metanoli myös hajoaa verrattain nopeasti vedessä, joten sillä on kohtuullisina määrinä esimerkiksi mereen joutuessaan vain vähäisiä haitallisia ympäristövaikutuksia. (MAN Energy Solutions, 2022b.)

3.1 Kasvihuonekaasupäästöt

Perinteisesti metanoli valmistetaan fossiilisesta maakaasusta. Tällöin etuja perinteisiin fossiilisiin polttoaineisiin ei kasvihuonekaasupäästöjen osalta ole. Mikäli metanoli valmistetaan synteettisesti, esimerkiksi käyttämällä vihreää vetyä ja teollisuusprosesseista talteen otettua hiilidioksidia, on metanolin käytölle hyvät perusteet hiilidioksidipäästöjen osalta. Silloin puhutaan usein e-metanolista.

Vihreää metanolia voidaan valmistaa myös jätteistä tuotetusta biometaanista. Tällöin biometaania voitaisiin käyttää suoraan, jolloin se korvaisi maakaasua käyttävän polttomoottorin polttoainetta ja sen jatkojalostaminen metanoliksi ei välttämättä olisi kannattavaa. (Lassila, 2024.)

3.2 Metanolikäytön etuja polttomoottorissa

Metanoli on nestemäistä, hyvin säilyvää ja sitä voidaan säilyttää vakiopaineessa. Se on ominaisuuksiltaan melko samankaltainen kuin nykyisin käytössä olevat nestemäiset polttoaineet.

Metanolin oktaaniluku on korkea (109 RON), mikä kertoo, että metanoli kestää hyvin puristusta syttymättä itsestään. Yleisesti käytössä olevan liikennebensiinin oktaaniluku on tyypillisesti 95 tai 98 RON. Metanolin setaaniluku on matala, ainoastaan 3, kun se on dieselillä noin 51-55. Setaaniluku kertoo, miten nopeasti polttoaine syttyy moottorin palotilassa. Metanoli ja muut alkoholipolttoaineet tarvitsevatkin ulkoisen syttymislähteen. (Majewski & Ahlvik, 2025, Feindt ym., ei pvm., Neste 2025, Shell, 2025.)

3.3 Metanoli kipinäsytytteisissä moottoreissa

Metanolia voidaan käyttää erityisesti kipinäsytytteisissä mäntämoottoreissa eli ottomoottoreissa. Metanolin korkea oktaaniluku mahdollistaa moottorin tehokkaamman toiminnan, esimerkiksi korkeammalla puristussuhteella. Korkea oktaaniluku estää tehokkaasti moottorin nakutusta ja voi johtaa bensiinimoottoria parempiin moottorin hyötysuhteisiin. (Majewski & Ahlvik, 2025, Lempiö, 2025.)

Alkoholeja voidaan käyttää kipinäsytytteisissä moottoreissa melko vaivattomasti sekoitettuna bensiiniin jopa 85 tilavuusprosenttiin saakka. Yleisimpiä alkoholeja ovat etanoli (Eurooppa ja USA) ja metanoli (Kiina). Tämänkaltainen käyttö vaatii vain pieniä muutoksia moottoreiden järjestelmiin, lähinnä täytyy kiinnittää huomiota materiaalien soveltuvuus alkoholikäyttöön, sekä järjestelmässä pitää olla jokin tunnistus alkoholin määrälle, jolloin tarvittavat muutokset moottorinohjaukseen on mahdollista toteuttaa. (Jääskeläinen, 2025a.)

On esitetty, että bensiinikäyttöisellä, alkoholin lisäkäytöllä sovelletulla ottomoottorilla, voitaisiin päästä lähemmäs dieselmoottoreiden hyötysuhteita. Alkoholia ruiskutettaisiin tarpeen mukaan suoraan palotilaan estämään nakutusilmiötä tai käytettäisiin suurissa määrissä suoraan bensiiniin sekoitettuna. Tällaisessa rakenteessa voitaisiin käyttää korkeaa puristussuhdetta (12-15:1), turboahtamista (2,3-2,5 baarin ahtopainetta täydellä teholla) sekä stoikiometristä seossuhdetta. Pakokaasujen jälkikäsittelylaitteiksi riittäisi kolmitoimikatalysaattori. (Jääskeläinen, 2025a.)

Vaihtoehtona perinteiselle kipinäsytytykselle on esitetty rakennetta, jossa käytössä on erillinen esikammio, jossa sytytystulppa sijaitsee. Tällöin voitaisiin käyttää myöhäistä polttoaineen suorasuihkutusta, jolla tavoiteltaisiin dieselmoottorin kaltaista palotapahtumaa. Tämänkaltaisessa ratkaisussa haasteet liittyvät sylinterin sisäisiin lämpötiloihin. (Jääskeläinen, 2025a.)

3.4 Metanoli puristussytytteisissä moottoreissa

Metanolia voidaan käyttää myös puristussytytteisissä, niin nelitahtisissa kuin kaksitahtisissa moottoreissa. Tällöin tarvitaan apua polttoaineen sytyttämiseen. Esimerkiksi erittäin korkea ahtoilman lämpötila, setaaniluvun nostajat tai hehkutulppa voivat tulla kyseeseen. Setaaniluvun nostajien käyttö on tuskin kannattavaa, koska metanolin matalan setaaniluvun vuoksi lisäaineita jouduttaisiin käyttämään suuria määriä. Eräs keino on käyttää pilot-polttoainetta auttamaan polttoaineilmaseoksen sytyttämisessä. (Jääskeläinen, 2025a.)

Pilot-polttoainesytytystä käytettäessä ei ole tarpeen nostaa ahtoilman lämpötilaa korkealle tasolle. Tässä ratkaisussa on tarpeen rakentaa polttoaineen ruiskutusjärjestelmä kahdelle polttoaineelle samanaikaisesti. Metanoli voidaan sekoittaa ahtoilmaan matalapaineisena imusarjassa tai aikaisella suoraruiskutuksella. Myös myöhäinen metanolin ruiskutus suoraan palotilaan on mahdollinen. (Jääskeläinen, 2025a.)

3.4.1 Ratkaisuja keskinopeissa moottoreissa

Wärtsilän keskinopeassa W32 Methanol -moottorissa on käytössä järjestelmä, jossa samassa polttoaineruiskutussuuttimessa on niin metanolin kuin myös pilot-dieselin suutinreiät. Metanolin ruiskutus tapahtuu korkeapaineisena 600 baarin paineella, kun taas pilot-diesel ruiskutetaan 1300 baarin paineella. (Jääskeläinen, 2025a.)

Wärtsilän 32 Methanol -moottori voi toimia pelkällä dieselillä (tai muilla meripolttoaineilla mukaan lukien HFO) kuin myös metanolilla, jolloin käytössä on metanolin ja ilman seoksen sytytys pilot-dieselillä. Metanolin ruiskutusjärjestelmässä käytetään yhteispaineruiskutusjärjestelmää. Metanolia voidaan käyttää moottorin kuormituksen ollessa yli 10 prosenttia maksimikuormituksesta. Järjestelmällä päästään minimissään siihen, että pilot-polttoainetta käytetään 8-10 prosenttia kokonaispolttoainemäärästä. Järjestelmä on myös mahdollista jälkiasentaa olemassa oleviin moottoreihin. (Jääskeläinen, 2025a.)

Wärtsilä tutkii myös ratkaisua, jossa molemmat polttoaineet käyttäisivät yhteispaineruiskutusta. Tällä järjestelmällä voidaan päästä jopa kolmen prosentin pilot-polttoaineen määriin, mutta moottoria ei ole mahdollista käyttää pelkästään diesel-polttoaineella. (Jääskeläinen, 2025a.)

3.4.2 Ratkaisuja hidaskäyntisissä moottoreissa

MAN:nin kaksitahtisessa, hidaskäyntisessä metanolikäyttöisessä dual-fuel-moottorissa sytytyksestä vastaavat erilliset pilot-polttoainesuuttimet, metanolille on järjestelmässä omat suuttimet. Metanoli toimitetaan korkeapainepumppu-suutinyhdistelmälle matalalla 13 baarin paineella. Pumppu nostaa metanolin paineen tasolle 600-700 baaria. Pilot-polttoaineen määrä on noin viisi prosenttia kokonaispolttoaineen määrästä. Järjestelmässä käytetään kahta metanolisuutinta sekä kahta pilot-polttoainesuutinta per sylinteri. Kaksitahtisen moottorin pakoventtiili sijaitsee suutinten keskellä. Moottorilla on mahdollista siirtyä pelkästä diesel-toiminnasta dual-fuel-toimintaan yhden työkierron aikana. (Feindt ym., ei pvm. Jääskeläinen, 2025a, MAN Energy Solutions, 2024.)

MAN on ilmoittanut, että metanolimoottorin hyötysuhde on jopa perinteisiä fossiilisia polttoaineita käyttäviä moottoreita korkeammalla tasolla. (Feindt ym., ei pvm.)

3.5 Metanolimoottorin pakokaasupäästöistä

Metanolin käytön etuja ovat matalat typen oksidien päästöt metanolin perinteisiä polttoaineita matalamman palamislämpötilan vuoksi, matalat hiukkaspäästöt ja olematon rikkipäästö. Koska metanolissa on paljon vetyä suhteessa hiileen, hiukkaspäästöt jäävät mataliksi. Lisäksi metanoli ei sisällä rikkiä, joten sen käytöllä on suuria etuja rikkipitoisiin polttoaineisiin nähden, erityisesti raskaaseen polttoöljyyn (HFO). Osa nykyisin käytössä olevista moottoreista voidaan myös muuttaa metanolilla toimiviksi. (MAN Energy Solutions, 2022b, Wärtsilä, 2024a.)

Metanolin käyttö dual-fuel-merimoottoreissa voi eräiden arvioiden mukaan vähentää rikkioksidipäästöjä jopa 95-99 prosenttia ja typenoksidipäästöjä jopa 50-60 prosenttia, kun vertailua tehdään raskaaseen polttoöljyyn (HFO). Poltonaikaiset hiilidioksidipäästöt ovat fossiilisella metanolilla 5-7 prosenttia pienempiä verrattuna raskaaseen polttoöljyyn, mutta kun otetaan tuotanto ja jakelu huomioon, hiilidioksidipäästöjen osalta CO2-päästö on dieseliä korkeampaa. Vihreä metanoli sen sijaan vähentää CO2-päästöjä jopa 80-90 prosenttia verrattuna fossiilisiin polttoaineisiin. (Feindt ym., ei pvm.)

Metanolilla on atomitasolla ainoastaan hiilen ja hapen sidos, joka johtaa siihen, että palamisessa syntyy erittäin vähän hiiliperäisiä hiukkaspäästöjä ilmakertoimen ollessa pieni (Jääskeläinen, 2025a). Kuitenkin palamisessa saattaa syntyä hiukkasia, jotka saattavat vaatia hiukkassuodatinta, jotta voitaisiin päästä tarpeeksi mataliin hiukkasten lukumäärä arvoihin (PN). (Jääskeläinen, 2025a.)

Metanolikäyttöisen Wärtsilä 32-moottorin savutuslukemien (FSN) on ilmoitettu olevan jopa 50 prosenttia pienemmät kuin perinteisillä polttoaineilla mitattujen lukemien. MAN ilmoittaa PM-päästöjen vähenevän jopa 90 prosenttia verrattuna perinteisiin polttoaineisiin.(Feindt ym., ei pvm., Wärtsilä, 2024a ja b.)

Hapettavaa katalyyttiä käytettäessä metanolimoottorissa saattaa syntyä formaldehydejä. Kun selektiivistä pelkistyskatalysaattoria (SCR) käytetään typen oksidien vähentämiseen, saattaa metanolimoottorissa syntyä vetysyanidia, joka on erittäin myrkyllistä. Erityistä huomiota täytyy kiinnittää urearuiskutuksen ajoitukseen sekä katalyytissä käytettäviin materiaaleihin. (Jääskeläinen, 2025a, Työterveyslaitos, 2025c.)

3.6 Metanolin käytön haasteita

Metanolin käytön haasteet liittyvät terveysvaaroihin, sen helppoon syttyvyyteen sekä käytön teknisiin haasteisiin.

3.6.1 Teknisiä haasteita

Metanolin lämpöarvo on noin 20 MJ/kg, mikä on yli kaksi kertaa pienempi kuin dieselin lämpöarvo. Metanolia siis pitää ruiskuttaa yli kaksi kertaa enemmän kuin dieseliä, jotta saavutettaisiin sama moottoriteho, mikäli oletetaan, että hyötysuhde pysyy vakiona. Tämä tarkoittaa, että metanolia käytettäessä polttoainesäiliöiden on oltava tilavuudeltaan yli kaksi kertaa suurempia kuin dieseliä käytettäessä. (MAN Energy Solutions, 2022b, Methanol Institute 2015.)

Metanolilla on matala viskositeetti, mikä voi johtaa vuotoihin polttoainejärjestelmässä ja pitää ottaa huomioon ruiskutusjärjestelmän suunnittelussa. Lisäksi metanoli voi aiheuttaa korroosiota sekä imeä itseensä kosteutta ympäristöstä. Polttoainelinjat tulisikin, ainakin merisovelluksissa, varustaa tuplaputkituksella vuotojen välttämiseksi ja havaitsemiseksi. (Feindt ym., ei pvm.)

3.6.2 Terveysvaarat

Suuri terveysvaara liittyy metanolin myrkyllisyyteen. Metanoli voi imeytyä ihon läpi, metanolihöyryä voi päätyä hengitysilmaan, roiskeita voi joutua silmiin ja nieltynä se aiheuttaa vakavan vaaran pieninäkin annoksina. Metanolille altistuminen aiheuttaa myrkytysoireita, keskushermosto-oireita ja voi johtaa sokeutumiseen tai jopa kuolemaan. (Työterveyslaitos, 2024.)

3.6.3 Muut vaarat

Metanoli on helposti syttyvää ja se palaa vaikeasti havaittavalla liekillä. Metanoli-vesiseos on myös palavaa melko suurilla vesipitoisuuksilla (75 % vettä). Metanolipalon sammuttamiseen käytetään alkoholia kestävää vaahtoa, hiilidioksidia ja sumusuihkua. Metanoli on yhteensopimaton eräiden hapettimien kanssa. (Työterveyslaitos, 2024.)

4 Ammoniakki

Ammoniakki on normaaliolosuhteissa kaasuna, jonka kemiallinen kaava on NH3, eli siinä on yksi typpiatomi ja kolme vetyatomia. Ammoniakki ei sisällä lainkaan hiiltä, joten sen polttamisesta ei synny hiilidioksidipäästöjä, ainoastaan vettä ja typpeä. Kuitenkin ammoniakin palamisesta voi syntyä dityppioksidiä (N2O), joka on hiilidioksidia huomattavasti voimakkaampi kasvihuonekaasu. Tämä kaasu tunnetaan myös nimellä ilokaasu. (Arasto, 2023, Jääskeläinen, 2025b, Tilastokeskus, 2025.)

Ammoniakkia on käytetty jo pitkään suurissa määrin, erityisesti lannoiteteollisuudessa, joten sen säilytys, kuljetus ja jakelu on teknologiana tuttua. Ammoniakin uskotaan olevan tulevaisuudessa keskeisessä asemassa meriliikenteen polttoaineena, koska sen arvioidaan olevan edullinen polttoaine. Yksi esitetty vaihtoehto on käyttää ammoniakkia vedyn kantajana ja vapauttaa vetyä ammoniakista käyttökohteessa. (Arasto, 2023, Jääskeläinen, 2025b, MAN Energy Solutions, 2024, Rouwenhorst & Castellanos, 2022.)

4.1 Kasvihuonekaasupäästöt

Ammoniakin valmistusmenetelmä vaikuttaa suuresti polttoaineen kasvihuonekaasupäästöihin jo ennen polttoaineen polttamista. Harmaa ammoniakki tuotetaan perinteisellä menetelmällä maakaasua hyväksikäyttäen. Tällöin kasvihuonekaasuvaikutukset polttoaineen valmistamisesta ovat merkittävät. (Arasto, 2023.)

Vihreäksi ammoniakiksi kutsutaan ammoniakkia, joka on tuotettu kestävästi uusiutuvaa energiaa hyödyntäen. Energia voi olla tuotettu tuuli- tai aurinkovoimalla. Tällöin ammoniakin valmistuksesta muodostuu kasvihuonekaasupäästöjä. (Arasto, 2023.)

Ammoniakin poltosta ei synny hiilidioksidipäästöjä, koska ammoniakki ei sisällä hiiltä. Poltosta voi kuitenkin syntyä dityppioksidia eli ilokaasua (N2O), joka on hiilidioksidia jopa 300 kertaa per painoyksikkö voimakkaampi kasvihuonekaasu. On arvioitu, että 1,9 g/kWh ilokaasupäästö aiheuttaisi saman kasvihuonekaasuvaikutuksen kuin diesel-polttoaineen käyttö. Diesel-sykliä käytettäessä sytytys tapahtuu pilot-polttoaineella, jolloin hiiltä sisältävän pilot-polttoaineen palamisesta syntyy pieniä määriä hiilidioksidipäästöjä. (Jääskeläinen, 2025c, MAN Energy Solutions 2024, Tilastokeskus, 2025.)

4.2 Ammoniakin käyttö polttomoottorissa

Ammoniakin itsesyttymislämpötila on hyvin korkea verrattuna perinteisiin fossiilisiin polttoaineisiin. Dieselin itsesyttymislämpötila on noin 250 °C, kun ammoniakki vaatii jopa 650 °C itsesyttymiselle. Ammoniakin palamisnopeus sylinterissä on hyvin hidasta, lukemat ovat jopa 11 kertaa hitaammat verrattuna dieselöljyn palamisnopeuteen. Syttymisalue ammoniakki-ilma-seoksella on melko kapea esimerkiksi vetyyn verrattuna (15-28 % ilmassa).

Ammoniakin energiasisältö kilogrammaa kohti on alle puolet dieselin energiasisällöstä. Tämän vuoksi ammoniakkia käytettäessä säiliöiden tilavuuksia täytyy suurentaa. Tilantarpeeseen vaikuttaa myös ammoniakin säilytystapa. (Jääskeläinen, 2025c, Jääskeläinen, 2025b, Bohacikova 2025, MAN Energy Solutions 2024, Wärtsilä, 2025a.)

Ammoniakkia voidaan käyttää niin puristussytytteisessä kuin myös kipinäsytytteisessä moottorissa. Tämän lisäksi on mahdollista käyttää syklien yhdistelmää, kun käytössä on kaksi polttoainetta (dual fuel mixed cycle).

Puristussytytteisissä moottoreissa (dieselsykli) on tarpeen käyttää pilot-polttoainetta (diesel) sytyttämään ilma-ammoniakkiseos. Yleisesti voidaan todeta, että koska ammoniakki itsessään sisältää typpeä ja ilmassa on typpeä, ammoniakin palamisesta syntyy hyvin todennäköisesti typpioksidipäästöjä (NOX). Tämä on todennäköistä huolimatta siitä, että ammoniakkiliekin lämpötila on matalampi kuin esimerkiksi meridieselin (MGO). Sen sijaan ammoniakki ei sisällä rikkiä, minkä vuoksi rikkioksidipäästöjä (SOX) ei pelkän ammoniakin palamisesta synny. Syntyviin haitallisiin pakokaasupäästöihin vaikuttavat osaltaan käytössä olevat pilot-polttoaineet. (Jääskeläinen, 2025c, Brinks & Hektor 2020, Hammer ym., 2020, UUPO, 2024.)

4.2.1 Ammoniakin käyttö puristussytytteisissä moottoreissa

Puristussytytteiset ammoniakkimoottorit voivat toimia eri otto-, diesel- tai näiden yhdistelmäsyklillä riippuen ammoniakin syötöstä. Ammoniakkia voidaan syöttää imukanavaan (ottosykli) tai korkeapaineisena suoraan palotilaan (dieselsykli).

Päästöjen hallinta on haastavaa, mutta strategioilla, kuten varhaisilla jaetuilla ruiskutuksilla, korkeilla sylinterilämpötiloilla ja vetyseoksilla, voidaan parantaa hyötysuhdetta ja vähentää NH3- ja N₂O-päästöjä. Pilot-polttoaineen (diesel) määrän minimointi on tärkeää kasvihuonekaasupäästöjen kannalta. Ammoniakin ruiskutusominaisuudet muistuttavat metaania, ja niiden ymmärtäminen on tärkeää palamisen hallinnassa. (Jääskeläinen, 2025c.)

4.2.2 Ammoniakin käyttö kipinäsytytteisissä moottoreissa

Puhdasta ammoniakkia voidaan käyttää kipinäsytytteisissä moottoreissa vain hyvin kapealla alueella, jossa kuormitus on korkea. Laajemmalla käyttöalueella tarvitaan usein ammoniakin lisäksi palamista tehostavia aineita, kuten vetyä.

Tutkimuksissa on käytetty myös esikammiolla varustettuja ratkaisuja, joissa ilmapolttoaineseoksen sytytys tapahtuu. Palaamista tehostaviksi aineiksi on joissain tutkimuksissa käytetty myös bensiiniä tai metaania. Ammoniakin minimisyttymisenergia on 8 mJ, mikä on moninkertainen esimerkiksi vetyyn verrattuna. (Jääskeläinen, 2025c, Brinks & Hektor 2020.)

4.2.3 Teknisiä ratkaisuja ammoniakkimoottoreissa

MAN on kehittänyt kaksitahtista puristussytytteistä dual-fuel merimoottorikonseptia yksisylinterisellä tutkimusmoottorilla (MAN B&W ME-LGIA). Moottori voi toimia dieselöljyllä tai ammoniakilla siten, että sytytys hoidetaan pilot-polttoainesuihkulla. Pilot-polttoaineen määrää on voitu vähentää viiden prosentin tasolle (täydellä kuormituksella) kokonaispolttoainemäärästä. Hyötysuhteet tällä konstruktiolla ovat vielä hieman perinteisiä ratkaisuja huonommalla tasolla. Ammoniakin ruiskutuspaine tässä konstruktiossa on tasolla 600-700 baaria ja ammoniakin lämpötila moottorilla tulisi olla 25-45 °C tasolla. (MAN Energy Solutions, 2024.)

Ilokaasupäästöt on saatu erittäin matalalle tasolle pelkästään moottorin säätötoimenpiteillä. Olosuhteet palotilassa pyritään saamaan sellaisiksi, että ilokaasua ei muodostuisi, tai vaihtoehtoisesti sellaisiksi, että ilokaasu muuttuisi muiksi yhdisteiksi ennen pakoventtiilin avaamista. Tarvittaessa myös ilokaasun jälkikäsittelylaitteiden käyttäminen voi tulla kyseeseen. Typen oksidien päästöt ovat noin 40 prosenttia matalammat kuin perinteisellä dieselpolttoaineella. Tästä huolimatta moottori saattaa vaatia SCR-järjestelmän käyttöä typen oksidien päästön saattamiseksi halutulle tasolle. Tällöin on mahdollista käyttää urealiuoksen sijaan suoraan ammoniakkia polttoainetankista. Palamattoman ammoniakin slippiä on saatu pienennettyä lähtötilanteesta 70 prosenttia, mutta tutkimus tällä osa-alueella jatkuu edelleen. (Maersk, 2025, MAN Energy Solutions 2022a, MAN Energy Solutions 2024.)

Wärtsilä on kehittänyt ammoniakkikäyttöistä W25-moottoria, jossa on mahdollista käyttää jopa 90 prosentin ammoniakkiosuutta kokonaispolttoaineesta. Moottori käyttää toisena polttoaineena dieseliä. Moottorilla on ammoniakkimoodissa hieman matalampi tehontuotto verrattuna dieselkäyttöön. (Jääskeläinen, 2025c, Wärtsilä, 2025b.)

4.2.4 Ammoniaslip

Ammoniakkia voi jäädä myös palamatta moottorissa, jolloin se päätyy pakokaasujen kautta suoraan ilmaan. Tätä ilmiötä kutsutaan ammoniaslipiksi. Ammoniakki on myrkyllistä, minkä vuoksi ammoniaslipin määrää tulee minimoida palamisprosessissa. (Jääskeläinen, 2025c.)

4.3 Turvallisuus

Ammoniakki on väritön, normaaliolosuhteissa pistävän hajuinen kaasu. Se on myrkyllistä suurina annoksina, ei syty helposti, mutta höyry voi palaa. Sitä voidaan nesteyttää. Nesteytetyn ammoniakin lämpötila on alle kiehumispisteen -33 °C. Ammoniakkialtistumiselle on annettu raja-arvoja ammoniakkipitoisuuksien mukaan (AEGL-arvot). Lyhimmillään raja-arvot voivat ylittyä jo muutamassa minuutissa. (Työterveyslaitos, 2025d, UUPO, 2024.)

Ammoniakki voi pieninä pitoisuuksina ärsyttää hengitysteitä. Työntekijä voi altistua ammoniakin haittavaikutuksille toistuvan käytön vuoksi. Nestemäinen ammoniakki aiheuttaa paleltumia ja syövytystä iholla. (Työterveyslaitos, 2025d.)

Vuotaessaan ammoniakki kohoaa ylöspäin, koska se on happea kevyempää. Ammoniakki voi kuitenkin muodostaa ilmaa painavamman valkoisen pilven reagoidessaan ilman kosteuden kanssa. Tällöin pilvi voi vajota lattiarajaan, tai kulkeutua ilmavirtausten mukana hallitsemattomasti. (Hammer ym., 2020, UUPO, 2024.)

Syövyttävänä aineena ammoniakki voi aiheuttaa korroosioita siihen kosketuksissa oleviin materiaaleihin, esimerkiksi sinkittyyn metalliin, valurautaan, kupariin, messinkiin tai kupariseoksiin. Käytettyjen materiaalien tulisikin olla ammoniakkikäyttöön sopivia. Myös turvallisuusnäkökulmiin täytyy kiinnittää erityistä huomiota. (Brinks & Hektor, 2020, Jääskeläinen, 2025b, UUPO, 2024.)

4.4 Säilytys

Ammoniakkia voidaan säilyttää joko paineistettuna tai nestemäisenä. Nestemäistä säilytystapaa suositaan, koska näin saadaan kasvatettua ammoniakin tiheyttä. Nestemäisenä ammoniakkia voidaan säilyttää normaalilämpötilassa (20 °C) paineistettuna noin 8 baarin paineeseen tai normaalipaineessa jäähdytettynä -33 °C asteeseen. Jäähdytettynä, nestemäisenä säilytettäessä on käytettävä kryogeenisia säiliöitä ja varmistettava, että ammoniakin lämpötila pysyy tarpeeksi kylmänä. Kryosäiliöiden käyttö vaatii tilaa säiliön ympärille. Ammoniakkia voidaan kuljettaa niin maantie-, rautatie-, meri- kuin myös putkistokuljetuksin. (Brinks & Hektor, 2020, Gexcon, XXXX, Rouwenhorst & Castellanos, 2022, UUPO, 2024.)

Ammoniakkia tulisi säilyttää viileässä, hyvin tuuletetussa paikassa, kaukana syttymislähteistä, oksidoivista kaasuista ja hapoista. (Jääskeläinen, 2025b.)

Merisovelluksissa on esitetty säilytystä nestemäisenä ja paineistettuna. Näin poistuisi tarve varajärjestelmille, joilla ylläpidetään kryosäiliöiden matala lämpötila. Merisovelluksissa tulisi lisäksi käyttää tuplaputkitusta mahdollisten vuotojen minimoimiseksi, havaitsemiseksi ja vaara-alueen pienentämiseksi. (Brinks & Hektor, 2020.)

5 Säiliötilavuuksien vertailua eri polttoaineiden välillä

Kun perinteisistä fossiilisista polttoaineista pyritään pääsemään vähemmän hiiltä tai ei lainkaan hiiltä sisältäviin polttoaineisiin, joudutaan uusien polttoaineiden ominaisuudet ottamaan huomioon käyttöä suunniteltaessa.
Keskeinen asia, mihin eri polttoaineiden ominaisuudet vaikuttavat, on tarvittavien polttoainesäiliöiden tilavuus ja koko. Kaksi polttoaineiden ominaisuutta vaikuttavat tarvittavaan säiliökokoon: aineiden tiheys ja energiasisältö eli tehollinen (alempi) lämpöarvo. Toinen seikka, mikä vaikuttaa säiliöiden tilantarpeeseen, on säiliöiden muoto ja mahdollinen kylmäsäilytys, eli kryogeenisen säiliön ominaisuudet.

Kuvassa 5 on esitetty eri polttoaineiden säiliötilavuuksia suhteutettuna dieseliin. Kuvasta nähdään, että diesel, nesteytetty maakaasu (LNG), metanoli, ammoniakki ja nesteytetty vety (LH2) ovat nestemäisessä muodossa, kun taas vety, paineistettuna joko 700 tai 300 baarin paineeseen, on kaasumaista. Kuvassa on esitetty eri polttoaineiden vaatima tankin tilavuus (sininen väri) sekä säiliön muodosta ja ominaisuuksista (sylinterimäinen säiliö tai kryogeenisäiliö) aiheutuva lisätilantarve, joka on esitetty oranssilla värillä. Säiliöiden tilavuudet on suhteutettu alkuperäisen dieselsäiliön sisältämään energiamäärään. (Feindt ym, ei pvm., Jääskeläinen, 2025d.)

 

Käytetyt lyhenteet

CCUS Hiilidioksidin talteenotto ja hyödyntäminen (Carbon Capture, Utilization and Storage)

CH2 Kaasumainen vety (Compressed hydrogen)

CO Hiilimonoksidi (Carbon monoxides)

DI Polttoaineen suorasuihkutus (Direct Injection)

EGR Pakokaasujen takaisinkierrätysjärjestelmä (Exhaust gas recirculation)

ETS Päästökauppajärjestelmä (EU Emissions Trading System)

FSN Savutuslukema (Filter Smoke Number)

HC Hiilivety (Hydrocarbons)

HCCI Reactivity controlled compression ignition

HFO Raskas polttoöljy (Heavy Fuel Oil)

HMF Polttoaineen imusarja- ja suorasuihkutuksen yhdistelmä (Hybrid mixture formation)

LH2 Nestemäinen vety (Liquid hydrogen)

MGO Laivapolttoneste (Marine Gas Oil)

NOX Typen oksidit (Nitrogen oxides)

PCCI Partial compression ignition

PFI Polttoaineen imusarjasuihkutus (Port Fuel Injection)

PN Partikkelien lukumäärä (Particle number)

Power-to-X Tapa tuottaa synteettistä polttoainetta uusiutuvan sähkön avulla, ns. sähköpolttoaineet

RON Tutkimusoktaaniluku (Research Octane Number)

SCR Selektiivinen katalyyttinen pelkistäminen (Selective Catalytic Reduction)

WTW Polttoaineen kokonaiselinkaariarvio (Well-to-Wheels / Well-to-Wake)

λ Ilmakerroin, Lambda (Air–fuel equivalence ratio)

 

 

Lähteet

Arasto, A. (2023). Vihreä ammoniakki – kestävä ratkaisu ilmastokriisin hillitsemiseen. VTT. https://www.vttresearch.com/fi/uutiset-ja-tarinat/vihrea-ammoniakki

Bohacikova, V. (2025). Modelling Ammonia Releases with EFFECTS. Gexon – White paper.

Brinks, H., Hektor, H. (2020). Ammonia as a marine fuel. DNV.

Chryssakis, C., Brinks, H. & King, T. (2015). The Fuel Trilemma. DNV. https://production.presstogo.com/fileroot7/gallery/DNVGL/files/original/9fef597280b44480b6455332c7886d74.pdf

EC: European Comission. (18.12.2025). Decarbonising maritime transport – FuelEU Maritime. https://transport.ec.europa.eu/transport-modes/maritime/decarbonising-maritime-transport-fueleu-maritime_en

EC: European Commission. (2023). Maritime transport emissions: Commission welcomes new IMO climate ambition for 2030, 2040 and 2050 and calls to set transition in motion. Press release. IP_23_3745_EN.pdfhttps://ec.europa.eu/commission/presscorner/api/files/document/print/en/ip_23_3745/IP_23_3745_EN.pdf

EEA: European Environment Agency. (18.12.2025). Greenhouse gas emissions from transport in Europe. https://www.eea.europa.eu/en/analysis/indicators/greenhouse-gas-emissions-from-transport

Euroopan parlamentti. (18.12.2025). Kasvihuonekaasupäästöt EU:ssa ja maailmalla. https://www.europarl.europa.eu/topics/fi/article/20180301STO98928/kasvihuonekaasupaastot-eu-ssa-ja-maailmalla-infografiikka

Feindt, A., Frank, F. & Mögele, H. (ei pvm.). Methanol in shipping. MAN Energy Solutions.

Hammer, L., Leisner, M., Eide, M., Sverud, T. & Mjos, N. (2020). Ammonia as a marine fuel. Safety handbook. DNV.

IEA: International Energy Agency. (18.12.2025). Transport. https://www.iea.org/energy-system/transport

Ilmatieteenlaitos. (18.12.2025). Kasvihuonekaasut. https://www.ilmatieteenlaitos.fi/kasvihuonekaasujen-tutkimus

Ilmatieteenlaitos. (2021). IPCC:n raportti: ihmisten toiminta on aiheuttanut ennennäkemättömän laajoja ja nopeita muutoksia ilmastossamme. https://www.ilmatieteenlaitos.fi/tiedote/3vWBBiEr4enwlPeUVUIxp0

IRENA & AEA. (2022). Innovation outlook: Renewable Ammonia. International Renewable Energy Agency, Abu Dhabi, Ammonia Energy Association, Brooklyn. https://www.irena.org/-/media/Files/IRENA/Agency/Publication/2022/May/IRENA_Innovation_Outlook_Ammonia_2022.pdf?rev=50e91f792d3442279fca0d4ee24757ea

Jankevicius, J. (2021). Hydrogen powered combustion engines. [Turun Ammattikorkeakoulun sisäinen selvitys.]

Jääskeläinen, H. (18.12.2025e). Hydrogen Fueled Engines. DieselNet.

Jääskeläinen, H. (18.12.2025d). Hydrogen. DieselNet.

Jääskeläinen, H. (10.10.2025c). Ammonia Fueled Engines. DieselNet.

Jääskeläinen, H. (10.11.2025b). Ammonia. DieselNet.

Jääskeläinen, H. (23.5.2025a). Alcohol Fueled Engines. DieselNet.

Kiwa. (8.10.2024). Vedyn tuotantoprosessit. https://www.kiwa.com/fi/fi/toimialat/uusiutuva-energia/vety/vedyn-tuotantoprosessit/

Lassila, A. (12.6.2024). Pakko päästä irti dieselistä. Helsingin Sanomat.

Lempiö, L. (2025). Metanoli liikennepolttoaineena. Kandidaatintyö. https://lutpub.lut.fi/bitstream/handle/10024/168857/Kandidaatintyo_Lempio_Lauri.pdf?sequence=1

Maersk. (22.05.2025). Managing Emissions from Ammonia-Fueled Vessels. https://cms.zerocarbonshipping.com/media/uploads/documents/Ammonia-emissions-reduction-position-paper_v4.pdf

Majewski, A. & Ahlvik, P. (23.5.2025). Alternative Fuels. DieselNet.

MAN Energy Solutions. (2024). Alternative fuels for your two-stroke powered vessel. Webinaari.

MAN Energy Solutions. (2023). The world’s first two-stroke methanol engine. https://www.youtube.com/watch?v=QPC_-oc7x34&t=33s

MAN Energy Solutions. (2022). Accelerate your energy transition with MAN B&W dual-fuel two-stroke engines. Webinaari.

Merilogistiikan tutkimuskeskus. (2024). Polttoaine tietopaketti: Ammoniakki.  UUPO – Merilogistiikan uudet polttoaineet vihreän siirtymän ja sinisen kasvun vauhdittajina. https://www.merilogistiikka.fi/wp-content/uploads/2024/10/6.-Ammoniakki-polttoaine-tietopaketti-paivitetty-171024.pdf

Methanol Institute. (2015). Methanol as marine fuel report. https://www.methanol.org/wp-content/uploads/2018/03/FCBI-Methanol-Marine-Fuel-Report-Final-English.pdf

Methanol Institute. (2023). MARINE METHANOL Future-Proof Shipping Fuel. https://methanol.org/wp-content/uploads/2023/05/Marine_Methanol_Report_Methanol_Institute_May_2023.pdf

Motiva. (8.10.2024). Vety. https://www.motiva.fi/ratkaisut/kestava_liikenne_ja_liikkuminen/valitse_auto_viisaasti/energialahteet/vety

Neste. (2024). Nesteen ja yhteistyökumppaneiden sähköpolttoaineiden kehitystä edistänyt E-Fuel-tutkimusprojekti päätökseen. https://www.neste.com/fi-fi/news/nesteen-ja-yhteistyoekumppaneiden-saehkoepolttoaineiden-kehitystae-edistaenyt-e-fuel-tutkimusprojekti-paeaetoekseen

Neste. (22.5.2025). Neste Futura 95 E10 bensiini. https://www.neste.fi/yksityisille/tuotteet/polttoaineet/neste-futura-95-e10

Niemi, S. (2025). Hydrogen as fuel in combustion engines -kurssi. Vaasan Yliopisto.

P2X Solutions. (18.12.2025). Tuotteemme ja palvelumme. https://p2x.fi/tuotteemme-ja-palvelumme/

Peschka, W. (1998). Hydrogen: the future cryofuel in internal combustion engines. International Journal of Hydrogen Energy.

Shell. (23.5.2025). Shell Diesel powered by GTL. https://www.shell.fi/motorists/shell-fuels/shell-diesel.html

Tilastokeskus. (22.5.2025). Dityppioksidi. https://stat.fi/meta/kas/dityppioksidi.html

TUKES, Turvallisuus- ja kemikaalivirasto. (2024). Vedyn käsittelyn ja varastoinnin turvallisuus. https://tukes.fi/vedyn-kasittelyn-ja-varastoinnin-turvallisuus

Työterveyslaitos. (10.11.2025d). OVA-ohjeet: Ammoniakki. Onnettomuuden vaaraa aiheuttavat aineet: Ammoniakki

Työterveyslaitos. (11.6.2025c). OVA-ohjeet: Kaliumsyanidi ja syaanivety. https://ova.ttl.fi/kaliumsyanidi-ja-syaanivety

Työterveyslaitos. (16.5.2025b). OVA-ohjeet: Vety. https://ova.ttl.fi/vety

Työterveyslaitos. (16.5.2025a). OVA-ohjeet: Dieselöljy. https://ova.ttl.fi/dieseloljy

Työterveyslaitos. (13.2.2024). OVA-ohjeet: Metanoli. https://ova.ttl.fi/metanoli

Vartiainen, E. (2020). Vetytalous tulee ennemmin tai myöhemmin.  Fortum. https://www.fortum.fi/tietoa-meista/blogi/forthedoers-blogi/vetytalous-tulee-ennemmin-tai-myohemmin

Wärtsilä. (10.11.2025b). Wärtsilä 25 – Fuel flexibility and low emissions for your vessel. https://www.wartsila.com/marine/products/engines-and-generating-sets/dual-fuel-engines/wartsila-25

Wärtsilä. (10.11.2025a). Ammonia as marine fuel? Benefits, challenges, and smart adoption. https://www.wartsila.com/insights/article/ammonia-fuel-for-thought-in-our-deep-dive#ammonia-as-a-marine-fuel

Wärtsilä. (12.2.2024b). Wärtsilä 32 Methanol leaflet.

Wärtsilä. (12.2.2024a). Methanol as marine fuel – is it the solution you are looking for? https://www.wartsila.com/insights/article/ammonia-fuel-for-thought-in-our-deep-dive#ammonia-as-a-marine-fuel

Ympäristöministeriö. (18.12.2025). Pariisin ilmastosopimus. https://ym.fi/pariisin-ilmastosopimus