Sähköautojen yleistyminen on yksi näkyvimmistä muutoksista kohti vähäpäästöistä liikennettä. Samalla yleistyy tarve kehittää kestäviä ja tehokkaita ratkaisuja niiden lataamiseen. Sähköautojen yleistymisen myötä sähkönkulutus on lisääntynyt Suomessa noin prosentin verran. Jos kaikki suomalaiset ajaisivat sähköautoilla, sähkönkulutus kasvaisi 10 % nykyisestä.
Tässä artikkelissa tarkastellaan sähkön tuottamista sähköautojen latausinfrastruktuurin tarpeisiin erityisesti hukkalämmön hyödyntämisen näkökulmasta. Perinteisesti sähköautojen lataus perustuu sähköverkosta saatavaan energiaan, jonka tuotantotavat vaihtelevat uusiutuvista energialähteistä fossiilisiin polttoaineisiin. Voitaisiinko sähköautojen lataamiseen hyödyntää vielä hyödyntämättömiä energianlähteitä, kuten hukkalämpöä?
Artikkelissa analysoidaan matalalämpöisen hukkalämmön sähköntuotantopotentiaalia latausratkaisujen osalta ja arvioidaan menetelmien teknistaloudellista toteutettavuutta. Tavoitteena on tarkastella realistisia mahdollisuuksia hyödyntää hukkalämpöä sähköautojen lataamisessa. Tarkastelussa painotetaan älykkäiden ja resurssitehokkaiden energiajärjestelmien näkökulmaa sekä tulevaisuuden kehityssuuntia, joissa energiatehokkuus ja kiertotalous ovat keskeisessä roolissa.
Lukuja ladattavista henkilöautoista
Tilastokeskuksen mukaan Suomessa rekisteröitiin vuonna 2024 uusia henkilöautoja 74 072. Tästä täyssähköisiä oli 21 869 ja hybridejä 14 667 kappaletta (kuvio 1). Sähköautojen osuus kaikista uusista henkilöautoista kasvoi tasaisesti jo viidettä vuotta peräkkäin. Keskimääräinen täyssähköauton toimintamatka uudessa rekisteröinnissä oli yli 400 kilometriä yhdellä latauksella. Ladattavan keskikokoisen henkilöauton kulutus Suomen ilmastossa on keskimäärin 18 kWh/100 km.
Suomessa sähköautojen latausverkosto laajeni vuonna 2024 yli 2 400 julkiseen latauspisteeseen, joista yli kolmannes sijaitsee pääkaupunkiseudulla. Suomalaiset ajavat sähköautoillaan keskimäärin 13 000 kilometriä vuodessa, mikä on hieman vähemmän kuin polttomoottoriautoilla. (Traficom.)
Suomessa liikennekäytössä olevien henkilöautojen kokonaismäärä oli 2 767 803 vuonna 2024. Tästä ladattavien (sähkö/hybridi) osuus on 10 % ja täyssähköisten 4.27 % (kuvio 2).
Muuntuuko hukkalämpö sähköksi?
Ajatus hukkalämmön muuntamisesta sähköksi ei ole uusi, mutta sen hyödyntäminen sähköautojen latausratkaisuissa edellyttää edistyksellisiä ja skaalautuvia teknologioita. Nykytilanteessa kaksi soveltuvinta menetelmää matalalämpötilaisen hukkalämmön sähköksi muuttamiseen ovat lämpösähköiset generaattorit (Thermoelectric Generator, TEG) sekä orgaaninen Rankine-kierto (Organic Rankine Cycle, ORC).
Hukkalämmön hyödyntäminen sähköautojen latauksessa edellyttää suuren lämmönlähteen. Suuri lämmönlähde parantaa muunnosprosessin hyötysuhdetta ja tekee siitä taloudellisesti kannattavaa. Tällaisia potentiaalisia lämmönlähteitä ovat esimerkiksi datakeskukset ja teollisuuslaitokset, joiden hukkalämmöt voitaisiin keskitetysti kerätä ja jatkojalostaa sähköksi latausinfrastruktuurin tarpeisiin.
Lämpösähköinen generaattori – Thermo Electric Generator (TEG)
Lämpösähköisen generaattorin (TEG) toiminta perustuu Seebeck-ilmiöön, jossa kahden eri johtavan materiaalin välille muodostuu jännite, kun näiden materiaalien liitoskohdissa vallitsee lämpötilaero. Käytännössä TEG-järjestelmä koostuu useista termopareista, jotka on asetettu sarjaan sähköisesti ja rinnakkain lämpöteknisesti. Jokainen termopari rakentuu kahdesta erilaisesta lämpösähköisestä materiaalista, tavallisesti puolijohteista, joiden päät yhdistetään toisiinsa. Kun toista päätä lämmitetään ja toista jäähdytetään, syntyy materiaaleihin sisäinen varauksensiirto: elektronit tai aukot liikkuvat lämpimästä päästä kylmään, ja näin syntyy sähkövirta ulkoiseen piiriin. (Kuvio 3.)
Syntyvän jännitteen ja sähkövirran suuruus riippuu lämpötilaerosta termoparin päiden välillä sekä käytetyn materiaalin lämpösähköisestä tehokkuudesta. Yhdistämällä useita termopareja TEG-järjestelmällä pystytään keräämään energiaa pienistäkin lämpötilaeroista. TEG-järjestelmät voidaan optimoida erikokoisiin sovelluksiin ja niiden mittakaava on skaalattavissa käyttökohteen vaatimusten mukaisesti ympäristöihin, joissa hukkalämpöä syntyy.
TEG-laitteessa ei ole liikkuvia osia ja ne voidaan integroida kustannustehokkaasti olemassa oleviin rakenteisiin. Näiden laitteiden etuna on erityisesti soveltuvuus pienitehoisiin (W kW) ja hajautettuihin hukkalämmön hyödyntämiskohteisiin. Hyötysuhde on tyypillisesti 5–8 %, joka riippuu termoparin päiden lämpötilaerosta ja käytetyistä materiaaleista.
TEG-järjestelmän investointikustannusarvio ilmoitetaan hinta/tuotettu kilowatti. Matalalämpötilaisissa sovelluksissa (<150 °C) investointikustannukset ovat 2 500 €/kW:sta ylöspäin, kun taas korkeammissa lämpötiloissa (>300 °C) voidaan päästä alle 1 000 €/kW kustannustasoon. Esimerkkinä 60 °C lämpötilaerolla kustannusarvio on n. 8 000 – 10 000€/kW (Zhu, Y., Li, K. ym. 2024). Calgaryn Energiasimulaatiokeskus geotermisten järjestelmien tutkimusta varten on tutkimuksessaan selvittänyt, että 150 °C lämpötilaerolla kustannukset ovat n. 2900 €/kW. Lämpötilaeron pienentyessä kustannushinta nousee (Nourdanes, N. Kantzas, A. 2023).
Lämpösähköisten materiaalien kehityksen suunta ja soveltuvuus
Lämpösähköisen generaattorin toiminta perustuu tehokkaisiin lämpösähköisiin materiaaleihin. Yleisimmin käytetyt materiaalit ovat vismuttitelluridi (Bi₂Te₃) ja lyijytelluridi (PbTe). Näitä materiaaleja käytetään yleisimmin lämpösähköisissä generaattoreissa, koska niillä on korkea lämpösähköinen tehokkuus erityisesti tietyillä lämpötila-alueilla. Vismuttitelluridi soveltuu hyvin mataliin ja keskisuuriin lämpötilaeroihin (noin 100–250 °C). Se soveltuu pienten lämpötilaerojen energiakeräykseen. Lyijytelluridi puolestaan toimii tehokkaasti korkeammilla lämpötilaeroilla (noin 400–800 °C). Sitä hyödynnetään vaativammissa teollisissa sovelluksissa. Molemmilla materiaaleilla on hyvä sähkönjohtavuus ja alhainen lämmönjohtavuus, mikä maksimoi lämpösähköisen muunnoksen hyötysuhteen. Lisäksi näiden materiaalien valmistusprosessi on vakiintunut ja kaupallisesti saatavilla, mikä tukee niiden laajaa käyttöä teollisuudessa. Matalalämpötilaisen hukkalämmön hyödyntämisessä käytetään vismuttitelluridia (Bi₂Te₃).
Uusien materiaalien integrointi mahdollistaa hukkalämmön tehokkaamman talteenoton. Nykytutkimuksen tavoitteet kohdistuvat erityisesti lämpösähköisten laitteiden hyötysuhteen parantamiseen, tuotantokustannusten alentamiseen sekä haitallisten aineiden käytön vähentämiseen kestävän kehityksen periaatteiden mukaisesti.
Lämpösähköisten materiaalien tutkimus ja kehitys etenee usealla rintamalla. Nanorakenteiden ja komposiittien avulla tavoitellaan yhä parempaa suorituskykyä, samalla kun kestävän kehityksen vaatimukset ohjaavat materiaalivalintoja. Keskeisiä tutkimussuuntia ovat nanorakenteiden hyödyntäminen, komposiittimateriaalien kehittäminen sekä ympäristöystävällisempien vaihtoehtojen löytäminen.
Nanorakenteilla voidaan parantaa materiaalien lämpösähköistä tehokkuuslukua (ZT) rajoittamalla lämmön kuljetusta ilman, että sähköinen johtavuus heikentyy. Tämä mahdollistaa korkeammat hyötysuhteet. Komposiitit taas mahdollistavat eri materiaalien parhaiden ominaisuuksien yhdistämisen ja niiden räätälöinnin tiettyihin lämpötila alueisiin. Samaan aikaan pyritään korvaamaan perinteiset, ympäristölle haitalliset yhdisteet, vähemmän haitallisilla ja edullisemmilla materiaaleilla.
ORC – Organic Rankine Cycle
Organic Rankine Cycle eli ORC on tällä hetkellä yksi keskeisimmistä teknologioista matalalämpöisen hukkalämmön sähköksi muuttamisessa. ORC-järjestelmä koostuu höyrystimestä, turbiinista, generaattorista, pumpusta ja lauhduttimesta. Lämmönlähteenä ORC-kierrossa toimii ulkoisesta lähteestä saatu lämpöenergia. Lämpö voi olla matalalämpötilaista (esim. 80–150 °C), mikä tekee ORC:stä sopivan moniin kohteisiin, joissa perinteinen höyryturbiini ei toimi. Lämpö siirretään lämmönvaihtimen kautta orgaaniseen työaineeseen, joka höyrystyy. Höyrystynyt työaine ohjataan turbiiniin, jossa se laajenee ja pyörittää akselia. Akseli on kytketty generaattoriin, joka tuottaa sähköä. Höyry johdetaan lauhduttimeen, jossa se tiivistyy takaisin nesteeksi. Lauhdutus voi tapahtua esimerkiksi jäähdytysvedellä tai ilmajäähdyttimellä. Nestemäinen työaine pumpataan takaisin lämmönvaihtimeen, ja prosessi alkaa alusta. (Kuvio 4.)
Prosessissa käytettyjä orgaanisia työaineita voivat olla esimerkiksi siloksaani, pentaani tai hydrofluoro-olefiini (HFO). HFO-yhdisteitä käytetään ORC-järjestelmissä nykyisin yhä enenevissä määrin niiden matalan ilmastonlämpenemispotentiaalin (GWP) ja hyvän termodynaamisen suorituskyvyn vuoksi.
ORC-järjestelmät voidaan mitoittaa erilaisiin käyttökohteisiin aina pienistä, yksittäisistä laitteistoista suuriin teollisiin laitoksiin. Investointikustannukset vaihtelevat sähköntuotantokapasiteetin mukaan. Pienen kokoluokan (kymmenistä satoihin kilowatteihin) ORC-järjestelmien investointikustannukset ovat luokkaa 2 500 – 5 000 €/kW, keskisuurien 1 800 – 3 000 €/kW ja suurien 1 200 – 2 000 €/kW. ORC-teknologia soveltuu laajalle tehoalueelle, alkaen noin 50 kW:sta useisiin megawatteihin asti. Matalalämpötilaisissa sovelluksissa järjestelmän hyötysuhde on yleensä 8–15 %. Korkeammissa lämpötiloissa voidaan päästä 20 % hyötysuhteeseen.
Kurkistus tulevaisuuteen – Älykkäät latausverkot ja lämpöpositiiviset alueet
Tulevaisuuden latausverkkojen mahdollinen kehitys perustuu vahvasti hajautettuun sähköntuotantoon ja energian paikalliseen hyödyntämiseen. Perinteisestä keskitetystä mallista siirryttäessä kohti hajautettua sähköntuotantoa hukkalämmön merkitys korostuu entisestään. Tällaisessa mallissa älykkäät ohjausjärjestelmät mahdollistavat latausprosessien optimoinnin siten, että sähköautojen lataus ajoittuu ja kohdistuu aina kulloinkin parhaiten saatavilla oleviin energialähteisiin.
Kaupunkisuunnittelulla ja energiatehokkuusstrategioilla on keskeinen rooli latausinfrastruktuurin tulevaisuudessa. Lämpöpositiiviset alueet, kuten kaupunginosat tai korttelit, joissa syntyy enemmän lämpöä kuin kulutetaan, tarjoavat ainutlaatuisen mahdollisuuden rakentaa paikallisia latauskeskittymiä. Näillä alueilla hukkalämmöstä tuotettua sähköä voitaisiin hyödyntää suoraan sähköautoilun tarpeisiin. Tällainen ratkaisu vähentäisi sähkön siirtohäviöitä, tehostaisi energiankäyttöä ja tukisi paikallista energiataloutta. Vastaavasti teollisuusalueilla, joissa syntyy jatkuvasti merkittäviä määriä hukkalämpöä, voitaisiin sähköautojen latauspalvelut integroida osaksi alueen energiatehokkuusohjelmia.
Hajautettujen ja älykkäiden latausverkkojen skaalautuvuus mahdollistaa järjestelmien soveltamisen niin yksittäisiin rakennuksiin kuin suuriin kaupunkeihin ja teollisuuskeskittymiin. Kiertotalouden periaatteiden mukaisesti hukkalämmön hyödyntäminen sähköautojen latauksessa edistäisi kokonaisvaltaista resurssitehokkuutta, sekä auttaisi päästövähennystavoitteiden saavuttamisessa.
Kohti hukkalämmön hyödyntämistä
Hukkalämpö on yksi suurimmista hyödyntämättömistä energianlähteistä nykyaikaisessa yhteiskunnassa. Sen käyttö sähköautojen latauksessa ei ole pelkästään teoriaa, vaan myös teknisesti mahdollista. Lämpösähköiset generaattorit ja ORC-järjestelmät ovat potentiaalisimpia sovellutuksia, joita voitaisiin hyödyntää hukkalämpöenergian muuttamiseen lataussähköksi.
Lämpösähköiset generaattorit ovat käytännöllisiä pienissä kohteissa, mutta niiden teho on investointikustannuksiin nähden matala. Ne vaativat vähintään 150 °C lämmönlähteen ollakseen taloudellisesti kannattavia. ORC-sovellukset ovat käyttökelpoisia suurissa yksiköissä. Ollakseen taloudellisesti kannattavia ne tarvitsevat korkealämpöisen energianlähteen. Niiden alkuinvestoinnit ovat korkeat, mutta ne olisivat soveltuvia suurempiin latausverkostoihin.
Vaikka hukkalämpöä sähköautojen latauksessa ei juurikaan hyödynnetä, tarvittava teknologia olisi periaatteessa olemassa, vaatien kuitenkin tiettyjen kehitysaskelien ottamista. Erityisesti teollisuusalueet, datakeskukset ja energiakeskittymät muodostavat potentiaalisen ympäristön hukkalämmön sähköksi muuttamiseen. Tulevaisuudessa älykkäät energiajärjestelmät, lämpöpositiiviset alueet ja teknologisen kehityksen harppaukset voisivat mahdollistaa tehokkaan hukkalämmön hyödyntämisen lataussähköntuotannossa.
Kirjoittaja:
Joni Miettinen, projektityöntekijä, Karelia-ammattikorkeakoulu
Artikkelin kansikuva on luotu tekoälyllä (Adobe Express) ja artikkelin kirjoituksessa on käytetty tekoälyä (Copilot365) rakenteen suunnitteluun, lauserakenteiden muokkaamiseen sekä lähteiden etsimiseen.
EVITA – energiavirrat talteen ja kiertoon -hankkeessa tarkastellaan hukkalämmön hyödyntämisen mahdollisuutta neljän eri tapaustutkimuksen kautta. Hanke on Euroopan Unionin osarahoittama.
Lähteet:
Atashbozorg, D., Arasteh, A. M., Salehi, G., & Azad, M. T. 2022. Analysis of different organic Rankine and Kalina cycles for waste heat recovery in the iron and steel industry. ACS Omega, 7(50), 46099–46117. https://doi.org/10.1021/acsomega.2c03922
Farzad Tohidi, Shahriyar Ghazanfari Holagh, Ata Chitsaz. 2022. Thermoelectric Generators: A comprehensive review of characteristics and applications. Applied Thermal Engineering, Volume 201, Part A. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2021.117793
Hussam Jouhara, Alina Żabnieńska-Góra, Navid Khordehgah, Qusay Doraghi, Lujean Ahmad, Les Norman, Brian Axcell, Luiz Wrobel, Sheng Dai. 2021. Thermoelectric generator (TEG) technologies and applications. International Journal of Thermofluids, Volume 9. https://doi.org/10.1016/j.ijft.2021.100063
Kaari, Perttu. 2023. Lämpösähköisen ilmiön hyödyntäminen Suomen energiajärjestelmässä. AMK opinnäytetyö. Jyväskylän ammattikorkeakoulu. https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-202303274261
Nourdanes, N. Kantzas, A. 2023. Using Thermoelectric Generators (TEGs) for Electric Power Generation from Waste Heat in Geothermal Plants. University of Calgary, Department of Chemical and Petroleum Engineering, Calgary, Canada Energy Simulation Centre for Geothermal Systems Research. https://www.ucalgary.ca/sites/default/files/teams/583/Nader_Nourdanesh.pdf
Oguilve Kim, Iisakka Harri, Kunnari Ville. 2024. SÄHKÖAUTOJEN ÄLYLATAUS JA OPTIMOINTI SUOMESSA- RAPORTTI. Synergi.
Olin, L. 2023. Lämpösähköisen ilmiön mahdollisuudet hukkalämmön hyödyntämiseksi. AMK opinnäytetyö. Jyväskylän ammattikorkeakoulu. https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-202304215893
Researchers enhance conversion efficiency of thermoelectric devices. 2023. Retrieved 30 October 2025 from https://techxplore.com/news/2023-05-conversion-efficiency-thermoelectric-devices.html
Sormunen, Elli. 2024. Mitä tapahtuisi, jos koko Suomen autot… Yle. https://yle.fi/a/74-20068837
Tilastokeskus. 2025. Vuonna 2024 Manner-Suomessa ensirekisteröitiin 74072 uutta henkilöautoa. https://stat.fi/julkaisu/cm10kfrug8ifj07w0f2rpv4ia
Zhu, Y., Li, K., Mgijimi, M., Linghu, J, Kuai, P., Yang, G., Yang, L. 2024. Power Generation at Low Temperatures Using ThermoelectricGenerators and Cost Analysis. Wiley research article. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1155/2024/8728700
Zare, V., Takle, H.R. Novel geothermal driven CCHP systems integrating ejector transcritical CO2 and Rankine cycles: thermodynamic modeling and parametric study. Energy Convers. Manag., 205 (2020). https://doi.org/10.1016/j.enconman.2019.112396
Small Scale Organic Rankine Cycle (ORC): A Techno-Economic Review Lorenzo Tocci, Tamas Pal, Ioannis Pesmazoglou, Benjamin Franchetti https://doi.org/10.3390/en10040413