Kiedy rząd Wielkiej Brytanii odwołał swoje plany elektryfikacji linii kolejowych biegnących przez Walię, Midlands i północną Anglię oraz odciął elektryfikację sieci kolejowej Great Western, przedwcześnie zakończył program inwestycji kolejowych, uważany za jeden z największych w kraju od czasów wiktoriańskich. Ale teraz rząd i producenci pociągów mają nadzieję, że wodór może być alternatywą dla elektryzujących brytyjskich kolei.
Pociągi wodorowe
Pociągi napędzane wodorem zastąpiły już brudniejsze silniki wysokoprężne w Niemczech, a niektóre firmy kolejowe uważają, że Wielka Brytania pójdzie w ich ślady do 2022 roku. Nadal potrzebne są inwestycje, aby wprowadzić nowe technologie. Ale mogą być ważnym krokiem w kierunku zmniejszenia śladu węglowego kolei.
Obecnie tylko jedna trzecia brytyjskiej sieci kolejowej jest zelektryfikowana, a kilka dodatkowych torów zostało przebudowanych w ciągu ostatnich kilku lat. Kiedy rząd przestaje elektryzować sieć, staje przed dylematem: jak wyeliminować pociągi z silnikiem Diesla, które wytwarzają dwutlenek węgla i inne szkodliwe zanieczyszczenia?
Obecna strategia polega na kupowaniu pociągów bimodalnych, które mogą przestawić się na olej napędowy, gdy zejdą z drogi bez prądu. Ale to nie rozwiązuje problemu jako takiego.
Jeśli elektryzowanie reszty sieci wydaje się zbyt kosztowne, jedną z możliwych alternatyw byłoby wytwarzanie energii elektrycznej na pokładzie pociągu. Jednym ze sposobów jest użycie ogniw paliwowych, które łączą wodór z tlenem z powietrza do produkcji energii elektrycznej i wody. Wodór może przenosić więcej energii niż akumulatory o tej samej masie, co oznacza, że systemy ogniw paliwowych mogą być lżejsze. Ponadto ich ładowanie zajmuje mniej czasu niż baterie, a ich produkcja nie wiąże się z tak wysokimi kosztami środowiskowymi.
Gazowy wodór należy sprężać w zbiornikach, które zwykle znajdują się na dachu pociągu. Jednak dodanie regeneracyjnego układu hamulcowego do ładowania bardzo małej baterii zmniejszy ilość wodoru potrzebną do napędzania pociągu.
Film promocyjny:
Wysoki koszt instalacji linii napowietrznych oznacza, że pociągi wodorowe będą prawdopodobnie bardziej ekonomicznym sposobem zelektryfikowania linii kolejowych o stosunkowo niewielkim natężeniu ruchu. Sensowne jest również eksperymentowanie z pociągami wodorowymi, aby wykryć nieoczekiwane problemy. Jednak powszechne stosowanie będzie wymagało znacznych inwestycji w produkcję i przechowywanie wodoru. Ponieważ bardzo niewiele kolei zostało zbudowanych na wodorze, nie jest jasne, czy mogą one zaoszczędzić pieniądze, eliminując elektryfikację dużych linii, czy ekonomia skali zadziała.
Lepszym rozwiązaniem może być również opracowanie hybrydowych pociągów dwusystemowych, które mogą przełączać się między energią elektryczną z przewodów napowietrznych a ogniwami paliwowymi. Jest to lepiej dostosowane do sieci kolejowych, które przebiegają przez mosty i tunele.
Innym problemem związanym z wodorowymi ogniwami paliwowymi jest to, że paliwo jest obecnie wytwarzane z metanu (gazu ziemnego) w procesie zwanym reformingiem metanu z parą wodną, który również wytwarza wysokie wydajności wysoce toksycznego tlenku węgla. Można go przekształcić w dwutlenek węgla, ale wtedy paliwo wodorowe nadal będzie przyczyniać się do emisji gazów cieplarnianych.
Czysty wodór
Ekologicznym sposobem wytwarzania wodoru jest elektroliza, podczas której przez wodę przepływa prąd elektryczny. Teoretycznie można wykorzystać nadmiar energii wiatru (i być może słonecznej) do wytworzenia tej energii elektrycznej i uczynienia wodoru odnawialnym źródłem energii. Problem polega na tym, że instalacje elektrolizy raczej nie będą ekonomiczne, jeśli nie będą pracować przez większość dnia. Oznaczałoby to, że gdy nie ma nadwyżki wiatru do zasilania ich, będą potrzebować regularnej energii elektrycznej z sieci, co spowoduje, że proces będzie bardzo kosztowny (i niekoniecznie odnawialny).
Drugą alternatywą jest zastosowanie metody produkcji „termochemicznej”, która polega na oddziaływaniu wody z siarką i jodem w obecności ciepła. Dobra wiadomość jest taka, że metoda ta stanie się ekonomiczna w ciągu najbliższych dziesięciu lat, dzięki rozwojowi elektrowni jądrowych IV generacji. Te małe, wysokotemperaturowe reaktory modułowe są opracowywane w Chinach, USA, Kanadzie i Japonii, ale nie w Wielkiej Brytanii czy Europie.
Pomimo wszystkich ograniczeń w stosowaniu wodoru jako paliwa transportowego, ponieważ coraz więcej krajów (w szczególności Japonia) prowadzi dalsze badania z zakresu gospodarki wodorowej, jego koszt będzie spadał. Wodór może nawet zastąpić gaz ziemny w głównych rurach gazowych, co również pomoże obniżyć koszty wykorzystania go do transportu.
Ilya Khel
