Встречайте водородные поезда - смогут ли они навсегда избавиться от дизеля?

Встречайте водородные поезда - смогут ли они навсегда избавиться от дизеля?

Когда правительство Великобритании отменило свои планы по электрификации железнодорожных линий через Уэльс, Мидлендс и север Англии, а также сократило электрификацию железнодорожной сети Великого Запада, это привело к преждевременному прекращению инвестиционной программы железных дорог, когда-то считавшейся крупнейшей в стране с Викторианской эпохи. Но теперь правительство и производители поездов надеются на то, что есть альтернативный способ превратить британские железные дороги в электрические.

В Германии водородные поезда уже заменили вредные дизельные двигатели. Некоторые железнодорожные компании считают, что такой вид транспортного средства может появиться в Великобритании уже в 2022 году. Для этого по-прежнему необходимы существенные инвестиции. Кроме того, тут нельзя будет обойтись без проблем. Но все это может сыграть важную роль в снижении углеродного следа железных дорог.

Только треть железнодорожной сети Великобритании была электрифицирована. Правительство сталкивается с дилеммой, как ликвидировать дизельные поезда, которые производят углекислый газ и другие вредные загрязнители.

Необходимо приобрести бимодальные поезда, которые могут переключаться на дизельное топливо на путях без электричества. Но это не решает проблему изменения климата и загрязнения воздуха, и все еще оставляет Великобританию позади большинства других европейских сетей.

Если электрификация остальной части сети считается слишком дорогой, одна из возможных альтернатив – выработка электроэнергии на борту поезда. Один из способов сделать это - использовать топливные элементы, которые соединяют газообразный водород с кислородом из воздуха для производства электричества и воды. Водород может дать больше энергии, чем батареи того же веса, что означает, что системы топливных элементов могут быть легче. Кроме того, они требуют меньше времени для заправки, чем батареи для перезарядки, и не имеют таких же высоких экологических затрат при производстве.

Газообразный водород должен храниться в резервуарах на крыше поезда. Но использование системы рекуперативного торможения для зарядки дополнительной маленькой батареи уменьшит количество водорода, необходимого для питания поезда.

Высокая стоимость установки электрических путепроводов говорит о том, что водородные поезда, вероятно, будут более экономичным способом электрифицировать железнодорожные линии с относительно небольшими объемами движения. Но широкое использование потребует значительных инвестиций в производство и хранение водорода. Так как построено очень мало железных дорог на водородной основе, неясно, смогут ли они реально сэкономить правительствам деньги.

Лучшее решение – разработка бимодальных поездов, которые могут переключаться на электричество и топливные элементы. Это бы имело огромное значение для железнодорожной сети Великобритании, которая переполнена низкими мостами и туннелями, не позволяющими проложить под ними воздушные кабели. Если электропоезда смогут переключаться на водородную энергию на путях с мостами или туннелями, то это значительно снизит стоимость электрификации.

Другая проблема связана с водородными топливными элементами. Топливо в настоящее время производится из метана (природного газа) с использованием процесса, называемого паровым риформингом метана, который также дает большой выход высокотоксичного угарного газа. Все это может быть преобразовано в углекислый газ, но это означает, что использование водородных топливных элементов все еще приводит к парниковым газам.

Очистка водорода

Экологически чистый способ получения водорода - электролиз, пропускание электрического тока через воду. Теоретически, вы можете использовать энергию ветра (и, возможно, солнечную) для выработки электричества и сделать водород возобновляемым источником энергии. Проблема в том, что электролизные установки вряд ли будут экономичными, если они не будут работать большую часть дня. Это означает то, что когда не будет ветра для их питания, им потребуется регулярное электричество из сети, что сделает процесс очень дорогим (и не обязательно возобновляемым).

Вторая альтернатива – использование «термохимического» способа производства, который включает взаимодействие воды с серой и йодом в присутствии тепла. Хорошей новостью является то, что этот метод станет экономичным в течение следующих десяти лет благодаря развитию атомных электростанций IV поколения. Эти высокотемпературные небольшие модульные реакторы разрабатываются в Китае, США, Канаде и Японии, но не в Великобритании или Европе.

Несмотря на ограничения использования водорода как транспортного топлива, его стоимость существенно сократится. Водород мог бы даже заменить природный газ в магистральных газопроводах, что снизило бы затраты на его использование для транспорта.

Трудность, с которой часто сталкиваются при попытке внедрить новый вид транспортного топлива, состоит в том, что владельцы транспортных средств не будут использовать его без инфраструктуры, но строители инфраструктуры не будут устанавливать его, если не будет спроса со стороны владельцев транспортных средств. Финансируемый правительством эксперимент с водородными поездами мог бы помочь преодолеть такую проблему и приблизить экономику возобновляемого водорода на один шаг к реальности.