Urmatoarea oprire, trenuri cu hidrogen

Urmatoarea oprire, trenuri cu hidrogen

(Credit de imagine:

Universitatea din Birmingham

)

Deoarece trenurile diesel vechi sunt eliminate din retelele feroviare din intreaga lume, Marea Britanie este pe cale sa testeze un nou tip de motor care ar putea ajuta la decarbonizarea cailor ferate – trenurile cu hidrogen.

F

De pe peron arata ca orice alt tren de navetisti britanic. Dar, pe masura ce cateva sute de pasageri s-au urcat la bordul vagoanelor cu caroserie de otel de la Long Marston, s-au intalnit cu o priveliste neobisnuita. Intr-una dintre masinile sale, pasagerii au fost incurajati sa se aseze in jurul a patru rezervoare de combustibil cu hidrogen, o celula de combustibil si doua baterii cu litiu.

Sistemul de alimentare cu hidrogen al trenului produce suficienta energie pentru a lua trenul intre 50 si 75 de mile. Trenul, numit Hydroflex, este primul din Marea Britanie care este alimentat cu hidrogen. Acesta a fost prezentat publicului in iunie 2019 pentru prima data pe sinele de la Quinton Rail Technology Center, o instalatie de testare la Long Marston, langa Stratford-upon-Avon, in Anglia.

Inginerii care au dezvoltat noul tren, de la Universitatea din Birmingham si compania feroviara britanica Porterbrook, au dorit ca pasagerii sa stea alaturi de celulele de combustibil cu hidrogen ale trenului. Cu cat se vor familiariza mai repede cu tehnologia, cu atat se vor simti mai repede in siguranta, au motivat.

O anumita neliniste in jurul hidrogenului ca sursa de combustibil este probabil de inteles avand in vedere istoria nefericita a dirijabililor plini de hidrogen, si anume dirijabile precum nefericitul R101 britanic si Hindenburgul german. Dar trenurile cu hidrogen au aparut ca un mijloc de transport viabil – si mult mai sigur -. Cat de aproape suntem de flotele de trenuri care elibereaza numai apa ca deseu?

S-ar putea sa-ti placa si:

  • Acesta este inceputul unei revolutii a aviatiei?
  • Cum sa construiesti o toaleta de tren mai buna
  • De ce si cum conteaza Carbonul Future Planet?

Modul in care hidrogenul alimenteaza un tren precum Hydroflex este destul de simplu. Celula de combustibil este formata dintr-un anod, un catod si o membrana electrolitica.

Array

Hidrogenul stocat trece prin anod, unde este divizat in electroni si protoni. Electronii sunt apoi fortati printr-un circuit care genereaza o incarcare electrica care poate fi stocata in baterii cu litiu sau trimise direct la motorul electric al trenului. Partea ramasa a moleculei de hidrogen reactioneaza cu oxigenul la catod si devine produsul rezidual – apa.

Rezervoarele de hidrogen, pilele de combustibil si bateriile Hydroflex stau in prezent intr-o masina de calatori, dar planul final este de a le depozita sub tren pentru a se potrivi mai multor pasageri. Hidrogenul este desigur extrem de inflamabil, dar pe Hydroflex este depozitat in patru rezervoare securizate de inalta presiune, una dintre o serie de masuri pentru a asigura siguranta pasagerilor.

Trenurile cu hidrogen, precum Hydroflex, sunt fara emisii – cu conditia ca hidrogenul lor sa provina dintr-o sursa regenerabila (credit: Universitatea din Birmingham)

In plina criza climatica, cererea de decarbonizare in toate industriile de transport a crescut, iar Hydroflex este doar un produs din aceasta. In 2016, Germania a dezvaluit Coradia iLint, primul tren din lume alimentat cu hidrogen, care poate circula 600 de mile pe un singur rezervor de combustibil – la egalitate cu distantele pe care trenurile traditionale le ating pe un rezervor de motorina. Inginerii din SUA lucreaza, de asemenea, la aducerea catre state a unei versiuni a unui „hidraul”. Cu toate acestea, intrucat transportul feroviar este deja printre cei mai scazuti emisori de gaze cu efect de sera din transport, ramane de vazut daca valoarea unei revizuiri masive a sistemelor feroviare va merita.

Marea Britanie are deja electrificate 42% din kilometri, conform Institutiei Inginerilor Mecanici, ceea ce inseamna ca aceste trenuri sunt gata sa devina zero-carbon, daca utilizeaza o sursa regenerabila de energie. O singura linie care circula spre Londra din Hampshire este in prezent singura din lume care functioneaza exclusiv cu energie solara. Cu toate acestea, restul de 58% din linia britanica nu este inca electrificata, asa ca sunt inca necesare trenuri diesel pentru a mentine acele zone conectate pe calea ferata.

Inginerii care lucreaza la Hydroflex spun ca trenurile alimentate cu hidrogen ar putea fi raspunsul la decarbonizarea sistemului feroviar britanic, fara a suporta costurile ridicate ale electrificarii liniei sale.

Potrivit unei evaluari a 20 de linii in Marea Britanie si Europa continentala, electrizarea unui singur kilometru de cale poate costa 750.000 – 1 milion GBP (965.000 – 1.3 milioane USD). Trenurile cu hidrogen sunt mai putin costisitoare, deoarece nu necesita revizii masive ale caii si pot fi create prin modernizarea trenurilor diesel existente. Acest lucru este benefic in special in zonele rurale, unde sunt mai multi kilometri de parcurs, dar mai putini pasageri pentru a justifica cheltuiala.

Coradia iLint germana a fost prima locomotiva cu hidrogen din lume (Credit: Getty Images)

Dar trenurile cu hidrogen vin cu propriile provocari.

„Depozitam aproximativ 20 kg de hidrogen si acest lucru este suficient pentru a rula celula de combustibil timp de trei ore”, spune Stuart Hillmansen, profesor la Universitatea din Birmingham si lider al proiectului Hydroflex. Ca atare, calatoriile pe distante mai lungi nu ar fi inca fezabile. Inginerii Centrului pentru Cercetare si Educatie Feroviara de la Universitatea din Birmingham, partenerul lui Porterbrook pe Hydroflex, lucreaza la modalitati de extindere a acestor limite.

Si, desi celulele de combustibil cu hidrogen pot fi la fel de eficiente din punct de vedere energetic ca motorina, stocarea gazului poate fi o problema. „In timp ce hidrogenul are multa energie pe masa, deoarece este foarte usor, acesta ocupa si mult volum”, spune Raphael Isaac, cercetator in domeniul alternativelor de combustibil in transportul feroviar la Centrul pentru Cercetare si Educatie Feroviara din Michigan State University. „Cu tehnologiile noastre actuale de stocare a hidrogenului, hidrogenul ocupa mult mai mult spatiu decat combustibilii fosili [echivalenti”. ” Chiar daca hidrogenul este de obicei comprimat, nu este la fel de eficient pe unitate de volum ca si combustibilii fosili.

Este, de asemenea, o problema spatiala la trenuri. Rezervoarele de combustibil de pe Hydroflex, de exemplu, trebuie sa fie suficient de mici pentru a se potrivi intr-o masina obisnuita care poate trece prin tunelurile feroviare din epoca victoriana. Aceste constrangeri de spatiu sunt unul dintre motivele pentru care Porterbrook a ales sa modernizeze modelele de trenuri mai vechi cu sistemul de alimentare cu combustibil pe hidrogen, mai degraba decat sa construiasca vehicule complet noi, asa cum a facut Alstom in Germania – trenurile existente erau deja facute pe masura pentru tunelurile prin care trebuiau sa treaca. .

Chiar daca singurul produs rezidual direct al hidrogenului este apa, obtinerea acestei forme de energie nu este neaparat curat. „Provocarea este ca in momentul de fata hidrogenul este produs ca un produs secundar al proceselor chimice”, spune Helen Simpson, director de inovatie si proiecte la Porterbrook. Cea mai ieftina si mai obisnuita metoda in prezent foloseste gazul natural si aburul la temperaturi ridicate pentru a produce hidrogen. Hydroflex functioneaza cu hidrogen produs dintr-o combinatie de hidrogen produs cu gaz natural, dar furnizorul sau, BOC, spune ca analizeaza optiuni regenerabile.

Pentru ca energia hidrogenului sa fie cu adevarat durabila, alte metode de productie care nu se bazeaza pe combustibili fosili ar trebui sa devina obisnuite. „Hidrogenul poate fi produs folosind alte metode si din surse regenerabile de energie, de exemplu, electricitate din fotovoltaica solara si electroliza apei”, spune Margaret S. Wooldridge, inginer aerospatial la Universitatea din Michigan.

Electroliza creeaza hidrogen prin separarea oxigenului de apa folosind un curent electric. Acest curent poate fi creat folosind energie din surse regenerabile de energie, dar inca nu a fost facut in afara demonstratiilor de testare mici. Pentru a fi o forma de calatorie cu adevarat verde, hidrogenul ar trebui creat si stocat folosind surse de energie regenerabile, cum ar fi fermele eoliene off-shore si retelele solare, mai degraba decat combustibilii fosili.

O alta problema de mediu persistenta cu trenurile alimentate cu hidrogen este utilizarea lor de baterii cu litiu. In prezent, prelucrarea litiului are un impact major asupra mediului inconjurator. Exploatarea unei tone de litiu necesita 500.000 de litri de apa, de exemplu, iar extractia litiului a fost legata de mai multe masuri de degradare a mediului. Cercetatorii spera ca in viitor poate fi posibil sa se extraga litiul din apa de mare folosind in schimb energia solara, dar ideea ramane experimentala.  

Trenurile cu hidrogen au potentialul de a fi deosebit de utile in zonele cu distante mari de acoperit si cererea de pasageri mai mica (Credit: Getty Images)

Pe de alta parte, un avantaj major al trenurilor precum Hydroflex este potentialul lor ca tren bi-mode, ceea ce inseamna ca pot circula pe liniile electrificate sau conventionale deopotriva. Deci, chiar daca exista cu siguranta o cheltuiala pentru construirea de noi trenuri cu hidrogen (unul dintre trenurile cu hidrogen Alstrom costa aproximativ 5,19 milioane GBP) sau pentru modernizarea celor mai vechi, acestea reprezinta o alternativa flexibila, in timp ce majoritatea liniilor – in special cele rurale – sunt inca de transformat pentru a transporta trenuri electrice.

„Acesta este intr-adevar spatiul in care combustibilul cu hidrogen vine ca o alternativa reala rentabila si valoroasa si ofera o cale ferata cu emisii reduse de carbon”, spune Simpson. „Acolo unde avem toate aceste rute lungi care nu au o cerere atat de mare de pasageri, costul-beneficiu al electrificarii liniilor nu exista”.

Exista si avantaje pentru pasageri. Trenurile cu hidrogen, precum trenurile electrice, sunt, de asemenea, incredibil de silentioase in comparatie cu omologii lor diesel. Si spre deosebire de trenurile electrice, acestea sunt mai rezistente la intreruperea intregii retele. „Infrastructura electrica comuna inseamna ca, daca exista daune infrastructurii, vor fi afectate operatiunile multor trenuri pe o linie”, spune Isaac. Un tren alimentat cu hidrogen ar putea trece la celulele sale de combustibil in cazul in care liniile de energie electrica ar scadea, de exemplu.

In tarile in care trenurile de calatori sunt mai putin populare, precum SUA, capacitatea de a converti trenurile de marfa in energie cu hidrogen va fi esentiala pentru a sustine producerea in masa a acestora. Un raport recent sponsorizat de Departamentul Energetic al SUA si Administratia Federala a Cailor Ferate constata ca, desi alimentarea trenurilor de marfa cu hidrogen este mai dificila din punct de vedere tehnic, ar avea in cele din urma „cea mai mare valoare societala”. Cu toate acestea, transportul de marfa este mai greu decat pasagerii, deci ar necesita mai mult hidrogen, sau hidrogen comprimat mai eficient, pentru a transporta aceeasi sarcina pe aceeasi distanta pe care o gestioneaza in prezent trenurile de marfa alimentate cu motorina.

Inginerii de la Birmingham lucreaza in prezent la modalitati mai eficiente de comprimare a hidrogenului, unul dintre mai multe obstacole pe care Hydroflex mai trebuie sa il parcurga. „Exista o provocare imensa in ceea ce priveste dezvoltarea infrastructurii pentru a furniza hidrogen la calea ferata”, spune Hillmansen. „Aceasta tehnologie exista, dar va trebui sa existe o ridicare a amplorii acestor operatiuni.”

Dar inginerii subliniaza faptul ca Hydroflex nu este doar o demonstratie a tehnologiei de alimentare cu hidrogen – urmeaza sa devina un tren comercial viabil, cu teste principale care urmeaza sa inceapa in martie sau aprilie anul acesta. Exista o lista lunga de aprobari pe care trenul trebuie sa le treaca pentru a fi considerate sigure pentru uz comercial, dar cei implicati in proiect estimeaza ca Hydroflex va fi complet functional in cel mult doi ani de acum inainte.

Avand in vedere ambitia Marii Britanii de a elimina total trenurile numai diesel pana in 2040, viitoarea incercare de primavara a Hydroflex pe sine il face probabil unul dintre cele mai anticipate sosiri din tara.

Emisiile din calatorii necesare pentru a raporta aceasta poveste au fost 0 kg CO2: scriitorul a intervievat surse de la distanta. Emisiile digitale din aceasta poveste sunt estimate la 1,2g – 3,6g CO2 pe pagina vizualizata. Aflati mai multe despre modul in care am calculat aceasta cifra aici.

Alaturati-va unui milion de fani Viitor placandu-ne pe Facebook sau urmati-ne pe Twitter sau Instagram.

Daca ti-a placut aceasta poveste, inscrie-te la buletinul informativ saptamanal bbc.com, numit „Lista esentiala”. O selectie selectata de povesti de la BBC Future, Culture, Worklife si Travel, livrate in casuta de e-mail in fiecare vineri.