Железопътният транспорт остава един от най-ефективните начини за превоз на голям брой хора и товари. Един влак може да поеме стотици пътници и огромно количество товар, като заема много по-малко пространство от същия превоз по пътищата. Според Международната агенция по енергетика железопътният транспорт превозва около 8% от пътниците и 7% от товарите в световен мащаб, но представлява едва около 2% от енергийното потребление на транспорта.
Железопътният транспорт може също да намали натоварването върху пътищата и емисиите от транспорта, като замени част от пътуванията с автомобили. Затова в много държави се търсят възможности за модернизиране на технологиите в този вид транспорт.
Електрифицираните линии са едно от решенията в това отношение. Но при неелектрифицираните участъци все още се използват основно дизелови машини. Именно тук водородът може да предложи алтернатива.
Водородните влакове не се нуждаят от контактна електрическа мрежа по линията. Те носят собственото си гориво и произвеждат електричеството за движение на борда.
И те вече не са само експеримент. В Германия водородни влакове вече превозват пътници по редовни линии. А в Япония се разработва друга версия на технологията, която комбинира водородна горивна клетка с батерия.
Как работи?
Водородният влак всъщност е електрически влак. При обикновения електрически влак електричеството идва от електрическата мрежа. При водородния влак електричеството се произвежда в самия влак.
За целта се използва т.нар. горивна клетка. В нея водородът реагира с кислорода от въздуха. Получават се електричество, топлина и вода.
Няма горене като при дизеловия двигател. Затова при използването на водород в горивна клетка от самия влак не се отделят директни емисии на CO₂ или азотни оксиди. Основният продукт на реакцията е вода.
Но и водородният влак не е изцяло екологичен. Има значение откъде идва водородът.
Водородът не е естествен енергиен ресурс. При производството и доставката на водорода за водородните влакове може да се отделят значителни емисии.
И все пак той може да замени дизеловия влак като по-чиста алтернатива по линии, които е трудно или скъпо да бъдат електрифицирани.
В Германия водородният влак вече превозва пътници
Германия е добър пример за приложение на водородните влакове.
През август 2022 г. в германската провинция Долна Саксония започва редовна пътническа експлоатация на първата мрежа, обслужвана изцяло от 14 водородни влака. Те заменят дизелови машини по регионални линии.
Става въпрос за реална ежедневна експлоатация с пътници.
През септември 2022 г. сериен влак от този модел изминава 1175 километра без да зарежда отново водородните си резервоари. Пътуването е от Бремерфьорде до Мюнхен, а по време на движението влакът отделя вода и водна пара. Това показва, че водородът може да осигури достатъчно енергия за дълги регионални маршрути.
Допълнителна полза е, че тези влакове са значително по-тихи от дизеловите, тъй като нямат традиционен двигател с вътрешно горене.
Замяната на дизелов влак с водороден може да допринесе не само за по-малко въглеродни емисии при движението, но и за по-малко локални замърсители и шум около железопътните линии.
Но защо просто не се използват електрически влакове навсякъде?
Ако електрическият влак е толкова ефективен, защо изобщо е необходим водороден?
Отговорът е в инфраструктурата. Електрифицирането на железопътна линия означава изграждане и поддръжка на контактна мрежа и подстанции. За натоварени линии с много влакове това може да има смисъл.
Но за по-слабо натоварени регионални линии, по които влаковете не се движат постоянно, изграждането на цялата електрическа инфраструктура може да е неефективно.
Именно за такива маршрути се разглеждат алтернативи като батерии и водород.
Влаковете, които използват батерии, също са електрически. Разликата е, че съхраняват електричеството в голяма батерия, вместо да го получават постоянно от контактна мрежа. Батерията се зарежда предварително и може да се допълва и при движение по електрифицирани участъци.
Затова няма една технология, която да е подходяща за всички железопътни линии.
А какво става в Япония?
Германия не е единствената страна, която експериментира с тази технология.
Японската компания JR East разработва Hybari – водороден хибриден влак, който комбинира горивна клетка и литиево-йонна батерия.
Тук конструкцията става още по-интересна. Водородът се използва от горивната клетка за производство на електричество, а батерията съхранява енергия и може да бъде зареждана както от горивната клетка, така и от енергията, генерирана при спиране на влака.
При това т.нар. рекуперативно спиране електрическите двигатели могат временно да работят като генератори. Така част от енергията на движещия се влак, която иначе би се превърнала в топлина при спирането, се превръща обратно в електричество и се съхранява в батерията.
Предвижда се до края на 2027 г. Hybari да влязат в експлоатация.
Чехия също прави опити в тази посока
Чехия също е сред държавите, които проучват възможностите на водородните влакове.
През май 2022 г. Alstom представя Coradia iLint в Чехия и Словакия по време на специална демонстрационна обиколка. По-късно същата година Alstom и Air Products подписват меморандум за сътрудничество като първа стъпка към въвеждането на водороден железопътен транспорт и необходимата инфраструктура в Чехия. При демонстрацията влакът е зареждан от мобилна водородна станция.
Водородът ли е бъдещето на влаковете?
Водородът едва ли би могъл да замени всички електрически влакове, нито е задължително по-добрата алтернатива.
Там, където вече има електрифицирана линия, използването на електричество от контактната мрежа обикновено е най-прекият път.
Батериите също могат да бъдат решение за определени неелектрифицирани маршрути, особено за по-малки разстояния. При тях няма нужда електричеството първо да се превръща във водород, а след това отново да се превръща в електричество. Това означава по-малко енергийни загуби по веригата.
Водородът от своя страна позволява на влака да носи собствен енергиен запас и да се движи по неелектрифицирани линии, без да разчита на голяма батерия.
Затова изборът зависи от конкретния маршрут.
И ако железниците постепенно се отказват от дизела, водородът може да бъде една от възможностите за линиите, при които електрифицирането не е най-практичният вариант.
Къде е България?
През 2026 г. страната ни започва осезаемо обновяване на пътническите влакове.
През август в редовна експлоатация започнаха да влизат новите електрически мотриси Skoda. Първоначално бяха въведени осем, а броят им трябваше да достигне 20 в рамките на същия месец. Министерството на транспорта определя доставката като начало на голямо обновяване на българските железници.
След тях започна и доставката на новите електрически мотриси Alstom. Договорът е за общо 35 влака, като към края на август 2026 г. 12 вече са били доставени, а останалите са планирани за доставка поетапно до април 2027 г.
Това са електрически влакове, а не водородни.
В България има железопътни линии и изградена инфраструктура, за които директната електрификация е напълно логичен път на развитие.
На други места по света обаче има линии, при които изграждането на контактна мрежа е трудно или прекалено скъпо. Именно там водородът може да се окаже интересна алтернатива на дизела.
Какво печелим от водородните влакове?
В крайна сметка въпросът не е само как един влак произвежда електричеството си, а как може да превозва много хора и товари, като използва по-малко изкопаеми горива и създава по-малко замърсяване.
Тук водородните влакове имат няколко потенциални предимства.
На първо място, при движението им няма директни емисии от изгаряне на дизелово гориво.
На второ място, за водородния влак не е нужно изграждането на контактна електрическа мрежа по цялото трасе.
Има значение и въздухът. При дизеловите двигатели освен CO₂ се отделят и други замърсители. При горивната клетка такива директни емисии от изгаряне няма.
И накрая идва шумът. Електрическото задвижване на водородния влак е значително по-тихо от традиционния дизелов двигател.
Но има едно голямо „ако“.
Колко екологичен е водородният влак зависи в голяма степен от това как е произведен водородът.
Ако той е произведен с електричество от възобновяеми източници, потенциалът за намаляване на емисиите е много по-голям. Ако е произведен от изкопаеми горива, не може да се говори за изцяло екологичен транспорт.
Затова водородът не е универсално решение. Но той може да бъде още една възможност за постепенното оттегляне на дизеловите влакове от линиите, които трудно могат да бъдат електрифицирани.
Източници:
