Когда правительство Великобритании отменило свои планы по электрификации железнодорожных линий, идущих через Уэльс, Мидлендс и север Англии, и сократило электрификацию железнодорожной сети Great Western, это привело к преждевременному прекращению инвестиционной программы в железных дорогах, которая считалась одной из крупнейших в стране с викторианской эпохи. Но теперь правительство и производители поездов надеются, что альтернативой для электрификации британских железных дорог может стать водород.
Поезда на водороде
Водородные поезда уже заменили более грязные дизельные двигатели в Германии, и некоторые железнодорожные компании считают, что Великобритания последует ее примеру к 2022 году. Для внедрения новых технологий все равно нужны инвестиции. Но они могут стать важным шагом на пути к снижению углеродного следа железных дорог.
В настоящее время электрифицирована только треть железнодорожной сети Великобритании, и за последние несколько лет было переоборудовано немного дополнительных путей. Прекращая электрификацию сети, правительство сталкивается с дилеммой: как ликвидировать дизельные поезда, которые производят углекислый газ и другие вредные загрязнители?
Текущая стратегия заключается в покупке бимодальных поездов, которые могут переключаться на дизельное топливо, когда выходят на пути без электричества. Но это не решает проблему как таковую.
Если электрификация остальной части сети покажется слишком дорогой, одной из возможных альтернатив будет выработка электроэнергии на борту поезда. Один из способов сделать это — использовать топливные элементы, которые объединяют газообразный водород с кислородом из воздуха для производства электричества и воды. Водород может нести больше энергии, чем батареи с таким же весом, 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 быть сжат в резервуарах, которые обычно располагаются на крыше поезда. Но добавление системы рекуперативного торможения для зарядки дополнительной маленькой батареи снизит количество водорода, необходимого для питания поезда.
Высокая стоимость установки воздушных проводов означает, что водородные поезда, вероятно, будут более экономичным способом электрифицировать железнодорожные линии с относительно небольшим трафиком. Также есть смысл экспериментировать с водородными поездами, чтобы выявить любые неожиданные проблемы. Однако широкое использование потребует значительных инвестиций в производство и хранение водорода. Поскольку на водородной основе было построено очень мало железных дорог, непонятно, смогут ли они экономить деньги за счет отказа от электрификации крупных линий, будет ли работать экономика масштабов.
Лучшим решением может быть разработка также гибридных двухрежимных поездов, которые могут переключаться между электричеством от воздушных проводов и топливных элементов. Это лучше подойдет для железнодорожных сетей, которые проходят через мосты и туннели.
Другая проблема, связанная с водородными топливными элементами, состоит в том, что сейчас топливо производится из метана (природного газа) с использованием процесса под названием паровой риформинг метана, который также дает большой выход высокотоксичного моноксида углерода. Его можно преобразовать в диоксид углерода, однако в таком случае водородное топливо все равно будет содействовать выбросам парниковых газов.
Чистый водород
Экологически чистый способ получения водорода — через электролиз, когда через воду пропускается электрический ток. Теоретически, можно использовать избыточную энергию ветра (и, возможно, солнца) для выработки этого электричества и сделать водород возобновляемым источником энергии. Проблема в том, что электролизные установки вряд ли будут экономичными, если не будут работать большую часть дня. Это будет означать, что когда не будет избыточного 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 будет 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 все ограничения использования водорода в качестве транспортного топлива, поскольку все больше и больше стран (в частности, Япония) проводят дальнейшие исследования в области водородной экономики, его стоимость буде сокращаться. Водород может даже прийти на смену природному газу в магистральных газовых трубах, что также поможет снизить затраты на его использование для транспорта.
Как думаете, когда Россия озаботится переводом железнодорожных поездов на водород? Предлагаем обсудить это в нашем чате в Телеграме.
