Powstanie europejski pociąg na ogniwa wodorowe

Prawie połowa linii kolejowych w Unii Europejskiej jest zelektryfikowana. Na pozostałych odcinkach linii używane są składy spalinowe. Dlatego powstał unijny projekt o nazwie FCH2RAIL, w którym uczestniczą partnerzy z Belgii, Niemiec, Hiszpanii i Portugalii. Ich zadaniem jest opracowanie nowego prototypu pociągu o zerowej emisji. Pojazd ma być wyposażony w hybrydowy i modułowy układ napędowy, który łączy zasilanie elektryczne z sieci trakcyjnej z zasilaniem z ogniw paliwowych. Na tę drugą część składać mają się wodorowe ogniwa paliwowe i akumulatory. Projekt FCH2RAIL został uruchomiony w styczniu.

Oba systemy w pociągu mają działać niezależnie. Tam, gdzie będzie dostępna sieć trakcyjna, pociąg pobierze z niej energię. W pozostałych przypadkach energia będzie pochodzić z ogniwa paliwowego i systemu akumulatorów. – Chcemy pokazać, że ten typ pociągu dwusystemowego jest konkurencyjną i przyjazną dla środowiska alternatywą dla pociągu z silnikiem wysokoprężnym – opisuje lider projektu i badacz Holger Dittus z Niemieckiego Centrum Lotnictwa i Kosmonautyki Instytutu Koncepcji Pojazdów.

Obecnie wiele linii kolejowych w Europie elektryfikuje się, co jest bardzo kosztownym i czasochłonnym przedsięwzięciem. Natomiast pociągi z napędem wyłącznie z akumulatorów mają ograniczony zasięg – od 30 do 70 km i to w zależności od profilu trasy i temperatur zewnętrznych, choć tą wizję zmienia najnowszy Flirt Akku Stadlera. Pociągi z silnikiem diesla mają z kolei niższe osiągi pod względem maksymalnej prędkości i przyspieszenia w porównaniu z pojazdami elektrycznymi, które potrzebują sieci trakcyjnej.

– Nasz bi-modalny hybrydowy system akumulatorów z ogniwami paliwowymi łączy zalety obu technologii: energii pochodzącej z sieci trakcyjnej lub z pokładu. Dzięki temu transport kolejowy jest jeszcze bardziej zrównoważony i energooszczędny – mówi lider techniczny Sergio Gascon z CAF, podsumowując główny cel projektu.

Zasięg pociągu zależny od liczby zbiorników wodoru

System zasilania ma być zaprojektowany w taki sposób, aby moc i zasięg można było zwiększyć w oparciu o zasadę modułową: liczba modułów ogniw paliwowych i akumulatorów wpływa na moc napędu. Zaś liczba zbiorników wodoru określa zasięg działania na liniach niezelektryfikowanych. Dlatego jednostka napędowa może być zaprojektowana do użytku zarówno w transporcie pasażerskim jak i towarowym.

Projekt, dysponujący budżetem 14 mln euro, ma na celu opracowanie, zademonstrowanie i zatwierdzenie takiego systemu w ciągu najbliższych czterech lat. 10 mln euro przekazała organizacja o nazwie Wspólne Przedsięwzięcie na rzecz Ogniw Paliwowych i Wodoru 2 (JU FCH 2).

– Nasze badanie dotyczące wodoru i ogniw paliwowych w środowisku kolejowym wykazało, że istnieje znaczący potencjał technologii FCH w środowisku kolejowym i że pociągi napędzane wodorem będą ważnym elementem budowania zrównoważonego europejskiego systemu transportowego – stwierdza Bart Biebuyck, dyrektor wykonawczy FCH 2 JU. – W swojej strategii dotyczącej wodoru Komisja Europejska dała jasno do zrozumienia, że wodór jest obiecującą opcją tam, gdzie elektryfikacja linii jest trudniejsza. Projekt FCH2RAIL pokaże, że technologia zapewnia elastyczne, bezemisyjne rozwiązanie, które pozwoli zastąpić pociągi z silnikiem diesla – dodaje Biebuyck.

Hiszpański pociąg przekazany do testów

Aby zrozumieć wpływ takiego systemu na środowisko – od jego produkcji, przez użytkowanie, aż po utylizację – i ocenić działanie w rzeczywistych warunkach, w ramach projektu planuje się przebudowę elektrycznego pociągu podmiejskiego CIVIA, wyprodukowanego przez hiszpańskiego producenta CAF.

Pojazd zapewnić ma hiszpański operator kolei państwowych Renfe. Jednym z najważniejszych elementów pokładowego systemu energetycznego będą pakiety modułów systemu ogniw paliwowych firmy Toyota Motor Europe (TME), natomiast akumulatory i przetworniki mocy zostaną dostarczone przez firmę CAF. Wstępne testy i próby odbędą się na torach hiszpańskich i portugalskich przy wsparciu zarządców infrastruktury Administrador de Infrastructuras Ferroviarias (ADIF) i Infraestruturas de Portugal (IP).

– Wodór ma do odegrania ważną rolę we wspomaganiu dekarbonizacji europejskich kolei i cieszymy się, że możemy zintegrować moduły ogniw paliwowych Toyoty z hybrydowym pakietem zasilania z ogniwami paliwowymi – powiedział Thiebault Paquet, dyrektor Fuel Cell Business Group w Toyota Motor Europe.

Inne wyzwania projektu

Do czasu pierwszych testów międzynarodowy zespół projektowy wciąż ma do rozwiązania szereg wyzwań technologicznych. Projektowane ogniwa paliwowe i moduły akumulatorowe muszą być połączone i kontrolowane w taki sposób, aby system spełniał wszystkie wymagania i był efektywny kosztowo. Ponadto powinna istnieć możliwość wykorzystania wydzielanego ciepła z modułów ogniw paliwowych do ogrzewania pociągu.

Projekt bada również normy i standardy w dziedzinie wodoru i transportu kolejowego oraz próbuje połączyć te dwa elementy, zapewniając przez cały czas bezpieczną interakcję między technologią wodorową a siecią trakcyjną. Na tej podstawie zespół projektowy opracowuje standardy, aby w najbliższej przyszłości ułatwić zatwierdzanie takich pociągów w całej UE.

Ciekawe jest to, że inny hiszpański producent – Talgo – rówież pracuje nad modułowym pojazdem z ogniwami wodorowymi. Piszemy o tym tutaj.