Stadler: Wodór wymaga prądu z OZE. Dziś lepiej kupować pojazdy bateryjne

Łukasz Malinowski, „Rynek Kolejowy”: Stadler ma w ofercie zarówno zespoły bateryjne, jak i wodorowe. W jakich warunkach każde z tych rozwiązań sprawdzi się lepiej?

Arkadiusz Świerkot, Stadler Polska: Kwestię wodoru należy rozpatrywać szerzej – jako jeden z rodzajów bezemisyjnego napędu. Zalety kolei będzie można w pełni wykorzystać wtedy, gdy uda nam się zmniejszyć udział przewozów trakcją spalinową. Dziś udział linii niezelektryfikowanych w Unii Europejskiej wynosi średnio ponad 40%. W USA praktycznie wszystkie linie są niezelektryfikowane, za to w Szwajcarii – odwrotnie. Mimo że odsetek przewozów wykonywanych po tych liniach jest o wiele mniejszy, pozostaje nadal istotny. Stąd pytanie, w jaki sposób najlepiej zastępować Diesla.

Z punktu widzenia Stadlera konieczność dążenia do bezemisyjności kolei jest więc bezdyskusyjna?

Tak. Zastanawiamy się tylko nad tym, w jaki sposób do niej doprowadzić – i jak długo będzie trwał ten proces. Technicznie możliwe są trzy rozwiązania: elektryfikacja linii, napęd bateryjny lub wodorowy. Wodór nie jest celem samym w sobie, ale środkiem do odejścia od silników spalinowych – i to niejedynym.

W segmencie pojazdów bateryjnych jesteśmy dziś liderem w Europie – realizujemy sześć kontraktów na takie pojazdy: dla Wielkiej Brytanii, trzy dla Niemiec, a także niedawno podpisane zamówienia dla Litwy i Austrii. Nasze pojazdy akumulatorowe są w stanie pokonywać na bateriach trakcyjnych – w zależności od wersji – 40 km, 70 km lub 100 km.

Co skłania zamawiających do sięgania po takie właśnie pojazdy?

W Europie duża część sieci jest zelektryfikowana. Oznacza to, że większość klientów chce jeździć bez pantografu nie przez kilkaset kilometrów, tak jak to jest w USA, lecz na znacznie krótszych odcinkach. Na przykład w niemieckim Szlezwiku-Holsztynie o wyborze napędu bateryjnego zdecydowała przeprowadzona przez zamawiającego analiza sieci. W pierwszej kolejności zamierza on wyeliminować pojazdy spalinowe na krótkich odcinkach, takich jak na przykład Kilonia – Eckernförde – Flensburg, gdzie niezelektryfikowany odcinek ma długość 70 km. Podobnie myślą inni zamawiający.

Również w Wielkiej Brytanii przewoźnik Wales & Borders nie potrzebuje większego zasięgu niż 40 km, nie ma więc potrzeby wożenia dużych baterii. Trzeba pamiętać, że dodatkowe akumulatory zwiększają masę pojazdu – a zatem wtedy, gdy jedzie on pod siecią trakcyjną, rośnie zużycie energii. Przy skalowaniu baterii trzeba więc bardzo dokładnie przeanalizować specyfikę trasy, by nie przewymiarować ogniw. W Europie rzadko zdarza się dziś, by przewoźnik musiał jeździć po liniach niezelektryfikowanych ponad 100 km.

A kontrakt litewski?

W pierwszej kolejności dostarczamy pojazdy o zasięgu do 70 km. Pojazdy o zasięgu 100 km mogą zostać zamówione w ramach prawa opcji.

Jaka jest obecna kondycja rynku pojazdów wodorowych?

Zainteresowanie pojazdami wodorowymi w Europie wyraźnie przyhamowało. Trzeba dostrzegać pewną zależność: na liniach o małych potokach pasażerskich, gdzie w grę nie wchodzi elektryfikacja, nie ma alternatywy dla napędu wodorowego przy zasięgach znacznie przekraczających 100 km. Przy mniejszych odległościach pojazd bateryjny jest tańszym rozwiązaniem zarówno pod względem zakupu, jak i utrzymania oraz kosztów zużywanej energii.

Stadler jest dobrze przygotowany do konkurowania na rynku pojazdów bezemisyjnych. Od lat mamy w ofercie pojazdy z powerpackiem, czyli z krótkim członem środkowym, w którym można zabudować albo spalinowy agregat prądotwórczy, albo akumulatory, albo ogniwa wodorowe, wraz ze zbiornikami z wodorem. Warto w tym miejscu zaznaczyć, że z punktu widzenia układu napędowego pojazd wodorowy to de facto pojazd bateryjny, oczywiście z mniejszą baterią, z zabudowanym modułem wytwarzania energii z ogniw wodorowych. W zależności od wymaganego zasięgu powerpack może mieć różne długości. Konstrukcję mechaniczną mamy więc dobrze dopracowaną. Zastąpienie czterech silników wysokoprężnych ogniwami paliwowymi nadal jest wyzwaniem – ale mimo wszystko jesteśmy o krok dalej niż konkurencja.

Nasze pierwsze zamówienie na pojazd wodorowy otrzymaliśmy w 2019 r. z hrabstwa San Bernardino w Kalifornii. Jest to dwuczłonowy zespół trakcyjny do przewozów regionalnych o dziennym przebiegu 400 km. Jego przygotowywanie wymagało szczególnej ostrożności i trwało odpowiednio długo: we wrześniu 2022 r. mogliśmy zaprezentować go na targach InnoTrans. Eksploatacja pasażerska rozpocznie się po kolejnych dwóch latach, a więc pięć lat od zamówienia – i to mimo tego, że główne elementy (pudło, powerpack, wózki) mieliśmy już praktycznie gotowe. Tyle czasu zajęło zaprojektowanie i zintegrowanie napędu, a następnie uzyskanie koniecznych dopuszczeń. Testy rozpoczęły się w Szwajcarii dopiero w bieżącym roku.

We wrześniu 2022 roku, podczas targów InnoTrans w Berlinie, podpisaliśmy list intencyjny ze stanowym departamentem transportu Kalifornii – Caltrans. Zadeklarował on zakup pięciu wodorowych zespołów trakcyjnych, z opcją na 25 kolejnych. Tym razem chodzi o pojazdy dalekobieżne o zasięgu aż 800 km. Podpisanie umowy końcowej jest uzależnione od spełnienia określonych warunków finansowych.

W lipcu tego roku podpisaliśmy pierwszy kontrakt na dostawę wodorowych pojazdów w Europie: regionalne koleje na Sardynii – ARST oraz w Kalabrii – AdC zamówiły wspólnie po sześć wodorowych Flirtów, które eksploatowane będą na liniach wąskotorowych o szerokości 950 mm. Na marginesie warto wspomnieć, że zakup ten finansowany jest z Piano Nazionale di Ripresa e Resilienza, włoskiego odpowiednika naszego KPO.

Co z infrastrukturą tankowania wodoru?

Jej budowa i eksploatacja są drogie. Trzeba więc ułożyć obiegi tak, by wystarczyła jedna stacja.

Który rodzaj napędu pozwala emitować mniej gazów cieplarnianych?

Austriackie koleje państwowe ÖBB przeprowadziły testy porównawcze krótkich, dwuczłonowych pojazdów z napędem spalinowym, bateryjnym i wodorowym. Z zaprezentowanego w sierpniu 2021 r. podsumowania wynika, że jeśli będziemy ładowali pojazd bateryjny prądem z austriackiego kolejowego systemu energetycznego (średnia emisyjność 248 g CO2/kWh), przejechanie nim jednego kilometra testowej trasy wygeneruje trzy razy mniej CO2 niż przejazd pojazdem z silnikiem spalinowym. Natomiast jazda na wodorze „niezielonym”, uzyskiwanym w procesie elektrolizy, w oparciu o prąd z tej samej sieci, doprowadzi sumarycznie do emisji na jednym kilometrze o ponad 10% większej niż przy napędzie spalinowym! Gdyby taki test przeprowadzono w Niemczech to, uwzględniając średnią emisyjność na poziomie 484 g CO2/kWh dla sieci niemieckiej, wyniki dla pojazdów wodorowych i bateryjnych byłyby odpowiednio gorsze. Przewoźnicy zorientowali się więc, że przy pozyskiwaniu wodoru innego niż „zielony” kluczowe znaczenie ma krajowy miks energetyczny. Im większy udział energii jądrowej lub z odnawialnych źródeł, tym bardziej uzasadnione ekologicznie jest zastosowanie wodoru. Każda kolej musi dokładnie przeanalizować swój system energetyczny i rzetelnie wyliczyć ślad węglowy, uwzględniając rzeczywistą emisyjność swoich źródeł energii. W Polsce taka dyskusja jest jeszcze przed nami.

Wiele zależy jednak od przyjętej metodologii.

Dostępne w Internecie dane renomowanych ośrodków (Europejska Agencja Środowiska, Instytut Fraunhofera czy CER – Community of European Railway and Infrastructure Companies) pokazują, że najmniej emisyjnym środkiem transportu zbiorowego jest kolej. Są to jednak wyliczenia oparte o uśredniony wskaźnik emisyjności z 27 państw Unii Europejskiej. Biorąc pod uwagę dane publikowane przez KOBiZE (Krajowy Ośrodek Bilansowania i Zarządzania Emisjami), wskaźnik emisyjności polskiego systemu energetycznego (powyżej 700 g CO2/kWh za 2021 rok) jest ponadtrzykrotnie większy niż średnia dla EU (ok. 220 g CO2/kWh, w zależności od roku). Oznacza to, że jazda pociągiem elektrycznym w Polsce generuje trzykrotnie więcej dwutlenku węgla niż przejazd porównywalnym pociągiem w Europie. Z punktu widzenia emisji gazów cieplarnianych i ocieplenia klimatu elektryfikowanie kolei przynosi efekty tam, gdzie prąd jest „czysty”. Z tego samego powodu nieuzasadnione jest pozyskiwanie wodoru w oparciu o prąd z elektrowni węglowych. Zmieni się to dopiero wraz ze zmianą proporcji w całym krajowym miksie energetycznym lub wraz z pojawieniem się w systemie trwałego nadmiaru zielonej energii, dla której wodór stanie się jej zasobnikiem. Cały ten proces potrwa dekady. Nie możemy więc ortodoksyjnie podchodzić do źródeł napędu i oczekiwać wprowadzania pojazdów wodorowych tu i teraz.

Jak wyniki wspomnianego testu wpłynęły na politykę taborową samych ÖBB?

W kwietniu 2022 r. koleje austriackie ogłosiły nową strategię inwestycyjną. Przewiduje ona zainwestowanie miliarda euro w energetykę odnawialną: wodną, wiatrową i słoneczną. W 2030 r. wykorzystywany przez koleje austriackie prąd ma być w jeszcze większej części „zielony”. Dodatkowa wielkość energii generowanej przez nowo instalowane OZE ma wynieść 280 GWh. Dopiero wtedy ÖBB przestawi się w większej skali na pojazdy wodorowe. Dziś byłoby to przedwczesne: nie przyniosłoby pożądanego efektu w postaci spadku emisji dwutlenku węgla.

Problem OZE to niestabilność: czasami produkowanej przez nie energii jest za mało, a czasem – za dużo. Jednym z możliwych rozwiązań jest wykorzystanie nadwyżek energii do zasilania elektrolizerów. Właśnie wtedy mogłyby one produkować „zielony” wodór i magazynować go w zbiornikach. Później, w okresie zaniku produkcji, można byłoby zasilać pociągi właśnie tą nadmiarową energią zmagazynowaną w wodorze. Nawet przy niskiej sprawności całego procesu (ok. 25%, licząc od odnawialnego źródła do koła pojazdu) wykorzystanie nadmiaru zielonej energii, której nie możemy rozsądnie skonsumować w okresach szczytowych, opłaci się. Potrzebna jest jednak odpowiednia infrastruktura, której na razie nie ma. Stąd właśnie widoczna na rynku taboru wodorowego faza wyczekiwania.

A jaki jest koszt wprowadzenia pojazdów wodorowych i ich eksploatacji?

Jeden z naszych potencjalnych austriackich klientów – Zillertalbahn – podpisał z nami w maju 2018 r. list intencyjny przewidujący dostawy pięciu pojazdów wodorowych. Trasa pomiędzy Jenbach a Mayrhofen, na której miały one zastąpić tabor spalinowy, liczy 32 km długości, a elektrolizery generujące wodór miały być zasilane z małych, lokalnych elektrowni wodnych. Zgodnie z pierwotnymi zamierzeniami tabor miał zostać dostarczony w 2022 roku. Tymczasem przeprowadzone analizy finansowe wykazały, że po uwzględnieniu wszystkich kosztów inwestycji, kilkudziesięcioletniej eksploatacji i utrzymania tańsza będzie częściowa lub nawet całkowita elektryfikacja tej trasy. W czerwcu 2023 r. względy ochrony krajobrazu (sieć trakcyjna jakoby nie pasuje do idyllicznego obrazu doliny Ziller) tyrolski Landtag pryncypialnie postanowił, że Zillertalbahn jednak będzie pierwszą „linią wodorową”, i zwrócił się do rządu federalnego o dofinansowanie tego przedsięwzięcia. Bez dopłat z budżetu centralnego nie będzie to bowiem możliwe. Na razie austriacki rząd nie wyraził jednak woli dofinansowania – tym bardziej, że kolej państwowa idzie w innym kierunku: najpierw inwestycje w czystą energię, a dopiero potem w pojazdy wodorowe.

Kwestie finansowe ostudziły także wodorowy zapał w Niemczech. W 2020 r. Badenia-Wirtembergia zatwierdziła swoją wodorową mapę drogową (Hydrogen Roadmap), zgodnie z którą ogniwa wodorowe miały być preferowanym źródłem energii wszędzie, gdzie to możliwe – czyli także na wszystkich 14 niezelektryfikowanych regionalnych trasach kolejowych. Opublikowane przez Ministerstwo Transportu landu B-W w październiku 2022 r. wyniki specjalnie zamówionego studium (analiza total cost of ownership, całkowitych kosztów posiadania) wykazały jednak, że przy założeniu 30-letniej eksploatacji na żadnej z tych tras nie jest to finansowo uzasadnione. Dla pięciu odcinków zarekomendowano elektryfikację, dla pozostałych dziewięciu – zastosowanie pojazdów bateryjnych. Zakup i eksploatacja taboru wodorowego to w dzisiejszych warunkach cały czas drogie przedsięwzięcie.

Co wobec tego czeka nas w bliskiej perspektywie na kolei?

Pojazdy z wodorowym ogniwem paliwowym są nie tylko częścią systemu transportowego. Są także częścią systemu energetycznego i zagospodarowują nadmiarową energię z OZE. Wprowadzenie ich na dużą skalę to raczej odległa przyszłość – zbudowanie odpowiedniej infrastruktury energii odnawialnej potrwa lata. Szansą na przyspieszenie wprowadzenia wodoru do transportu są prowadzone obecnie przez kilku producentów prace koncentrujące się na zastąpieniu w silnikach spalania wewnętrznego diesla – wodorem. Ostateczne potwierdzenie, że silnik spalania wewnętrznego może być trwale i bez uszczerbku zasilany wodorem o niższej czystości, otworzy nowe możliwości także w transporcie szynowym. Do tego czasu w Europie przeważać będzie napęd akumulatorowy.

Tekst pochodzi z naszego miesięcznika Rynek Kolejowy. Zachęcamy do prenumeraty!