Czas na wodór w pociągach

Ok. 46% linii kolejowych w Europie jest nadal niezelektryfikowanych. W Polsce ten odsetek jest – przynajmniej na razie – niższy. Polska sieć liczy 19,5 tys. km, z czego ponad 6,6 tys. km pozostaje do dyspozycji wyłącznie pojazdów spalinowych bądź korzystających z napędów alternatywnych, w tym np. z ogniwami paliwowymi na wodór. W ramach realizacji programu Kolej Plus sieć niezelektryfikowanej trakcji docelowo będzie liczyć prawie 9 tys. km. W tym kontekście istotne jest, że do 2030 r. emisja CO2 w transporcie ma zostać zredukowana o 30%, co stanowi wyzwanie zarówno dla producentów, jak i operatorów.

Alternatywą dla pociągów wodorowych są pojazdy akumulatorowo-elektryczne, które mogą jeździć zarówno po liniach zelektryfikowanych, jak i pokonywać odcinki będące do tej pory jedynie w zasięgu pojazdów spalinowych lub hybrydowych. Ich wada to stosunkowo niski zasięg, co wynika z obecnie istniejących ograniczeń technologicznych. W Niemczech przewiduje się, że na odcinkach bez trakcji do 50 km będą wykorzystywane pojazdy elektryczno-bateryjne (BEMU), zaś na dłuższych odcinkach będą to pociągi na wodór (HEMU).

Ceny wodoru i pociągów

Z tego względu pociągi z ogniwami paliwowymi na wodór mogą w niedalekiej przyszłości stać się jednym z głównych rozwiązań zeroemisyjnych na kolei i to zarówno w ruchu regionalnym, jak i dalekobieżnym. Aby tak się stało, wodór musi być dostępny w rozsądnej i przewidywalnej cenie.

Przedstawiciele Alstomu podczas prezentacji Coradii iLint w Żmigrodzie, pierwszego seryjnie produkowanego pociągu na wodór, zapewniali, że już dzisiaj w kontraktach długoterminowych można zapewnić sobie cenę wodoru na poziomie 6 euro za 1 kg. Paradoksalnie to cena taboru, a nie samego wodoru, może okazać się główną barierą. Widać to wyraźnie na przykładzie przetargu na 27 wodorowych pociągów pasażerskich z utrzymaniem i dostawami wodoru w Niemczech. Zamówienie z udziałem dostawcy H2 kosztuje łącznie 500 mln Euro, przy czym udział producenta wodoru wynosi 140 mln Euro. Jak wynika z tego przykładu cena za 1 pojazd wodorowy to aż 13,3 mln Euro, co odpowiada kosztowi zakupu kilku sztuk nowoczesnych EZT-ów.

W tej sytuacji bez dopłat do zakupu pociągów z alternatywnymi napędami, np. na wzór 90% dofinansowania do zakupu autobusów w ramach programu Zielony Transport Publiczny, może brakować chętnych na zakup większych flot taboru wodorowego.

Czy bez dopłat wodór może być tańszy niż diesel?

Czy jednak i bez dopłat pociągi na wodór w perspektywie długoterminowej będą miały uzasadnienie ekonomiczne na dłuższych, niezelektryfikowanych trasach, zwłaszcza o charakterze regionalnym? Ich producent, czyli Alstom, jest przekonany, że tak. W ciągu 30 lat eksploatacji TCO takiego pojazdu ma wynieść 80-90% kwoty dla analogicznego pociągu z silnikiem Diesla i to już przy dzisiejszych cenach wodoru.

Takie wnioski z wyliczeń zostały przedstawione podczas prezentacji Coradii iLint w Żmigrodzie. Jeśli chodzi o koszty eksploatacyjne pociągów na wodór to w zależności od warunków użytkowania co 3-5 lat wymienia się membranę w ogniwie paliwowym, która ma wystarczyć na cały okres eksploatacji pojazdu (30 lat). Dodatkowo co 9-10 lat należy wymienić baterię służącą do magazynowania nadmiaru energii.

Skalowalność transportu wodorowego

Przy deklarowanym przez francuskiego producenta zasięgu 1000 km Coradii iLint i wykorzystaniu w liniach regionalnych lub aglomeracyjnych oznacza to konieczność uzupełnienia wodoru co kilka dni. W pierwszych latach eksploatacji powinno to znacząco uprościć logistykę dostaw, która może odbywać się za pomocą bateriowozów do momentu wybudowania stacji tankowania

Uzupełnienie zbiornika w Coradii iLint trwa zaledwie 20 minut, a skład może poruszać się z maksymalną prędkością do 140 km/h oraz zabrać na pokład 300 pasażerów. Na uwagę zasługuje bardzo niski poziom hałasu – przy dojeżdżaniu i ruszaniu ze stacji pojazd w przeciwieństwie do spalinowych odpowiedników, jest bardzo cichy. Elektryczny silnik zasilany wytwarzaną na pokładzie energią elektryczną zapewnia płynne przyspieszenie. Zainstalowana w pociągu bateria magazynuje nadwyżki pochodzące z ogniwa oraz doładowuje się dzięki odzyskowi energii przy rekuperacji.

Podczas prezentacji Coradii iLint można było również zapoznać się z Toyotą Mirai nowej generacji, czyli samochodem osobowym wyposażonym w ogniwa paliwowe. Wodór w transporcie zapewnia dużą skalowalność rozwiązań – od transportu indywidualnego (samochód na kilka osób) aż po transport zbiorowy (pociąg zabierający kilkaset osób). Ponadto wodór może być szeroko zastosowany w przemyśle, ciepłownictwie oraz energetyce.

Pesa gotowa na wodór

Nad napędami wodorowymi pracuje też Pesa. We współpracy z PKN Orlen przygotowywany jest projekt lokomotywy manewrowej zasilanej wyłącznie z ogniw wodorowych. Budowa prototypu jest zaawansowana, jej premierę zaplanowano na wrześniowych Targach Trako, a już w przyszłym roku jednostka ma zostać wprowadzona do eksploatacji na terenie rafinerii w Płocku. Jej system napędu będą tworzyć cztery silniki asynchroniczne o mocy znamionowej 4x180 kW, dwa falowniki trakcyjne z przetwornicą pomocniczą oraz bateria trakcyjna w technologii LTO wraz z dwoma zestawami ogniw wodorowych.

Doświadczenie zebrane przy okazji tego projektu ma zaprocentować przy implementacji napędów wodorowych do pojazdów pasażerskich. Pierwszy pasażerski pojazd Pesa ma mieć możliwość zasilania z dwu źródeł - sieci trakcyjnej i ogniw wodorowych. Spółka planuje rozwój tej rodziny pociągów również w oparciu o koncepcję hydrogen ready. Zakłada ona, że przy przeglądzie na poziomie P4 cały zespół napędowy może zostać wymieniony ze spalinowego na wodorowy. To rozwiązanie, jeśli tylko będzie wykonalne technicznie i opłacalne ekonomicznie, może być ciekawe dla operatorów, którzy nie chcą jeszcze przestawiać się na wodór, ale ze względu na długi okres użytkowania taboru, zostawią sobie furtkę do płynnego przejścia na nowe paliwo bez konieczności wymiany floty.