Choć kolej już dziś nazywana jest najbardziej ekologicznym środkiem transportu, do osiągnięcia pełnej dekarbonizacji nadal daleka droga. Szansy należy upatrywać w dalszym rozwoju pociągów na wodór. Dlaczego? Ponieważ stanowią zeroemisyjną alternatywę, która może być eksploatowana na wszystkich już dziś istniejących trasach, także tych niezelektryfikowanych. Czy pierwsza na świecie kolej wodorowa w najbliższych latach zastąpi lokomotywy na paliwa konwencjonalne?
Wykorzystanie technologii wodorowych ogniw paliwowych w transporcie kolejowym w najbliższych latach może się przyczynić do całkowitego odejścia od eksploatacji lokomotyw spalinowych. Kolej już dziś uznawana jest za jeden z najbardziej ekologicznych środków transportu, przede wszystkim ze względu na zintensyfikowaną elektryfikację tego sektora na świecie w ostatnich dekadach. W Polsce proces ten najsilniej rozwijał się na przestrzeni pięćdziesięciu lat, od 1946 od 1995 r., a najwyższe tempo notował w II połowie lat 80. Jednak nagłe wstrzymanie prac w tym zakresie na ponad dwadzieścia lat spowodowało, że nadal jeszcze około 36% wszystkich tras kolejowych w Polsce nie zostało zelektryfikowane[1]. Według ekspertów przyczynia się to do powstawania tzw. „wąskich gardeł” w przypadku niektórych ciągów przewozowych, na których wykorzystanie kolei elektrycznej jako alternatywy dla pociągów z silnikami diesla nie jest możliwe. Mimo, że Polska jest krajem o stosunkowo wysokim stopniu zelektryfikowania kolei względem pozostałych państw w Europie (ponad 60% wszystkich tras), a w ostatnich latach na nowo podejmowane są projekty w tym zakresie, do celu nadal jest daleko. Przede wszystkim ze względu na wysokie koszty i konieczność budowy skomplikowanej infrastruktury. Należy także pamiętać, że o kolei elektrycznej trudno mówić jako o całkowicie zeroemisyjnym rozwiązaniu. Jeśli chcemy więc dążyć do osiągnięcia neutralności klimatycznej zgodnie z celami unijnymi, konieczne jest poszukiwanie nowych, innowacyjnych rozwiązań.
Lokomotywy na wodór
Rozwój wodorowych pojazdów trakcyjnych to obecnie największa szansa dla pełnej dekarbonizacji sektora. Stanowią one doskonałe rozwiązanie, gdyż są całkowicie zeroemisyjną alternatywą, która może być eksploatowana na wszystkich już istniejących trasach, także tych niezelektryfikowanych oraz bocznicach. Analizy ekspertów wskazują na ogromny potencjał ich zastosowania oraz atrakcyjność środowiskową, a nawet ekonomiczną przy założeniu, że koszty produkcji i dystrybucji wodoru (w szczególności zielonego) w perspektywie najbliższych lat znacząco zmaleją. Jest to alternatywa warta rozważenia także ze względu na dynamicznie rosnące ceny oleju napędowego, węgla oraz energii elektrycznej, której koszty tylko na przestrzeni ostatnich tygodni wykazują najwyższy wskaźnik wzrostu od lat. Prace nad konstrukcją pierwszych lokomotyw wodorowych rozpoczęto w 2002 r. w Stanach Zjednoczonych, a terminu „hydrail” (kolej wodorowa) pierwszy raz użyto zaledwie rok później, w sierpniu 2003 r., podczas konferencji zorganizowanej przez Departament Transportu USA. Początkowo prace nad projektami w tym zakresie prowadzone były głównie w Stanach i Japonii. W ostatnich latach obserwujemy jednak dynamiczny wzrost ich liczby w Europie, a wszystko za sprawą pociągu Coradia iLint.
Pociąg wodorowy – Coradia iLint
To pierwszy na świecie wodorowy pociąg pasażerski. Skonstruowany został przez firmę Alstom i po raz pierwszy zaprezentowany w 2016 r. na targach InnoTrans w Berlinie. Opracowanie regionalnego pociągu, który odznacza się całkowitą zeroemisyjnością stało się prawdziwym przełomem w myśleniu o wykorzystaniu technologii ogniw paliwowych w kolejowym transporcie publicznym i otworzyło drogę dla jego dalszego rozwoju. Jak podaje firma Alstom, Coradia iLint została zaprojektowana przez zespoły w Niemczech oraz Francji, a jej powstanie współfinansowane było przez niemiecki rząd w ramach Narodowego Programu Innowacji w zakresie Technologii Wodoru i Ogniw Paliwowych. Przeznaczono na nie wówczas ok. 8 mln EUR.
Projekt bazuje na flagowym pociągu firmy – Coradia Lint 54 z silnikiem wysokoprężnym. Wodorowa Coradia to niskopodłogowy pociąg pasażerski, który według Alstom ma łączyć w sobie innowacje w zakresie konwersji czystej energii, jej elastycznego magazynowania w akumulatorach oraz inteligentnego zarządzania mocą trakcyjną i dostępną energią.
Konstrukcja pociągu zakłada umiejscowienie zestawu ogniw paliwowych oraz zbiornika na paliwo wodorowe na jego dachu. Dolna część z kolei wyposażona została w silnik trakcyjny, falownik, przetwornicę (AC/DC i DC/DC), przetwornicę pomocniczą, a także zestaw akumulatorów. W ten sposób, dzięki reakcji zmagazynowanego wodoru z tlenem w ogniwach paliwowych powstaje energia elektryczna, która następnie przekazywana jest do napędu trakcyjnego. Nadmiar energii pochodzący z produkcji lub powstały w trakcie hamowania jest magazynowany w akumulatorach litowo-jonowych, a następnie wykorzystywany w czasie przyspieszania pociągu.
Coradia iLint umożliwia osiągnięcie zasiegu 1000 km przy maksymalnej prędkości 140 km/h, a jednorazowo może się nią poruszać do 300 pasażerów (150 siedzących oraz 150 stojących). Najważniejszymi zaletami pociągu są niski poziom hałasu i to, że jedynymi produktami ubocznymi generowanymi w trakcie pracy napędu są para wodna i woda.
Pierwsze testy przejazdu Coradii iLint przeprowadzono w 2017 r., a zaledwie rok później miało miejsce pilotażowe wprowadzenie pociągu na trasę pasażerską w Dolnej Saksonii. Od tego czasu Coradia iLint została zaprezentowana w kolejnych miastach w Niemczech oraz pozostałych państwach europejskich, m.in. w Austrii (wrzesień 2020 r.) oraz Szwecji (sierpień 2021 r.). Oficjalny debiut wodorowego pociągu Alstom w Polsce miał miejsce 23 czerwca 2021 r. na torze testowym Insytutu Kolejnictwa w Żmigrodzie pod Wrocławiem, gdzie przez dwa dni był testowany i prezentowany polskim interesariuszom.
Kolej wodorowa na rosyjskim Sachalinie
Rosnąca potrzeba wykorzystania wodoru w transporcie kolejowym widoczna jest także w Rosji, gdzie zaowocała niezwykle ciekawym projektem. Na początku września 2021 r. podczas Wschodniego Ekonomicznego Forum we Władywostoku podpisane zostało zatwierdzenie budowy pierwszej kolei wodorowej w tym kraju. Projekt ma być rozwijany w najbliższych latach na wyspie Sachalin u wybrzeży Rosji.
W porozumieniu biorą udział Koleje Rosyjskie (RŻD) i rząd obwodu sachalińskiego, a dostarczeniem technologii mają się zająć Rosatom oraz Transmaszholding (TMH). Pierwszy z nich, będący korporacją zrzeszającą przedsiębiorstwa i instytucje w obszarze energetyki jądrowej według zapowiedzi odpowiadać będzie za dostarczenie infrastruktury do produkcji i dystrybucji wodoru. TMH z kolei zaprojektuje i wyprodukuje przedseryjną partię siedmiu pociągów towarowych, a w niedługiej przyszłości także pasażerskich.
To nie jedyny projekt związany z rozwojem kolei wodorowej w Rosji ogłoszony w ostatnim czasie. Już pod koniec maja tego roku Koleje Rosyjskie poinformowały o nawiązaniu współpracy z francuskim SNCF w celu opracowania pociągu wodorowego. Według doniesień, przygotowany harmonogram prac rozwojowych zatwierdzili Siergiej Kobzev z-ca dyrektora generalnego Kolei Rosyjskich oraz Pierre Izard dyrektor ds. technologii, innowacji i projektów grupowych w SNCF.
W ciągu najbliższych trzech lat przedsiębiorstwa będą współpracować w obszarze projektowania, utrzymania i certyfikacji powstających taborów towarowego i pasażerskiego. Najważniejszym celem współpracy ma być bezpieczeństwo stworzenia i zastosowania nowych technologii wodorowych w transporcie kolejowym, które według planów przyczynią się do osiągnięcia planowanych redukcji emisji w rosyjskiej gospodarce.
[1] A. Massel Potrzeby w zakresie elektryfikacji linii kolejowych w Polsce, Warszawa 2017 r.
