Analizy

Wodór napędzi kolej?

Pociąg wodorowy Coradia iLint wozi już pasażerów w Niemczech, a testy na trasie ma przejść w Holandii. Brytyjskie pociągi po modernizacji mają spalać tylko wodór. W Polsce trwają prace badawczo-rozwojowe nad wodorowymi lokomotywami, które pociągną składy towarowe. Czy to alternatywne paliwo pozwoli zmienić transport kolejowy na zeroemisyjny?

Wyprodukowany przez Alstom zespół trakcyjny to pierwszy całkowicie bezemisyjny pociąg pasażerski. W jego ogniwach paliwowych wodór przekształcany jest w energię elektryczną, a produkt uboczny to woda, skroplona i pod postacią pary. Energia powstała podczas procesu hamowania magazynowana jest w akumulatorach. W ogniwach paliwowych wodór charakteryzuje się wysoką sprawnością spalania, brakiem wibracji i co szczególnie ważne niskim poziomem emisji hałasu. Za ten projekt spółka otrzymała w 2018 r. międzynarodową nagrodę GreenTec w kategorii Mobilność. Wyróżnienie to premiuje produkty, działania i osoby, wyróżniające się w kwestii ochrony środowiska. Innowacyjny pociąg posiada podobne parametry, jak jego spalinowy odpowiednik Coradia Lint, mianowicie na jednym tankowaniu może przejechać do 1000 km, a jego prędkość maksymalna to 140 km/h.

Dwa przedseryjne wodorowe zespoły trakcyjne Alstoma od września 2018 r. regularnie wożą pasażerów w Dolnej Saksonii, docelowo do 2021 r. ma tam trafić 14 pociągów Coradia iLint. O wyborze wodoru jako paliowa napędzającego kolej, pomyślano także w innych niemieckich krajach związkowych – w Zagłębiu Ruhry 27, a w Bawarii 41, takich pociągów ma rozpocząć pracę od 2022 r. We Francji 15 pociągów regionalnych Coradia iLint będzie woziło pasażerów od 2022 roku, a narodowy przewoźnik SNCF nie wyklucza, że już za 15 lat na rzecz wodoru zrezygnuje całkowicie z pociągów o napędzie diesla. Stosowne umowy podpisane przez kontrahentów poza pociągami obejmują także kwestie konserwacji i dostaw wodoru.
Natomiast w Holandii w pierwszej połowie 2020 r. odbędą się dwutygodniowe testy jeżdżącego już na niemieckich torach pociągu wodorowego. Kwestie proekologiczne są oczywiste, dodatkowo jego wykorzystanie w Holandii jest alternatywą dla elektryfikacji 1000 km linii kolejowych.

Całkowicie bezemisyjna technologia wzbudziła zainteresowanie także w Wielkiej Brytanii, gdzie w 2022 r. mają pojawić się wodorowe pociągi Breeze. Nie będą powstawały od zera, ale na bazie dotychczas używanych elektrycznych zespołów trakcyjnych klasy 321, które staną się zeroemisyjne. Lokomotywy mają zostać wyposażone w wodorowe generatory energii. Takie zastosowanie pozwala spalać wodór o niższej czystości niż ten potrzebny do zasilania ogniw paliwowych. Różnica jest taka, że podczas spalania wytwarzane jest ciepło, które w silniku spalinowym zmieniane jest w energię mechaniczną, natomiast w przypadku ogniw paliwowych, produkowana jest energia elektrochemiczna. Jest to wspólne przedsięwzięcie Alstom i właściciela taboru w Wielkiej Brytanii, spółki Eversholt Rail. Brytyjczycy podobnie jak Niemcy, w celu redukcji emisji CO2 postanowili całkowicie wyeliminować tabor z napędem diesla, wyznaczając sobie termin przejścia na rok 2040.

W Polsce wodór jako alternatywne paliwo i sposób na dywersyfikację źródeł zasilania na kolei, dotychczas rozważano jedynie w sferze transportu towarowego. We wrześniu 2018 r. przedstawiciele Grupy Lotos, spółki Lotos Lab i Politechniki Warszawskiej, podpisali porozumienie i umowę ramową dotyczącą współpracy badawczo-rozwojowej. W wyniku wspólnych prac nad ogniwami jonowymi i wodorowymi mają powstać dwie prototypowe lokomotywy manewrowe o napędzie hybrydowym. Obok napędu elektrycznego z baterii litowo-jonowej będą wyposażone w napęd alternatywny, pierwsza spalinowy, a druga wodorowy. Uczelnia udostępnia swoje laboratoria i zaplecze naukowe pięciu wydziałów, natomiast spółki Lotos wnoszą wsparcie w postaci niezbędnego do prac sprzętu, technologii oraz licencji. Realizacja przedsięwzięcia przewidziana jest do roku 2022, czyli zgodne z przyjętą strategią Grupy Lotos. W jej ramach pod koniec 2018 r. ruszył projekt „Pure H2” współfinansowany z unijnego instrumentu „Łącząc Europę” (CEF). Projekt zakłada budowę instalacji do oczyszczania i dystrybucji wodoru. Gotowy produkt ma być wysokiej czystości (99,999%), która jest niezbędna do zasilania ogniw wodorowych napędzających silniki elektryczne. Choć obecnie Lotos produkuje wodór, który jest potrzebny do przerobu ciężkich pozostałości ropy i odsiarczania paliw, nie ma on jednak takich parametrów. Ponadto projekt zakłada budowę dwóch punktów tankowania wodoru w Gdańsku i Warszawie. Jego wartość wynosi 10 mln euro, a realizacja przewidziana jest do 2021 r.

W sierpniu 2019 r. w Urzędzie Transportu Kolejowego odbyło się spotkanie, które dotyczyło możliwości wykorzystania wodoru jako paliwa w polskim transporcie kolejowym. Wzięli w nim udział m.in. producenci pojazdów kolejowych: H.Cegielski – Fabryka Pojazdów Szynowych i Alstom Konstal; producent wodoru JSW Innowacje S.A. oraz PKP Cargo S.A. Do konieczności nawiązania współpracy wielosektorowej, przy pracach badawczo-rozwojowym nad wykorzystaniem technologii wodorowej odniósł się Prezes Urzędu Transportu Kolejowego, dr inż. Ignacy Góra, który powiedział, że – powinniśmy w Polsce uruchomić pilotażowy projekt, który obejmie przynajmniej trzy podmioty: producenta wodoru, producenta taboru i przewoźnika kolejowego, który będzie wykorzystywał napędzany wodorem pojazd. Taki projekt pozwoli na kompletne przetestowanie napędu w praktyce i powinien przyczynić się do popularyzacji nowoczesnych i ekologicznych rozwiązań.

Lokomotywy wodorowe są też w planach PKP Cargo. W listopadzie 2018 r. podczas Kongresu 590 w Jesionce koło Rzeszowa, spółka podpisała list intencyjny z Fabryką Pojazdów Szynowych H. Cegielski i Jastrzębską Spółką Węglową, który dotyczył komercyjnego wykorzystania wodoru w transporcie kolejowym. Poza kwestiami proekologicznymi, włączenie do taboru największego przewoźnika towarowego w kraju lokomotyw z takim alternatywnym napędem, może przysporzyć sporych oszczędności. Choć nie podano konkretnych ram czasowych, oddanie prototypu innowacyjnej lokomotywy wodorowej szacuje się na co najmniej trzy lata. Dostawcą paliwa ma być JSW, która zamierza pozyskiwać wodór z gazu koksowniczego, który jest produktem ubocznym w procesie koksowania węgla. Spółka podczas produkcji wytwarza ogromne ilości wodoru, jednak niezbędna jest odpowiednia instalacja do jego oddzielania, która musi zostać zbudowana. Ponadto JSW zamierza budować ogniwa wodorowe i w tym celu stworzyć specjalny zakład na terenie byłej kopalni Krupiński w Suszcu.

W Polsce wodór jako alternatywne paliwo i sposób na dywersyfikację źródeł zasilania na kolei, dotychczas rozważano jedynie w sferze transportu towarowego.

 

Przełom w podejściu do napędu wodorowego na kolei, o którym zaczęto mówić również w kontekście przewozów pasażerskich, nastąpił 12 grudnia 2019 r. Tego dnia PKN ORLEN i Pesa Bydgoszcz podpisały list intencyjny, który dotyczy współpracy na rzecz rozwoju zeroemisyjnego transportu towarowego. Ogniwa wodorowe jako alternatywne źródło energii sprawdzają się na długich trasach, gdzie kursują składy towarowe, ponieważ są lżejsze od baterii do napędu elektrycznego. Projekt zakłada, że technologia ta ma być wykorzystana zarówno w lokomotywach towarowych, jak i do budowy całkowicie bezemisyjnych zespołów trakcyjnych przeznaczonych do przewozu osób. Polski Koncern Naftowy podjął już decyzję o budowie instalacji do doczyszczania wodoru, która powstanie w zakładzie w Trzebini, należącym do spółki ORLEN Południe. Rozpoczęcie produkcji czystego paliwa wodorowego planowane jest w 2021 roku.

Zainteresowanie wodorem cały czas rośnie. Z uwagi na plany osiągnięcia przez Unię Europejską statusu gospodarki neutralnej dla klimatu, już za 30 lat, ten surowiec może okazać się kluczowy w najbliższej przyszłości. Napęd wodorowy jest także konkurencyjny w stosunku do pojazdów wyposażonych w akumulatory litowo-jonowe, ponieważ kwestia ich utylizacji po zakończeniu użytkowania, jest cały czas problematyczna. Temat tego przyszłościowego paliwa integruje wiele środowisk. Warto tu wspomnieć o działalności Klastra Technologii Wodorowych i Czystych Technologii Energetycznych. Pod jego patronatem od 2017 r. prowadzone są projekty badawczo-rozwojowe i inwestycyjne.

Choć technologia wykorzystania wodoru w polskich pojazdach szynowych cały czas jest opracowywana, to technologia jego wytwarzania na przemysłową skalę lada chwila może zostać wdrożona. Dotychczas problem w procesie produkcji wodoru, stanowiła jej wielka energochłonność. Tymczasem, coraz częściej mówi się o wykorzystaniu energii elektrycznej wytworzonej przez farmy wiatrowe. Wówczas niezbędna w procesie elektrolizy, czyli rozkładu wody na tlen i wodór, energia eteryczna pochodziłaby z odnawialnego źródła, a to stanowiłoby dodatkowy atut tego surowca. Taki rozwój wypadków może doprowadzić do znaczącego spadku ceny oczyszczonego wodoru, co cały czas jest kluczowym czynnikiem przemawiającym o praktycznym wykorzystaniu zielonej energii w ujęciu komercyjnym.