Kolej, najbardziej ekologiczny transport

Materiał informacyjny Krakowskich Zakładów Automatyki S.A.
Udostępnij:

Transport jest jednym z największych emitentów gazów cieplarnianych i innych szkodliwych substancji. Miliony litrów oleju napędowego, paliwa lotniczego i paliw okrętowych wytwarzają potężne ilości spalin wyrzucanych w powietrze. Kolejne wersje norm emisji nakładają coraz większe ograniczenia na producentów silników, ale efekt ich działania jest odroczony w czasie. Nie jest możliwe szybkie wycofanie z eksploatacji pojazdów, które wyprodukowano przed laty, kiedy o normach emisji spalin nikt nie myślał poważnie.
Andrzej Domka

Na tym tle kolej jawi się jako niemal idealne rozwiązanie większości problemów. Trakcja elektryczna rozwiązuje problem emisji szkodliwych substancji do atmosfery. Pozostają co prawda inne rodzaje zanieczyszczeń, jak pył z klocków hamulcowych, wycieki olejów i innych środków smarnych, emisja hałasu, i w tych obszarach poszukuje się sposobów ich ograniczenia.

Skazy na obrazie

Niemal idealną wizję transportu kolejowego zakłóca kilka skaz natury systemowej. Trakcja elektryczna jest czysta ekologicznie w takim stopniu, w jakim czyste są zasilające ją źródła energii. W krajach, w których większość albo cała energia jest pozyskiwana ze źródeł odnawialnych (wiatr, energia słoneczna), ewentualnie emitujących minimalne ilości zanieczyszczeń (elektrownie jądrowe), można uznać elektrowozy i elektryczne zespoły trakcyjne za ideał transportu.

W polskich warunkach sytuacja nie przedstawia się tak optymistycznie. Trakcyjna energia elektryczna jest wytwarzana w elektrowniach spalających węgiel, w najlepszym wypadku gaz ziemny. Źródła odnawialne cieszą się coraz większą popularnością, ale ich udział wciąż jest daleko niewystarczający. W takiej sytuacji lokomotywy elektryczne nie emitują spalin w miejscu, w którym pracują, ale pobierając energię z sieci trakcyjnej, zwiększają obciążenie elektrowni, a tym samym emisję zanieczyszczeń pochodzących ze spalania paliw.

Pozostaje jeszcze kwestia prowadzenia pociągów po liniach niezelektryfikowanych. Jest ich niemało, zarówno w Polsce, jak i w innych krajach na świecie. Na obszarze naszego kraju elektrycznej sieci trakcyjnej nie ma na ok. 38% długości linii kolejowych. Najdłuższym niezelektryfikowanym odcinkiem jest Linia Hutnicza Szerokotorowa. Ten wynik i tak jest lepszy, niż średnia europejska, która wynosi ok. 50% linii zelektryfikowanej.
Liderami elektryfikacji są koleje w Belgii, Holandii i Luksemburgu.

Kolej, najbardziej ekologiczny transport

Nowatorskie rozwiązania

Podobnie jak w przypadku innych rodzajów transportu, na kolei rozważa się wykorzystanie lokomotyw wyposażanych we własne źródła energii elektrycznej. Pierwszym rozwiązaniem branym pod uwagę są akumulatory, już dzisiaj wykorzystywane do gromadzenia energii w ilości umożliwiającej pokonywanie krótkich odcinków niezelektryfikowanych pomiędzy liniami wyposażonymi w trakcję elektryczną. Rosnąca popularność tego rodzaju zasilania samochodów elektrycznych nie oznacza jednak, że rozwiązuje ono problemy typowe również dla transportu kolejowego, zwłaszcza towarowego.

Ograniczenia są podobne, ale ich skala jest na kolei znacznie większa. Ilość energii elektrycznej potrzebnej do napędzania ciężkich lokomotyw prowadzących pociągi jest tak duża, że akumulatory konieczne do pokonania dłuższych, kilkusetkilometrowych odcinków miałyby bardzo długi czas ładowania, dużą masę i objętość. Co prawda na kolei można te ograniczenia obejść łatwiej niż gdzie indziej, sprzyja temu większy rozmiar pojazdów oraz mniejsza uciążliwość wymiany akumulatorów nienaładowanych na naładowane.

Obiecującą technologią, nie tylko dla kolei, jest zasilanie pojazdów wodorem. W tego typu pojazdach napęd jest elektryczny, natomiast zmienia się sposób magazynowania energii. Zamiast pobierać energię elektryczną z akumulatorów, produkuje się ją w ogniwach paliwowych zasilanych wodorem. Proces jest wydajny, dobrze poznany, sprawność ogniw wodorowych wynosi ok. 50%, co oznacza, że połowa energii uzyskanej podczas reakcji katalitycznej jest zamieniana na energię elektryczną. Druga połowa zamienia się w ciepło, które w pewnych sytuacjach również można wykorzystać. Jedynymi produktami reakcji chemicznych zachodzących w ogniwie paliwowym są: skondensowana woda, para wodna oraz ciepło.

Pierwszy na świecie pociąg pasażerski zasilany w energię elektryczną produkowaną przez ogniwa wodorowe wyprodukowała firma Alstom. Coradia iLint został zademonstrowany na targach InnoTrans w Berlinie w 2016 roku. Od roku 2018 jest eksploatowany komercyjnie w Niemczech. Firma Alstom otrzymała pewną ilość zamówień na tego typu lokomotywy z Włoch, Francji i Austrii.

W 2021 roku miały miejsce dwie światowe premiery lokomotyw zasilanych ogniwami wodorowymi. W czerwcu zademonstrowano w Chinach lokomotywę, która według zapewnień konstruktorów może prowadzić pociągi o masie do 8000 t. Maksymalna prędkość jazdy wynosi 100 km/h, czas pracy przy całkowicie wypełnionych zbiornikach wodoru sięga 24,5 godziny. Co ciekawe, inne źródła chińskie podają mniejsze wartości, odpowiednio 80 km/h i 5000 t. Ogniwa paliwowe mają dostarczać moc na poziomie 400 kW (według innych źródeł 700 kW), ich czas życia jest szacowany na 20 tys. godzin pracy. Całkowita moc lokomotywy ma wynosić 1400 kW.

Napęd lokomotywy jest hybrydowy, w zależności od wersji może być zbudowany w oparciu o ogniwa paliwowe i silnik wysokoprężny albo zestaw akumulatorów. Lokomotywa jest przeznaczona do pracy w kopalniach, dużych zakładach przemysłowych lub stacjach towarowych.

Polska odpowiedź

Od pewnego czasu bydgoska Pesa informowała o pracach nad lokomotywą zasilaną z wodorowych ogniw paliwowych. Premiera pojazdu miała miejsce podczas tegorocznych targów TRAKO i wywołała sporą sensację.
Bazą dla konstruktorów była popularna lokomotywa manewrowa SM 42, która po modyfikacji nosi oznaczenie SM 42 6Dn. Zmiany dotyczą trzech aspektów konstrukcji. Najważniejszym jest zabudowanie instalacji do przechowywania wodoru oraz ogniw paliwowych i przetwornic.

Lokomotywa jest napędzana czterema silnikami asynchronicznymi o mocy 180 kW każdy. Prąd elektryczny jest wytwarzany przez dwa ogniwa paliwowe produkcji firmy Ballard. Każde z nich ma moc 85 kW. Wodór, który pełni rolę paliwa, jest przechowywany w dwóch pakietach, po 16 cylindrycznych zbiorników w każdym. Ciśnienie robocze zbiorników wynosi 350 bar. Przy temperaturze otoczenia 15°C odpowiada to zatankowaniu 175 kg wodoru. Po redukcji ciśnienia wodór jest dostarczany do ogniw paliwowych pod ciśnieniem 8 bar.

Drugim źródłem energii są akumulatory wykonane w technologii LTO o łącznej pojemności 167 kWh. Zostały one podzielone na 6 pakietów posiadających wspólny układ chłodzenia.

Dwie kolejne modyfikacje to:
•gruntowna przebudowa pudła lokomotywy, które jest teraz szersze (zlikwidowano boczne pomosty); obecnie posiada prostą, elegancką bryłę odpowiadającą nowoczesnym trendom w projektowaniu przemysłowym,
•zabudowanie nowoczesnego układu sterowania z detekcją przeszkód umożliwiającego maszyniście sterowanie lokomotywą z zewnątrz, przy pomocy przenośnego pulpitu. Jest to bardzo wygodne i bezpieczne rozwiązanie, szczególnie podczas pracy manewrowej.

W finansowaniu projektu uczestniczył PKN Orlen i Orlen Koltrans. Lokomotywa, po testach fabrycznych, będzie pracowała w płockiej rafinerii Orlenu.

Przyszłość

Lokomotywy zasilane wodorem mogą rozwiązać wiele problemów współczesnego transportu kolejowego. Wszystko wskazuje na to, że ta technologia będzie intensywnie rozwijana. Budowa coraz doskonalszych pojazdów to tylko jeden z aspektów prac nad technologią. Druga strona medalu to projektowanie, produkcja i zabudowa instalacji do produkcji, przechowywania, sprężania i tankowania wodoru. To pozornie proste zadanie wymaga wielu badań i prób, ponieważ wodór jest wymagającym gazem.

Dołącz do nas na Facebooku!

Publikujemy najciekawsze artykuły, wydarzenia i konkursy. Jesteśmy tam gdzie nasi czytelnicy!

Polub nas na Facebooku!

Dołącz do nas na Twitterze!

Codziennie informujemy o ciekawostkach i aktualnych wydarzeniach.

Obserwuj nas na Twiterze!

Kontakt z redakcją

Byłeś świadkiem ważnego zdarzenia? Widziałeś coś interesującego? Zrobiłeś ciekawe zdjęcie lub wideo?

Napisz do nas!

Materiał oryginalny: Kolej, najbardziej ekologiczny transport - Gazeta Wrocławska

Przejdź na stronę główną Echo Dnia Świętokrzyskie
Dodaj ogłoszenie