S PERONA je izgledao kao i bilo koji drugi britanski putnički vlak. No, dok se nekoliko stotina putnika ukrcavalo u čelične vagone u Long Marstonu, dočekao ih je neobičan prizor. U jednom od vagona putnike su potaknuli da se prošeću oko četiri spremnika s vodikovim gorivom, gorivih ćelija i dvije litijske baterije. Sustav vodikovog pogona proizvodi dovoljno snage da vlak prijeđe 80 do 120 kilometara. Vlak nazvan Hydroflex prvi je u Velikoj Britaniji s vodikovim pogonom. U javnosti je prvi put prikazan u lipnju 2019. godine na poligonu Quinton Rail Technology Centra u Long Marstonu blizu Stratford-upon-Avona u Engleskoj, piše BBC.
Inženjeri Sveučilišta Birmingham i britanske željezničke kompanije Porterbrook, koji su osmislili novi vlak, željeli su da putnici sjede pored ćelija s vodikovim gorivom. Što je prije upoznaju s novom tehnologijom, prije će se osjećati sigurnima, zaključili su inženjeri.
Jesmo li korak bliže vlakovima koji kao otpad ispuštaju samo gorivo?
Određeni zazor oko vodika kao goriva možda je razumljiv zbog nesretne povijesti cepelina na vodikov pogon kao što su britanski R101 i njemački Hindenburg. No, vlakovi na vodikov pogon pokazali su se kao održivo i bitno sigurnije prijevozno sredstvo. Znači li to da smo korak bliže vlakovima koji kao otpad ispuštaju samo gorivo, pita se BBC.
Način na koji vodik pokreće vlak kao što je Hydroflex vrlo je jednostavan. Goriva ćelija sastoji se od anode, katode i elektrolitne membrane. Pohranjeni vodik prolazi kroz anodu, gdje se dijeli na elektrone i protone. Elektroni se potom probijaju kroz krug koji generira električni naboj i može se pohraniti u litijskim baterijama ili poslati izravno u elektromotor vlaka. Ostatak vodikove molekule reagira s kisikom u katodi i postaje otpadni proizvod – voda.
Hydroflexovi vodikovi spremnici, gorive ćelije i baterije nalaze se u putničkom vagonu, ali konačni je plan smjestiti ih ispod vlaka kako bi se napravilo mjesta za više putnika. Vodik je, naravno, vrlo zapaljiv pa je na Hydroflexu smješten u četiri sigurna visokotlačna spremnika, što je jedna od sigurnosnih mjera za putnike, napominje BBC.
Usred klimatske krize potražnja za dekarbonizacijom u transportnoj industriji raste i Hydroflex je samo jedna posljedica toga. U Njemačkoj je 2016. godine predstavljen Coradia iLint, prvi vlak na vodikov pogon na svijetu, koji je s jednim spremnikom goriva mogao prijeći 1000 kilometara, što je ravno tradicionalnim vlakovima na dizelski pogon.
I Amerikanci rade na svojoj verziji
Američki inženjeri također rade na svojoj verziji "vodikove željeznice". Međutim, s obzirom na to da je željeznica ionako među najnižim emiterima stakleničkih plinova u prometu, BBC smatra da ostaje vidjeti hoće li sveobuhvatna promjena željezničkog sustava biti isplativa.
U Velikoj Britaniji ionako je 42 posto željezničke mreže elektrificirano, što znači da su te trase karbonski neutralne ako koriste obnovljive izvore energije. Jedna linija iz Hampshirea do Londona trenutačno je jedina na svijetu na sunčev pogon. Međutim, preostalih 58 posto britanskih željezničkih linija još nije elektrificirano pa su na njima i dalje neophodni dizelski vlakovi.
Inženjeri koji rade na Hydroflexu kažu kako vodikovi vlakovi mogu biti odgovor za dekarbonizaciju britanskog željezničkog sustava bez velikih troškova elektrifikacije linija. Prema procjeni 20 linija u Velikoj Britaniji i kontinentalnoj Europi, nastavlja BBC, elektrifikacija jednog kilometra željezničke mreže košta 750.000 do milijun funti. Vlakovi na vodikov pogon jeftiniji su zato što ne zahtijevaju sveobuhvatni remont pruga, dovoljno je preraditi postojeće dizelske vlakove. Posebno je to korisno u ruralnim područjima, u kojima treba pokriti dodatne kilometre, a putnika je relativno malo da bi trošak bio opravdan.
I ti vlakovi imaju svoje izazove
No, BBC ističe kako i vodikovi vlakovi imaju svoje izazove.
"U spremnicima je oko 20 kg vodika i to je dovoljno goriva za tri sata punjenja ćelije", rekao je za BBC Stuart Hillmansen, profesor na Sveučilištu Birmingham i vođa projekta Hydroflexa. Zbog toga duža putovanja još nisu izvediva. Inženjeri na Centru za istraživanje željeznice i obrazovanje pri Sveučilištu Birmingham, Porterbrookovom partneru na Hydroflexu, rade na tome da se ovo ograničenje proširi.
Iako vodikove gorive ćelije mogu biti energetski jednako učinkovite kao i dizelsko gorivo, pohrana plina može biti problem.
"Premda vodik ima mnogo energije po jedinici mase, zato što je vrlo lagan, zauzima i mnogo prostora. S trenutačnom tehnologijom pohrane vodika potrebno je značajno više prostora nego za ekvivalentna fosilna goriva", rekao je Raphael Isaac, istraživač pogonskih rješenja u željeznici u Centru za istraživanje željeznice i obrazovanje pri Sveučilištu Michigan State.
Vodik je obično komprimiran, ali i dalje nije tako učinkovit po jedinici volumena kao fosilna goriva. Postoji i pitanje prostora u vlakovima. Spremnici goriva na Hydroflexu, na primjer, moraju biti dovoljno mali da stanu u običan vagon koji može proći kroz željezničke tunele iz viktorijanskog doba. Ova prostorna ograničenja jedan su od razloga zbog kojih je Porterbrook odlučio preraditi stare modele vlakova na sustav vodikova pogona, umjesto da konstruira potpuno nove vagone kao što je Alstom učinio u Njemačkoj. Postojeći vlakovi prilagođeni su postojećim tunelima, ističe BBC.
Iako je voda jedini izravan produkt vodikova goriva, dobivanje ovog oblika energije nije posve čisto.
"Izazov je u tome što je trenutačno vodik nusproizvod kemijskih procesa", objasnila je Helen Simpson, direktorica inovacija i projekata u Porterbrooku. Trenutačno najjeftinija i najraširenija metoda koristi prirodni plin i vruću paru za proizvodnju vodika. Hydroflex koristi vodik proizveden pomoću prirodnog plina, ali dobavljač BOC kaže kako istražuje mogućnosti obnovljive proizvodnje.
Da bi vodikova energija bila zaista održiva, nastavlja BBC, metode proizvodnje koje se ne temelje na fosilnim gorivima morale bi postati svakodnevica.
"Vodik se može proizvoditi pomoći drugih metoda iz obnovljivih izvora energije, kao što su sunčeva fotonaponska energija i elektroliza vode", ističe Margaret S. Wooldridge, inženjerka Sveučilišta u Michiganu.
Elektrolizom vodik nastaje odvajanjem kisika od vode pomoći električne struje. Ta struja može se proizvesti korištenjem energije iz obnovljivih izvora, ali to tek treba izvesti izvan malih i kontroliranih testnih demonstracija. Kako bi zaista postao zeleni oblik putovanja, vodik se mora proizvesti i skladištiti korištenjem obnovljivih izvora energije, poput vjetroelektrana i solarnih mreža, a ne fosilnih goriva.
Drugi ekološki problem s vodikovim vlakovima je korištenje litijskih baterija. Trenutačno obrada litija ima veliki učinak na okoliš. Na primjer, vađenje tone litija zahtijeva 500.000 galona vode, a litijevi rudnici povezani su s nekoliko mjera degradacije okoliša. Istraživači se nadaju, piše BBC, da će u budućnosti biti izvedivo izvlačenje litija iz morske vode korištenjem sunčeve energije, ali zasad je ta ideja eksperimentalna.
S druge strane, jedna od glavnih prednosti vlakova kao što je Hydroflex je njihov potencijal kao dvojakih vlakova, što znači da se mogu kretati po elektrificiranim i konvencionalnim linijama. Dakle, iako postoji određeni trošak proizvodnje novih vodikovih vlakova (Alstomov vlak na vodikov pogon košta oko 5,19 milijuna funti) ili preuređenja postojećih, oni su fleksibilna alternativa u situaciji kad većina linija, posebice ruralnih, nije prilagođena električkim vlakovima.
"Zaista postoji prostor u kojem vodikovo gorivo dolazi kao isplativa i vrijedna alternativa za željeznicu s niskim udjelom ugljika. Tamo gdje postoje dugačke linije, a nema mnogo putnika, elektrifikacija pruga je neisplativa", rekla je Simpson za BBC.
Vodikov vlak može nastaviti put s vlastitim gorivim ćelijama ako električna mreža zakaže
Postoje dobrobiti i za putnike. Vodikovi vlakovi, kao i električni, nevjerojatno su tihi u usporedbi s dizelskim vlakovima. Za razliku od električnih vlakova, vodikovi su otporni na poremećaje u električkoj mreži.
"Ovakva električna infrastruktura znači da će u slučaju oštećenja mnogi vlakovi biti zaustavljeni na pruzi", objašnjava Isaac. Vodikov vlak može nastaviti put s vlastitim gorivim ćelijama ako električna mreža zakaže.
U zemljama u kojima su putnički vlakovi manje popularni, primjerice SAD-u, mogućnost prebacivanja teretnih vlakova na vodikov pogon bit će ključna za masovnu proizvodnju. Nedavni izvještaj američkog Ministarstva energetike i Federalne uprave za željeznice navodi da bi opremanje teretnih vlakova vodikovim pogonom bilo tehnički zahtjevno, ali i da bi u konačnici "imalo visoku društvenu vrijednost". Teret je, dakako, teži od putnika pa bi to zahtijevalo više vodika ili učinkovito komprimirani vodik, kako bi se ista težina tereta prevezla na istu daljinu u odnosu na današnje dizelske vlakove.
Inženjeri u Birminghamu trenutačno rade na učinkovitim načinima komprimiranja vodika, što je jedna od prepreka koju Hydroflex mora savladati.
"Postoji veliki izazov u pogledu razvoja infrastrukture za opskrbu željeznice vodikom. Takva tehnologija postoji, ali bit će potrebno povećati razmjere tih operacija", ističe Hillmansen za BBC.
Međutim, inženjeri ističu kako Hydroflex nije samo demonstracija tehnologije vodikova pogona nego bi on trebao postati komercijalno isplativ vlak, a glavna ispitivanja trebala bi početi u travnju ove godine. Postoji dugački popis odobrenja koja vlak mora ishoditi kako bi ga se smatralo sigurnim za komercijalnu uporabu, ali oni uključeni u projekt procjenjuju da će Hydroflex biti u punom pogonu za dvije godine.
U svjetlu ambicije da Velika Britanija ukine dizelske vlakove do 2040. godine, Hydroflexov proljetni test na tračnicama čini ga jednim od najiščekivanijih projekata u zemlji, zaključuje BBC.