De ce trenurile cu hidrogen sunt promițătoare, dar NU vor ajunge să fie foarte răspândite

​Tot mai multe țări testează trenuri cu hidrogen, România este și ea aproape de a face asta, iar aceste trenuri ar putea fi o soluție „verde” într-un peisaj cu multe trenuri diesel poluante. Dar hidrogenul nu este „bun la toate”, iar mai jos puteți citi care sunt plusurile și minusurile și de ce nu ar trebui să ne așteptăm la un viitor plin de astfel de trenuri.

Informația pe scurt

• Trenurile cu hidrogen sunt prezentate ca fiind o alternativă ”verde” la trenurile diesel și pot fi o soluție pe liniile neelectrificate. În plus, au o autonomie de câteva ori mai mare decât trenurile cu baterii. Germania, Olanda, Italia, Austria, Marea Britanie, Polonia și Suedia sunt țările europene cele mai interesate de această tehnologie.

• Alstom, Stadler, CAF și Siemens sunt companiile europene care au dezvoltat trenuri cu hidrogen. Cel mai mult a comunicat Alstom, cu modelul iLint. Francezii au purtat și discuții cu autoritățile române.

• Și România va testa trenuri cu hidrogen. Anul trecut au fost câteva declarații în acest sens, iar în 2022 s-a lansat o consultare publică pe acest subiect. Testele s-ar putea face în zona Capitalei.

• Minusurile trenurilor cu hidrogen țin de costurile mari, de faptul că hidrogenul este produs din combustibili fosili și este nevoie și de spațiu mare de depozitare. Este nevoie și de construcția unei infrastructuri de alimentare, iar hidrogenul nu este potrivit pentru trenuri de mare viteză, ci pentru acelea care ating cel mult 120-140 km/h.

Hidrogenul – Răspândit, dar greu de obținut

Hidrogenul este cel mai ușor și cel mai răspândit (75%) element chimic din univers. Fiind foarte reactiv, el se găsește doar în cantități mici în natură, la suprafața Pământului, dar este prezent într-o gamă largă de compuși.

Trenul iLint de la Alstom (foto – Alstom)

Hidrogenul nu este liber, ci este deja combinat cu altceva; pentru a separa hidrogenul trebuie să consumăm energie. Numai după ce am consumat energie și am obținut hidrogenul liber, îl putem arde.

Problema este că, din cauza ineficienței inevitabile a proceselor, arderea hidrogenului produce mai puțină energie decât cea cheltuită pentru separarea lui din compuși.

Nivelul de emisii al trenului „RE-H” depinde de metoda de producere a hidrogenului, iar de aici se desprind alte dificultăți, pentru că, în prezent, majoritatea hidrogenului (peste 90%) este produs din combustibili fosili, în particular prin reformarea metanului cu abur (steam-methane reforming, SMR) și prin gazeificarea cărbunelui.

Hidrogenul a primit un ”cod de culori”, în funcție de modul în care este produs: când este produs din gaz natural se numește hidrogen gri (grey hydrogen), când este produs din lignit se numește ”brown hydrogen (hidrogen brun sau cafeniu), iar când este fabricat dintr-un cărbune tare se numește hidrogen negru.

Hidrogenul albastru este produs cu ajutorul unui proces industrial care folosește aburul pentru a separa hidrogenul de gazul natural.

Hidrogenul verde este fabricat folosind electricitate fără carbon – cum ar fi cea generată de turbine eoliene sau panouri solare – pentru a împărți apa în hidrogen și oxigen. Procesul este neutru în materie de CO2, dar hidrogenul verde este foarte scump și costurile vor scădea mai puternic abia după 2030.

Și prin electroliza apei se poate extrage hidrogenul. Dar, pentru că legătura oxigen-hidrogen este energetic intensă, molecula de apă este foarte stabilă și, de aceea, foarte dificil de „spart”. Din cauza consumului ridicat de energie, producerea hidrogenului prin electroliză este limitată, cel puțin pentru viitoarele câteva decenii.

Trenul Mireo Plus de la Simens (foto – Siemens Mobility)

Pe lângă emisiile de CO2, producția de hidrogen gri prin SMR include și emisii de metan „fugitiv” în timpul forajelor și transportului prin gazoducte. Împreună, emisiile de gaze cu efect de seră sunt mari și, de aceea, industria gazelor naturale și alții promovează hidrogenul albastru, o tehnologie relativ nouă prin care emisiile de CO2 sunt captate și sechestrate geologic.

Dar folosirea captării și „sechestrării” emisiilor de CO2 produce ea însăși un supliment de CO2, pentru că sunt activități consumatoare de energie. În consecință, emisiile totale pentru a genera hidrogen albastru nu sunt deloc mici.

Cum funcționează un tren pe hidrogen

Tehnologia trenurilor cu hidrogen se referă la trenurile echipate cu celule de combustie alimentate cu hidrogen și care generează energie electrică.

Sursa primară de energie este hidrogenul, iar ideea este că oxigenul preluat din aer este combinat cu hidrogenul în interiorul celulei de combustie, iar rezultatul este producerea energiei electrice necesare funcționării trenului.

Tren construit de CAF și Iberdrola (foto – Iberdrola)

Bateria de tracțiune este utilizată pentru stocarea intermediară a energiei de frânare, pentru a accelera și pentru alimentările auxiliare.

Este nevoie de o infrastructură de stații de reîncărcare cu hidrogen, iar acest lucru este complicat și costă mult, deci reprezintă un impediment.

Cel mai cunoscut tren cu hidrogen din Europa este iLint de la Alstom.

Alstom a început în 2014 lucrul la trenurile pe hidrogen, cel mai cunoscut model al său fiind Coradia iLint.

iLint are o capacitate de 150 de pasageri, atinge 140 km/h și are o autonomie promisă de 1.000 km.

Alstom prezintă trenurile cu hidrogen ca fiind o soluție pe rutele unde ar fi scumpă electrificarea (1 – 3 milioane euro/km) și unde lucrările de electrificare nu ar fi justificate de traficul foarte redus.

Țările care au testat trenuri pe bază de hidrogen de la Alstom sunt Olanda, Germania, Austria, Franța, Polonia și Italia. Cea mai mare comandă a venit din Germania: 41 de trenuri care intră în circulație în acest an.

De ce trenurile cu hidrogen vor rămâne o nișă în Europa

Trenurile cu hidrogen NU au emisii de CO2, ci doar de apă, iar acest lucru este un atu. Fanii acestor trenuri le prezintă ca fiind o alternativă la diesel, iar aici știm că pe rețeaua feroviară românească circulă și automotoare diesel mai vechi de 40 de ani. În plus, doar 40% din rețeaua românească este electrificată, în timp ce în Vest mai multe țări au electrificat peste 80%, iar Elveția, 100%.

Sunt multe țări care au testat trenuri pe hidrogen: Olanda, Germania, Franța, Italia, Austria, Japonia, Coreea de Sud, SUA, Polonia și China. Numărul de țări este ridicat, iar la prima vedere ne-ar face să credem că trenurile cu hidrogen sunt foarte răspândite, dar nu este așa. Cam peste tot au fost mici proiecte pilot pe distanțe de câteva zeci de km și doar Germania, Olanda și Italia introduc un număr redus de trenuri cu hidrogen în circulație, pe numai câteva rute.

Tehnologia este încă la început, și deci este foarte scumpă, stocarea hidrogenului este voluminoasă, să nu mai vorbim de costurile producerii lui. Diverse calcule au arătat că un tren cu hidrogen, deși nu emite CO2, nu este chiar atât de verde, fiindcă producerea hidrogenului generează poluare.

În plus, multe țări din Vest au electrificat aproape toată rețeaua și trenurile cu hidrogen sunt o soluție doar pe unde nu există catenară. Apoi, dat fiind că vorbim de o tehnologie scumpă, mulți operatori feroviari, mai ales dacă au trenuri pe linii secundare, pur și simplu nu și-o permit. Aceste companii ar prefera oricând să cumpere automotoare diesel, iar trenurile cu hidrogen vor fi testate în locuri unde autoritățile sunt dispuse să finanțeze diversele proiecte – pilot.

Câteva mii de trenuri diesel europene vor trebui înlocuite până în 2030 și marea întrebare este cât la sută dintre ele vor fi înlocuite de trenuri cu hidrogen? Cele mai optimiste estimări indică o zecime dintre ele, însă este imposibil de spus ce se va întâmpla, dat fiind că trăim într-o lume plină de neprevăzut.

O dovadă că trăim vremuri bizare este și că unii operatori feroviari din Europa se reîntorc la tracțiunea diesel, pe fondul creșterii masive a prețurilor la energie. O eventuală explozie a preţului energiei electrice ar anula toate avantajele aferente utilizării tracţiunii electrice, implicit a locomotivelor electrice moderne.

Electrificarea păstrează însă multe avantaje: trenurile electrice sunt foarte eficiente, nu trebuie să-și ducă și combustibilul cu ele și tracțiunea electrică rămâne cea mai eficientă la costuri, mai ales dacă trenurile circulă cu cadență ridicată și au un grad mare de ocupare.

Problema cu electrificarea ține de costurile mari, când se montează stâlpii, catenara și toate instalațiile necesare. România nu a electrificat nimic în ultimii 30 de ani.

Rezumând problema, trenurile pe hidrogen vor rămâne de nișă, fiindcă, deși sunt ecologice și silențioase, sunt mult mai scumpe decât trenurile electrice. În plus, hidrogenul ocupă un volum mult mai mare decât dieselul și deci un tren pe hidrogen nu are o autonomie mare și nici nu sunt fezabile pentru viteze de peste 140 km/h. Trenurile pe hidrogen sunt potrivite pentru rute de până la 120 km.

Este clar că trebuie însă investit și în trenurile cu hidrogen, pentru că și aceste trenuri pot, mai ales după 2030, să contribuie la decarbonizarea transportului.

Sursa foto: Dreamstime.com