Brinttog kommer – kan de komme af med diesel for altid?

Da den britiske regering annullerede sine planer om at elektrificere toglinjer på tværs af Wales, Midlands og det nordlige England, og skære ned på Great Western jernbanenetværks elektrificering, det bragte en for tidlig afslutning på et jernbaneinvesteringsprogram, der engang blev udråbt som det største, landet havde set siden den victorianske æra. Men nu tyder rapporter på, at regeringen og togproducenterne håber, at der kan være en alternativ måde at gøre britiske jernbaner elektriske på:brint.

Brinttog har allerede erstattet flere forurenende dieselmotorer på en linje i Tyskland, og nogle togselskaber mener, at køretøjerne kunne køre i Storbritannien allerede i 2022. At introducere dem ville stadig kræve betydelige investeringer og ville ikke være uden udfordringer. Men de kunne være et vigtigt skridt i retning af at reducere jernbanernes CO2-fodaftryk.

Kun omkring en tredjedel af det britiske jernbanenet er blevet elektrificeret, med lidt ekstra spor konverteret i de sidste par år. Uden at fortsætte med at elektrificere netværket, regeringen står over for dilemmaet om, hvordan man fjerner dieseltog, der producerer kuldioxid og andre skadelige forurenende stoffer.

Den nuværende strategi er at indkøbe bimodale tog, der kan skifte til diesel, når de når dele af banen uden strøm. Men dette afhjælper spørgsmålet om at håndtere klimaændringer og luftforurening og efterlader stadig Storbritannien et godt stykke bag de fleste andre europæiske netværk.

Hvis det vurderes at være for dyrt at elektrificere resten af ​​netværket, et potentielt alternativ er at producere elektricitet om bord på toget. En måde at gøre dette på er at bruge brændselsceller, der kombinerer brintgas med ilt fra luften til at producere elektricitet og vand. Brint kan bære mere energi end den samme vægt af batterier, hvilket betyder, at brændselscellesystemer kunne være lettere. De tager også kortere tid at tanke, end batterier tager at genoplade, og de har ikke de samme høje miljøomkostninger fra fremstillingen.

Brintgassen skulle komprimeres til tanke, der normalt vil blive opbevaret på togets tag. Men at tilføje et regenerativt bremsesystem for at oplade et ekstra lille batteri ville reducere mængden af ​​brint, der er nødvendig for at drive toget.

De høje omkostninger ved at installere luftledninger betyder, at brinttog sandsynligvis ville være en mere økonomisk måde at elektrificere jernbanelinjer med relativt lave trafikmængder. Og det giver mening at eksperimentere med brinttog for at afdække eventuelle uventede problemer. Men udbredt brug ville kræve betydelige investeringer i produktion og opbevaring af brint. Fordi der nogensinde er bygget meget få brintbaserede jernbaner, det er ikke klart, om de rent faktisk ville spare regeringer nogen penge over at elektrificere større linjer, der ville give stordriftsfordele.

En bedre løsning kunne være at udvikle bimodale tog, der kan skifte mellem el fra luftledninger og brændselsceller. Dette ville være særligt velegnet til det britiske jernbanenet, som har mange broer og tunneller, der er for lave til at føre luftkabler under og meget dyre at udskifte. Hvis elektriske tog kunne skifte til brintkraft for sporsektioner med broer eller tunneler i stedet for at kræve kabler, det kan reducere omkostningerne ved elektrificering betydeligt.

Det andet problem med brintbrændselsceller er, at brændstoffet i øjeblikket fremstilles af metan (naturgas) ved hjælp af en proces kaldet dampmetanreformering, der også producerer en stor produktion af meget giftig kulilte. Dette kan omdannes til kuldioxid, men det betyder, at brugen af ​​brintbrændselsceller stadig bidrager til drivhusgasemissioner.

Renere brint

En forureningsfri måde at producere brint på er gennem elektrolyse, ved at lede en elektrisk strøm gennem vand. I teorien, du kunne bruge overskydende vindkraft (og måske solenergi) til at generere denne elektricitet og gøre brinten til en vedvarende energikilde. Problemet er, at elektrolyseanlæg næppe er økonomiske, medmindre de kører en stor del af dagen. Dette ville betyde, at når der ikke var overskydende vind til at drive dem, de ville have brug for almindelig elektricitet fra nettet, hvilket ville gøre processen meget dyr (og ikke nødvendigvis vedvarende).

Et andet alternativ er at anvende en "termokemisk" produktionsmetode, der involverer reaktion af vand med svovl og jod i nærvær af varme. Den gode nyhed er, at denne metode er indstillet til at blive økonomisk inden for de næste ti år takket være udviklingen af ​​generation IV atomkraftværker. Disse høje temperaturer, små modulære reaktorer udvikles i Kina, USA, Canada og Japan, men ikke i Storbritannien eller Europa.

På trods af de nuværende grænser for brint som transportbrændstof, efterhånden som flere og flere lande (især Japan) foretager yderligere forskning i brintøkonomien, dets omkostninger vil falde betydeligt, ligesom de har for sol- og vindkraft. Brint kan endda i sidste ende komme til at erstatte naturgas i gasledninger, hvilket ville hjælpe med at nedbringe omkostningerne ved at bruge det til transport.

Vanskeligheden ved at forsøge at introducere en ny slags transportbrændstof er, at køretøjsejere ikke vil bruge det uden infrastrukturen til at understøtte det, men infrastrukturbyggere vil ikke installere det, medmindre der er efterspørgsel fra køretøjsejere. Et regeringsfinansieret eksperiment med brinttog kunne hjælpe med at overvinde dette problem og bringe den vedvarende brintøkonomi et skridt tættere på virkeligheden.

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs den originale artikel.