當英國政府取消其在威爾士,中部地區和英格蘭北部的火車線路電氣化的計劃,并削減西部大西部鐵路網絡電氣化時,一度被吹捧為最大的國家的鐵路投資計劃為其提前結束從維多利亞時代開始就已經看過了。但現在報道顯示政府和火車制造商希望可能有另一種方式將英國鐵路變為電動:氫氣。
氫能列車已經在德國更換了更多污染嚴重的柴油發動機,一些列車公司認為這些車輛最早可能在2022年在英國運行。引入它們仍然需要大量投資,并且不會沒有挑戰。但它們可能是減少鐵路碳足跡的重要一步。
只有大約三分之一的英國鐵路網絡已經通電,過去幾年沒有多少額外的軌道轉換。如果不繼續使網絡通電,政府就面臨著如何消除產生二氧化碳和其他有害污染物的柴油列車的困境。
目前的策略是購買雙峰列車,當他們到達軌道的一部分而沒有電力時可以轉用柴油。但這正在捏造應對氣候變化和空氣污染的問題,并且仍然使英國遠遠落后于大多數其他歐洲網絡。
如果認為網絡的其余部分通電太昂貴,一種可能的替代方案是在火車上發電。實現此目的的一種方法是使用將氫氣與空氣中的氧氣結合以產生電和水的燃料電池。氫可以比相同重量的電池攜帶更多的能量,這意味著燃料電池系統可以更輕。與電池充電相比,它們也需要更少的時間來加油,并且制造時不會產生相同的高環境成本。
需要將氫氣壓縮成通常存儲在火車車頂上的油箱。但是增加一個再生制動系統來為額外的小電池充電會減少為火車提供動力所需的氫氣量。
安裝架空電線的高成本意味著氫氣列車可能是一種更經濟的方式來為具有相對低交通量的鐵路線路提供電力。試驗氫氣列車以發現任何意外問題是有道理的。但是廣泛使用將需要在氫的產生和儲存方面進行大量投資。由于很少有氫鐵鐵路建成,目前尚不清楚它們是否能真正為政府節省任何資金,而不是通過能夠提供規模經濟的更大線路。
一個更好的解決方案可能是開發雙峰列車,可以在架空電線和燃料電池之間切換電力。這尤其適用于英國鐵路網絡,該鐵路網絡有許多橋梁和隧道,這些橋梁和隧道太低而無法在下方運行架空電纜而且更換成本非常高。如果電動列車可以通過橋梁或隧道切換到氫氣動力,而不需要電纜,則可以大大降低電氣化成本。
氫燃料電池的另一個問題是燃料目前使用稱為蒸汽甲烷重整的過程由甲烷(天然氣)制造,該過程也產生大量高毒性的一氧化碳。這可以轉化為二氧化碳,但這意味著使用氫燃料電池仍然會導致溫室氣體排放。
清潔氫氣
無污染的氫生產方式是通過電解,通過水流過電流。從理論上講,您可以使用過剩的風力發電(也許是太陽能)來產生這種電力并使氫成為可再生能源。問題是電解廠不可能是經濟的,除非它們在當天的高比例運行。這意味著當沒有多余的風力為它們供電時,它們需要來自電網的定期電力,這將使該過程非常昂貴(并且不一定是可再生的)。
第二種替代方案是使用“熱化學”生產方法,該方法包括在熱存在下使水與硫和碘反應。好消息是,由于第四代核電站的發展,這種方法將在未來十年內變得經濟。這些高溫小型模塊化反應堆正在中國,美國,加拿大和日本開發,但不在英國或歐洲開發。
盡管目前氫作為運輸燃料的限制,隨著越來越多的國家(特別是日本)對氫經濟進行進一步研究,其成本將大幅下降,就像它們對太陽能和風能一樣。氫氣甚至可能最終取代主管燃氣管道中的天然氣,這將有助于降低使用它進行運輸的成本。
在嘗試引入新型運輸燃料時經常遇到的困難是車主不會在沒有基礎設施支持的情況下使用它,但基礎設施建設者不會安裝它,除非有車主的要求。由政府資助的氫氣列車實驗可以幫助克服這一問題,并使可再生氫氣經濟更接近現實。