Британская железная дорога: где электрические дизельные гибриды, водород, аккумуляторные поезда?

Автомобили и самолеты получают гораздо больше внимания, чем поезда, когда речь заходит о выбросах. Это имеет смысл, когда в Великобритании на транспорт приходится 26% всех выбросов углерода, но только 1% этого происходит от поездов. Кроме того, поезда уже имеют относительно низкий уровень выбросов: они выпускают 0,046 кг CO₂ / км / пассажир, в то время как дизельный автомобиль более чем в два раза больше. Маркус Майерс и Дэвид Бэмфорд из Манчестерского столичного университета объясняют, что решающее различие заключается в том, что поезд имеет типичный срок службы 40 или 50 лет (для автомобилей это около 10), поэтому поезда, купленные сегодня, должны быть готовы к нулевому выбросу к 2050 году. Но невозможно заменить весь парк электропоездами, когда только две пятых британских путей электрифицированы. Аккумулятор и водородные поезда? Они только в зачаточном состоянии — тащить 40 вагонов весом до 80 тонн каждый — довольно сложная задача. Таким образом, дизельные поезда Великобритании (29% от текущего парка Великобритании) пока не уходят. Фактически, Великобритания застряла на уровне удержания старых дизелей – некоторые из них с 1950-х годов — потому что никто не покупает новые дизели (гораздо менее загрязняющие), которые, возможно, придется утилизировать рано, когда правила выбросов ужесточатся. Электрификация путей, регулирование кнута и пряника, а также дополнительные инвестиции срочно необходимы из-за исключительно длительных временных рамок, заключают авторы.

Гонка продолжается, чтобы достичь чистых нулевых выбросов углерода в течение следующих нескольких десятилетий – и дорога к нулевой углеродной Великобритании проходит через ее железные дороги. В настоящее время на транспорт приходится 26% всех выбросов углерода в Великобритании, и только 1% из них приходится на поезда.

Поезда являются одним из наиболее экологически чистых видов массового транспорта, выделяя 0,046 кг углекислого газа (CO₂) на километр пути каждого пассажира. Дизельный автомобиль более чем в два раза больше — 0,117 кг.

Вероятно, именно поэтому автомобильный транспорт и авиация являются наиболее популярными источниками сокращения выбросов. Возможно, вы слышали о планах полностью отказаться от бензиновых и дизельных автомобилей к 2040 году. Важные решения о том, как питать британские поезда, на самом деле являются самыми неотложными.

Автомобили, как правило, находятся в обслуживании в течение 10 лет или около того, в то время как поезда нуждаются в течение 40 или даже 50 лет. Поезда, построенные сегодня, будут только в «середине жизни» к 2050 году, когда целевые показатели Великобритании требуют сокращения выбросов парниковых газов до нуля.

Это означает, что поезда с нулевым содержанием углерода должны быть заказаны и поставлены с 2025 года, чтобы оставаться на пути с этим графиком декарбонизации. В настоящее время единственные поезда, которые могут соответствовать этим критериям, являются электрическими, но только 42% путей в Великобритании электрифицировано, а 29% нынешнего парка Великобритании работает исключительно на дизельном топливе. Эти поезда должны быть реконструированы или утилизированы до того, как они достигнут конца своего полезного срока службы для достижения правительственных целей.

Итак, что нужно сделать, чтобы превратить стареющий и загрязняющий железнодорожный транспорт Великобритании в нулевой углеродный массовый транзит будущего?

Великобритания уже электрифицировала около двух пятых железнодорожной сети, что означает, что некоторые из этих поездов работают исключительно от электрического тока и не выделяют никаких выбросов углерода. Но они так же экологичны, как и энергосистема, которая их питает – и хотя Великобритания добилась обнадеживающего прогресса от ископаемого топлива, на них по-прежнему приходится примерно половина всей произведенной энергии.

Дизельные поезда более универсальны, поскольку они могут работать на почти 60% линий, которые не электрифицированы. Дизельная энергия может также транспортировать исключительно тяжелые грузы и поэтому часто используется в грузовом секторе. Но Великобритания не смогла заказать новые грузовые тепловозы с 2008 года, потому что ни один из существующих подвижных составов не соответствует установленным нормам выбросов. Это фактически вынудило грузовой сектор использовать довольно старые локомотивы — некоторые из них еще с 1950 – х годов — которые более загрязняют окружающую среду.

Железнодорожной отрасли необходимо будет ликвидировать дизельную энергетику до 2040 года, поскольку топливо становится все более дорогим и неприемлемым для населения, особенно с учетом того, что станции ловят выбросы поездов, угрожая здоровью пассажиров и персонала. Учитывая, насколько широко распространена электроэнергия на рельсах, могут ли работать дизель-электрические гибридные двигатели?

Гибридные двигатели используют электричество, где имеются электрифицированные третьи рельсы или воздушная линия, а в других местах — дизельное топливо. Новые гибриды были заказаны для маршрутов в и из Паддингтона, одного из самых оживленных железнодорожных вокзалов Лондона. Некоторые старые пассажирские поезда были преобразованы в гибридные.

Это может сократить использование дизельного топлива в краткосрочной перспективе, но это не долгосрочное решение для удаления дизельного топлива к 2040 году.

Поезда British Rail Class 73 — это в основном электровозы с небольшими дизельными двигателями

Использование аккумуляторов в качестве источника питания поезда было испытано в Германии на малой скорости и с небольшими нагрузками, используя традиционные свинцово-кислотные аккумуляторы. Это проверенная технология, она дешевая и надежная, но батареи имеют ограниченный срок службы и изготавливаются из коррозионных жидкостей и драгоценных материалов.

Литий-ионные аккумуляторы были опробованы в Великобритании, обеспечив дополнительный источник питания для электродвигателя на поезде. К сожалению, они могли путешествовать только до 50 км, отделенных от воздушных проводов. Аккумуляторные поезда могут работать только на определенных маршрутах и не легко заменяются, когда они выходят из строя, вызывая сбои и задержки.

Водородные топливные элементы могут генерировать устойчивое электричество посредством химической реакции между водородом и кислородом. Вместо бака дизеля и двигателя, поезд имеет бак водорода и топливный элемент, который сочетает водород с кислородом из воздуха, без сгорания. Поскольку единственным источником выбросов является вода, топливные элементы обеспечивают электроэнергию и имеют нулевые выбросы.

Звучит хорошо, но, как источник энергии, водород имеет низкую плотность энергии, что означает, что поездам потребуется очень большое пространство для хранения топлива. Для сравнения, литр дизельного топлива содержит 36 мегаджоулей энергии, но литр водорода имеет только 1,81 мегаджоулей. Это не проблема для хорошего легкого автомобиля, но серьезная проблема, когда один массивный локомотив должен тянуть 40 вагонов – и каждый вагон весит, возможно, до 80 тонн.

В Великобритании нет объектов для производства или развертывания больших количеств водорода. Тем не менее, разумно ожидать, что это может быть решено в течение следующих десяти лет, поскольку правительство и бизнес стремятся производить топливо будущего.

Hyundai Rotem представит свой поезд на водородном топливе на международной выставке в Пусане, Южная Корея, 12 июня 2019 года

Итак, есть несколько вариантов, и ни один из них не является идеальным решением сам по себе. Каждый из них можно использовать там, где они наиболее уместны, и постепенно отодвигать британскую железную дорогу от ископаемого топлива. Грузовая отрасль вряд ли сможет самостоятельно найти жизнеспособные решения, поэтому правительство должно поручить предприятиям трансформировать свою деятельность. Инвестиции в технологию нулевых выбросов и инновации могут способствовать этому.

Операторы поездов должны лишиться права использовать дизельные двигатели, загрязняющие окружающую среду, и их следует заменять каждые десять лет. Городам может быть предоставлено право штрафовать операторов поездов за загрязнение окружающей среды аналогично зонам с низким уровнем выбросов, которые существуют в нескольких городах по всему миру. Одна политика, которая давно назрела, — это отказ от беспошлинного дизельного топлива, которым в настоящее время пользуются операторы поездов.

Капитальный ремонт наиболее загрязняющих аспектов железнодорожной системы Великобритании не произойдет в одночасье, но для того, чтобы встать на путь к 2040 году и за его пределами, большие решения о железных дорогах Великобритании должны быть приняты прямо сейчас.

Елизавета Коробкова

Редактор ЭНЕРГОСМИ.РУ