Na wstępie warto zauważyć, że wodór jest najpowszechniej występującym pierwiastkiem w przyrodzie– ujarzmienie go i zaprzęgnięcie do wytwarzania energii to przełomowy krok dla ludzkości, a badania możliwości jego wykorzystania nieustannie się rozwijają. W dobie rosnącego nacisku na wykorzystanie zielonej energii w celu ochrony środowiska okazuje się, że ogniwa wodorowe są nie tylko ciche, ale i bardzo ekologiczne. Zużywają jedynie wodór i tlen do produkcji energii, a jedynym produktem ubocznym, swego rodzaju „spaliną”, jest woda – są więc najlepszym kandydatem do dalszego rozwoju i wskazują kierunek, w którym może podążyć produkcja napędów dla pojazdów dużych i małych.
Przyjrzyjmy się samemu wodorowi czy też jego „kolorystyce”. Wyjaśnijmy sobie na początek, co oznaczają „kolory” wodoru: wodór jest rzecz jasna zawsze tym samym pierwiastkiem, ale stosowana w odniesieniu do niego terminologia wykorzystująca kolory wskazuje na zależność od surowca czy źródła energii zastosowanych przy produkcji wodoru. Tym samym wodór pochodzący z różnych źródeł jest definiowany poprzez przypisywanie mu różnych kolorów. Oto najczęściej stosowane kolorystyczne kategorie wodoru wraz z krótką charakterystyką technologii jego produkcji:
- szary – wytworzony z metanu,
- czarny – pochodzący z przekształcania węgla kamiennego,
- niebieski – wytworzony z metanu przy zastosowaniu wychwytu CO2,
- zielony – wytwarzany w procesie elektrolizy zasilanej z odnawialnych źródeł energii,
- biały – pochodzący z geologicznych źródeł naturalnych.
Warto w tym miejscu dodać ciekawostkę: Polska jest trzecim w Europie i piątym na świecie producentem wodoru – rocznie powstaje u nas ponad milion ton głównie szarego wodoru używanego w przemyśle chemicznym, rafineryjnym i spożywczym.
Wodór siłą napędową kolei
A jak wygląda kwestia wykorzystania napędu wodorowego w transporcie kolejowym? Już od kilku lat w Niemczech i Szwajcarii w użyciu znajdują się eksperymentalne składy pasażerskie na lokalnych trasach – zbierają doświadczenia w wykorzystaniu ogniw wodorowych jako napędu dla lokalnych pociągów pasażerskich. Taki rodzaj pociągu nie wymaga budowy sieci elektrycznej, ponieważ nie potrzebuje prądu dostarczanego przez sieć. Wymaga jedynie standardowego toru, a ogniwa wodorowe same dostarczają prąd do elektrycznych silników trakcyjnych znajdujących się przy każdym zestawie kołowym. Dzięki zbiornikowi na wodór – takiemu samemu jak na paliwo – zasięg 1 000 kilometrów nie jest problemem dla wodorowego zespołu trakcyjnego. Tak napędzany pociąg może przez cały dzień jeździć na jednym zbiorniku wodoru, emitując jedynie parę wodną i wodę, przy znacznie niższym poziomie hałasu niż tradycyjny skład, z prędkością do 140 km/h. A wszystko to bez użycia jakiegokolwiek paliwa kopalnego, jak np. ropa, oraz bez poboru prądu z zewnętrznej sieci.
Reasumując – pociąg o napędzie wodorowym:
- nie pobiera prądu z zawieszonej sieci – więc nie wymaga jej postawienia;
- nie potrzebuje ropy – więc nie przykłada się do zużycia paliw kopalnych;
- nie wymaga szczególnych nakładów po stronie technologicznej, gdyż potrzebuje jedynie zbiornika na wodór (podobnego do zbiornika na ropę) i specjalnego silnika składającego się z ogniw wodorowych (oraz paru usprawnień wymaganych przy tym napędzie);
- słowem - wpisuje się w tzw. dekarbonizację transportu.
Na czym polega działanie ogniwa wodorowego?
Przybliżmy temat w dużym skrócie: jest to poniekąd odwrócenie eksperymentu, który wielu z nas widziało w podstawówce na lekcji fizyki w 6. klasie – w procesie elektrolizy wody ulatnia się wodór i tlen. Zjawisko to jest znane od 1800 roku, a aktualny stan technologii pozwala na odwrócenie procesu i wykorzystanie drzemiących w nim możliwości. Doprowadzając do sytuacji, gdzie wodór i tlen w środowisku elektrochemicznej reakcji łączą się, otrzymujemy energetycznie oszczędny produkt, jakim jest woda, a dodatkowo uzyskujemy pewien nadmiar energii.
Bardzo ciekawe jest to, że wodór jest gazem wybuchowym, tlen zaś jest gazem doskonale podtrzymującym spalanie, tymczasem w połączeniu tworzą coś zupełnie przeciwnego - wodę - tak odległą w swej charakterystyce od swoich „wybuchowych” elementów składowych.
Czy Polska, oprócz wspomnianego dużego udziału w produkcji wodoru, uczestniczy też w pracach nad jego wykorzystaniem w transporcie kolejowym? Otóż możemy się pochwalić pierwszą w Europie manewrową lokomotywą wodorową bydgoskiej Pesy – która przeszła testy oraz homologacje i jest dopuszczona do eksploatacji. Wyposażona w zeroemisyjny napęd wodorowy powoli staje się hitem eksportowym, zdobywając zamówienia z sąsiednich rynków. Nasza wodorowa lokomotywa jest doskonałym, ekologicznym narzędziem do ciężkich, powolnych i precyzyjnych prac manewrowych na terenach zajezdni, bocznic, terminali, portów – czyli wszędzie tam, gdzie nie mogą rozciągać się napowietrzne sieci elektryczne i gdzie dotąd manewrować mógł tylko pojazd spalinowy.
Napęd wodorowy bez wątpienia będzie wykorzystywany coraz powszechniej, ponieważ jest obecnie jedyną sensowną alternatywą dla nowoczesnego transportu kolejowego, szczególnie w miejscach niewyposażonych w sieć trakcyjną. Trwają oczywiście zaawansowane prace na świecie w zakresie kolei magnetycznej, ale specyfika jej infrastruktury (budowa osobnych, przeznaczonych wyłącznie dla kolei magnetycznej szlaków) powodują, że nie ma na razie mowy o jej upowszechnieniu. Tradycyjne koleje są również nieustannie modyfikowane w zakresie ich wpływu na środowisko, efektywności i sprawności silników czy napędów – niemniej jednak ich wymiar ekologiczny czy kosztowy w zakresie zużycia energii nie może porównywać się z perspektywą upowszechnienia napędu wodorowego.
Gdybyśmy stworzyli model, w którym jądro atomu wodoru powiększylibyśmy do wielkości piłki tenisowej, w jakiej odległości od tej piłki znajdowałby się krążący po orbicie jądra elektron? Aż kilometra!
Z najnowszych analiz UTK (Urząd Transportu Kolejowego) przeprowadzonych wśród polskich przewoźników towarowych w zakresie taboru przez nich wykorzystywanego, nie wyłania się najpochlebniejszy obraz rynku. Bowiem średni wiek lokomotyw elektrycznych utrzymuje się w regionie 30 lat, a spalinowych wzrósł do 39 lat. Świadczy to o wysokiej konieczności wymiany taboru na nowszy, mniej zawodny, efektywniejszy i częściej wykorzystywany. W końcu wraz z wiekiem taboru jego współczynnik wykorzystywania maleje, a odpowiadają za to : liczne awarie, przestoje na modernizacje, przestoje na konieczne naprawy rewizyjne, przestoje na naprawy powypadkowe, niedostępność taboru z innych przyczyn technicznych.
Poniżej infogram UTK utk.gov.pl/pl/aktualnosci/21825,Tabor-przewoznikow-towarowych-rosnie-liczba-pojazdow.html
Jeżeli jesteście zainteresowani dodatkowymi informacjami na ten temat, zapraszamy do kontaktu z Pawłem Sabałą z Biura Underwritingu Ubezpieczeń Korporacyjnych (pawel.sabala@warta.pl)
