TOYOTA DOSTARCZY OGNIWA PALIWOWE DO NOWEGO BEZEMISYJNEGO POCIĄGU

2021-04-08

W Europie ma powstać nowy model pociągu, w którym ogniwa paliwowe Toyoty umożliwią bezemisyjną jazdę bez podłączenia do linii trakcyjnej. Moduły ogniw paliwowych dostarczy i zintegruje Firma Fuel Cell Business należąca do Toyota Motor Europe.

Nowy elektryczno-wodorowy pociąg

Niemal połowa linii kolejowych w Unii Europejskiej jest zelektryfikowana, co umożliwia bezemisyjny transport. Na pozostałych trasach pracują lokomotywy napędzane silnikami Diesla. Chcąc zmniejszyć ich negatywny wpływ na środowisko, powołano europejski program FCH2RAIL (Fuel Cell Hybrid Power Pack for Rail Applications). Partnerzy z Belgii, Niemiec, Hiszpanii i Portugalii stworzyli konsorcjum, które projektuje i testuje prototypy bezemisyjnych pociągów.

Najważniejszym projektem, nad którym pracuje obecnie grupa, jest elektryczny pociąg z bimodalnym układem zasilania, łączący zasilanie z sieci trakcyjnej i hybrydowy układ składający się z zestawu ogniw paliwowych i baterii.

Toyota zapowiedziała niedawno wprowadzenie na rynek nowego modułowego zestawu ogniw paliwowych. Jego sprzedaż rozpocznie się wiosną lub latem 2021 roku. Będzie on przeznaczony dla producentów wodorowych pojazdów i urządzeń, takich jak ciężarówki, autobusy, pociągi, statki oraz generatory stacjonarne.

Jednym z pierwszych zastosowań tego zestawu będzie bimodalny prototyp konsorcjum FCH2RAIL. Moduł będzie wyposażony w systemy dostarczania powietrza i wodoru, system chłodzenia i jednostkę sterującą mocą. Urządzenie będzie dysponować mocą 60 kW lub 80 kW. Na razie nie wiadomo, który wariant modułu FC Toyoty znajdzie zastosowanie w prototypowym pociągu.

Elastyczność i bezemisyjność napędu

Powstający obecnie model pociągu będzie korzystać z istniejącej linii trakcyjnej, a tam, gdzie nie będzie mógł pobierać prądu bezpośrednio z sieci, przełączy się na hybrydowy układ zasilania, łączący baterię i wodorowe ogniwa paliwowe (Fuel Cell Hybrid Power Pack).

„Chcemy pokazać, że tego rodzaju hybrydowy pociąg działający w dwóch trybach to konkurencyjna i przyjazna dla środowiska alternatywa dla lokomotyw z silnikiem Diesla” – podkreślił Holger Dittus, lider projektu i naukowiec z German Aerospace Center w Institute of Vehicle Concepts (DLR).

W Europie trwają obecnie intensywne prace nad zwiększeniem zasięgu linii trakcyjnych na trasach kolejowych. Są to jednak bardzo drogie i czasochłonne inwestycje. Alternatywą są pociągi z zasilaniem bateryjnym, które jednak mają na razie bardzo ograniczony zasięg. W zależności od trasy i temperatury otoczenia wynosi on od 30 do 70 km. Z kolei pociągi spalinowe mają niezadowalające osiągi – niewielką maksymalną prędkość i słabe przyspieszenie w porównaniu do pociągów elektrycznych zasilanych z sieci.

„Nasz hybrydowy układ na baterie i ogniwa paliwowe, zdolny do pracy w dwóch trybach, łączy zalety obu rozwiązań – zasilania z sieci trakcyjnej i z własnego źródła. Dzięki temu transport kolejowy stanie się jeszcze bardziej zrównoważony i wydajny energetycznie” – stwierdził Sergio Gascon, Technical Project Manager z Construcciones y Auxiliar de Ferrocarriles (CAF).

System zasilania nowego pociągu został zaprojektowany w układzie modułowym. Umożliwia to zwiększanie mocy i zasięgu poprzez dokładanie zestawów ogniw paliwowych, zbiorników wodoru oraz baterii. O zasięgu pociągu na trasach bez linii trakcyjnej będzie decydowała liczba zbiorników wodoru. Dzięki modułowej konstrukcji nowy napęd będzie mógł być stosowany nie tylko w pociągach pasażerskich, ale także towarowych.

Szacuje się, że opracowanie, przetestowanie i zatwierdzenie nowego napędu zajmie około czterech lat. Na ten cel przeznaczono 14 mln euro, z czego 10 mln euro pochodzi od europejskiej organizacji Fuel Cells and Hydrogen 2 Joint Undertaking (FCH 2 JU).

„Nasze badania nad wodorem i ogniwami paliwowymi w transporcie kolejowym pokazały, że takie rozwiązania mają duży potencjał. Wodorowe pociągi będą ważnym elementem budowy zrównoważonego systemu transportu w Europie” – powiedział Bart Biebuyck, dyrektor wykonawczy w FCH 2 JU.

„Komisja Europejska jasno stwierdziła w Strategii wodorowej, że wszędzie tam, gdzie napęd elektryczny napotyka na trudności, wodór stanowi obiecującą alternatywę. Trudno dostępne trasy kolejowe są tego dobrym przykładem. Projekt FCH2RAIL pokazuje, że technologia wodorowa stanowi elastyczne, bezemisyjne rozwiązanie, które może zastąpić pociągi z silnikiem Diesla” – kontynuował Bart Biebuyck.

Testy w warunkach rzeczywistych

Chcąc lepiej poznać wpływ na środowisko, a także ocenić jego osiągi w warunkach rzeczywistych, napęd Fuel Cell Hybrid Power Pack zostanie zamontowany w elektrycznym pociągu podmiejskim CIVIA hiszpańskiego producenta CAF. Dostarczy go hiszpańska kolej państwowa Renfe.

W nowym modelu pociągu obok modułów ogniw paliwowych Toyoty zastosowano baterie i konwertery dostarczone przez CAF. Wstępne testy funkcjonalności i jazdy próbne zostaną przeprowadzone na terenie Hiszpanii i Portugalii. Hiszpańskie centrum badań nad wodorem – Centro National de Hidrogeno (CNH2) – wybuduje stację wodorową, na której prototypowy pociąg będzie tankowany.

„Prace konsorcjum pozwolą znaleźć kolejne zastosowanie dla technologii ogniw paliwowych. Wodór ma do odegrania ogromną rolę w dekarbonizacji europejskiej kolei. Bardzo nas cieszy, że moduły ogniw paliwowych Toyoty staną się częścią napędu Fuel Cell Hybrid Power Pack” – podkreślił Thiebault Paquet, dyrektor Fuel Cell Business Group należącej do Toyota Motor Europe.

Dalsze prace rozwojowe i homologacja

Zespół projektowy ma do rozwiązania jeszcze wiele kwestii technologicznych. Nowy napęd musi spełniać wszystkie wymagania i obowiązujące normy. Jego montaż musi być wystarczająco prosty i generować niewielkie koszty.

W planach jest także opracowanie systemu wykorzystania ciepła generowanego przez ogniwa paliwowe do ogrzewania i klimatyzowania przedziałów pasażerskich. W ramach projektu producent systemów klimatyzacji Faiveley / Stemmann Technik (STT) oraz DLR szukają nowych rozwiązań, by ograniczyć zużycie energii do ogrzewania, wentylacji i chłodzenia wnętrza pociągu.

Jednym z założeń nowego projektu jest wypracowanie norm i standardów dla zastosowań wodoru w transporcie kolejowym. Przełączanie zasilania z trakcji na układ wodorowo-bateryjny i odwrotnie musi być przede wszystkim bezpieczne– w każdej sytuacji. Stworzenie propozycji standardów dla regulatorów i instytucji kontrolnych ułatwi wprowadzanie do użytku tego rodzaju bezemisyjnych pociągów w całej Europie już w niedalekiej przyszłości.