Учёные постоянно находятся в поисках новых и более экологичных видов топлива, особенно для грузового и пассажирского общественного транспорта. Одной из альтернатив для классического дизеля стал водород, при сгорании которого не образуется вредных выбросов. На текущий момент уже появились водородные поезда, и в ближайшем будущем их количество будет постоянно увеличиваться.
Водород
Сейчас подавляющее большинство локомотивов имеют дизель-электрическую силовую установку, то есть в движение их приводят мощные электрические моторы, а само электричество вырабатывается собственной дизельной электростанцией. Электродвигатели могут обеспечить гораздо больший крутящий момент, чем двигатели внутреннего сгорания такого же размера, к тому же на вырабатывание необходимой электроэнергии тратится меньше топлива. Самый же большой плюс в такой схеме работы – отсутствие необходимости в прокладке сотен и тысяч километров электросетей. Вот только топлива всё равно тратится просто неимоверное количество, а соответственно, в атмосферу выбрасывается столь же громадное количество углекислого газа, сажи и прочих вредных веществ.
Самой перспективной альтернативой обычному топливу является водород, поскольку при его сгорании образуется чистая вода, а не тонны углекислого газа и сажи. При этом наиболее интересным является использование водорода для производства электричества при помощи топливных энергетических ячеек. Этот метод получения электричества был разработан ещё десятилетия назад для питания спутников, но потом получил более широкое применение. Топливные ячейки стали использовать в автомобилях и в автономных источниках питания, а потом попытались оснастить ими поезда, но это оказалось не так просто.
Шведский водородный поезд Stadler RS Zero
Одним из разработчиков, которые занимались решением этой проблемы, является шведская компания Stadler Rail. Она попробовала перевести поезд на водородное питание. Но столкнулась с большой проблемой: для обеспечения необходимой локомотиву тяги требовалась слишком большая мощность, и её не могли обеспечить топливные элементы. Эту проблему не решало даже сокращение количества вагонов, поэтому производитель решил полностью поменять подход к разработке.
На тот момент компании требовались поезда для коротких маршрутов и малонагруженных линий, поэтому она планировала обойтись совсем короткими составами из нескольких вагонов, что как нельзя лучше соответствовало концепции водородного поезда. Всю разработку нового проекта компания Stadler Rail взяла на себя и в 2020 году начала над ним работу. Вагоны построили на облегчённом шасси, но при этом они обладали достаточной жесткостью и прочностью, а также полностью соответствовали всем требованиям к подобному транспорту. Планировалось, что поезд будет состоять из одного или двух вагонов, в зависимости от маршрута и количества пассажиров. Сами же вагоны сделали таким образом, чтобы пассажиры могли садиться в них без перрона, а просто «с земли».
Самой же интересной деталью поезда Stadler RS Zero стала силовая установка – её сделали гибридной. Главным источником энергии должно было быть электричество, подаваемое по электросетям железной дороги, а в качестве дополнительного должен был послужить двигатель внутреннего сгорания, работающий на водороде. Инженеры не стали решать головоломку с топливными ячейками, а использовали обычный ДВС, переделанный для водорода, но он используется исключительно для выработки электроэнергии. Он никак не связан с ходовой частью и приводит в действие электрогенератор. С его помощью решили главную проблему – обеспечить электричеством поезд на тех участках, где не было электросети. Силовая установка поезда с двумя вагонами потребляла 1200 кВт электроэнергии.
Ко всему прочему, на поезд Stadler RS Zero дополнительно установили тяговую батарею. Во-первых, она помогает в движении на сложных участках и стабилизирует работу электросистемы, а во-вторых, от батареи поезд может работать в автономном режиме. Правда, недолго. Хоть её ёмкость и не называется, но, по заявлению производителя, заряда аккумулятора хватит на поездку длиной до 180 километров.
Как будет дальше развиваться проект Stadler RS Zero, пока что неизвестно, но на текущий момент уже начато серийное производство электро-водородных поездов, и их будут распределять по наименее загруженным маршрутам.
Российский проект
В России тоже разрабатывается водородный поезд. Причины для начала этого проекта были аналогичными, а главная из них – создание экологически чистого транспорта. Впоследствии планируется постепенно увеличивать долю подобных поездов на российских железных дорогах, а на первом этапе их будут внедрять на Сахалине, используя его как испытательный полигон для новой технологии. Работы над этим проектом стартовали ещё в 2019 году, а в 2022 были на некоторое время приостановлены, поскольку требовалась постройка самой главной части новой транспортной системы – предприятия по производству водорода. На нём планируется выпускать низкоуглеродный водород, чьё производство и использование не влечёт за собой больших выбросов углекислого газа в атмосферу.
Силовая установка новых высокотехнологичных поездов будет построена на основе водородных топливных элементов, то есть электричество будет вырабатываться за счёт водородно-кислородного синтеза с образованием электричества. При этом силовая установка поезда будет полностью электрической, а в шасси будут включены тяговые батареи большой ёмкости. Правда, пока что непонятно, на каких именно топливных элементах будет строиться энергоустановка. По всей видимости, их разработка ведётся в текущий момент, и технические данные никто приводить не торопится. Точную дату появления первого прототипа тоже никто не объявляет, но предполагается, что испытания начнутся в 2026-2028 году.
Первый опыт эксплуатации
Впрочем, прецедент успешного внедрения водородных топливных элементов в железнодорожный транспорт уже имеется. Ещё в 2018 году на немецких железных дорогах начали тестировать первый в мире водородный поезд. После долгих испытаний его признали экономически эффективным и достаточно надёжным, чтобы запустить серийное производство. В 2022 году в Германии уже курсировало пять водородных поездов и планировался запуск ещё девяти.
В движение поезда Coradia iLint, созданные компанией Alstom, приводятся электромоторами, а энергией их обеспечивает энергосистема на основе топливных водородных ячеек, работающих совместно с тяговой батареей. Максимальная скорость водородного поезда составляет 140 км/ч, а на одной заправке он может проехать до 800 километров. При этом водородное топливо хранится в специально сконструированных по такому случаю резервуарах, а длина поезда составляет всего два вагона, в сумме рассчитанных на 160 пассажиров.
Ещё одна проблема современных поездов – слишком маленькая скорость, поэтому в Китае работают над сверхбыстрым составом, который больше похож на самолёт.
