Als die britische Regierung ihre Pläne zur Elektrifizierung von Eisenbahnstrecken durch Wales, die Midlands und den Norden Englands aufhob und die Elektrifizierung des Great Western-Schienennetzes einstellte, beendete sie vorzeitig das Eisenbahninvestitionsprogramm, das als eines der größten des Landes seit der viktorianischen Ära gilt. Aber jetzt hoffen die Regierung und die Zughersteller, dass Wasserstoff eine Alternative zur Elektrifizierung der britischen Eisenbahnen sein könnte.
Wasserstoffzüge
Wasserstoffzüge haben in Deutschland bereits schmutzigere Dieselmotoren ersetzt, und einige Bahnunternehmen glauben, dass Großbritannien bis 2022 nachziehen wird. Es sind noch Investitionen erforderlich, um neue Technologien einzuführen. Sie können jedoch ein wichtiger Schritt zur Verringerung des CO2-Fußabdrucks der Eisenbahnen sein.
Derzeit ist nur ein Drittel des britischen Schienennetzes elektrifiziert, und in den letzten Jahren wurden nur wenige zusätzliche Gleise umgebaut. Als die Regierung aufhört, das Stromnetz zu elektrifizieren, steht sie vor einem Dilemma: Wie können Dieselzüge beseitigt werden, die Kohlendioxid und andere schädliche Schadstoffe produzieren?
Die derzeitige Strategie besteht darin, bimodale Züge zu kaufen, die auf Diesel umsteigen können, wenn sie ohne Strom aus dem Weg gehen. Dies löst das Problem als solches jedoch nicht.
Wenn die Elektrifizierung des restlichen Netzes zu teuer erscheint, besteht eine mögliche Alternative darin, an Bord des Zuges Strom zu erzeugen. Eine Möglichkeit hierfür ist die Verwendung von Brennstoffzellen, die Wasserstoffgas mit Luftsauerstoff kombinieren, um Strom und Wasser zu erzeugen. Wasserstoff kann mehr Energie transportieren als Batterien mit gleichem Gewicht, was bedeutet, dass Brennstoffzellensysteme leichter sein können. Darüber hinaus benötigen sie weniger Zeit zum Auftanken als Batterien zum Aufladen und haben nicht die gleichen hohen Umweltkosten für die Herstellung.
Wasserstoffgas muss in Tanks komprimiert werden, die sich normalerweise auf dem Zugdach befinden. Durch Hinzufügen eines regenerativen Bremssystems zum Laden einer extra kleinen Batterie wird jedoch die Menge an Wasserstoff reduziert, die zum Antreiben des Zuges benötigt wird.
Werbevideo:
Aufgrund der hohen Kosten für die Installation von Freileitungen sind Wasserstoffzüge wahrscheinlich eine wirtschaftlichere Möglichkeit, Eisenbahnstrecken mit relativ wenig Verkehr zu elektrifizieren. Es ist auch sinnvoll, mit Wasserstoffzügen zu experimentieren, um unerwartete Probleme zu erkennen. Eine weit verbreitete Verwendung erfordert jedoch erhebliche Investitionen in die Wasserstoffproduktion und -speicherung. Da nur sehr wenige Eisenbahnen mit Wasserstoff gebaut wurden, ist unklar, ob sie durch die Eliminierung der Elektrifizierung großer Strecken Geld sparen können und ob eine Skaleneffizienz funktioniert.
Eine bessere Lösung könnte auch die Entwicklung von Hybrid-Dual-Mode-Zügen sein, die zwischen Strom aus Freileitungen und Brennstoffzellen umschalten können. Dies ist besser für Schienennetze geeignet, die durch Brücken und Tunnel verlaufen.
Ein weiteres Problem bei Wasserstoffbrennstoffzellen besteht darin, dass Brennstoff jetzt aus Methan (Erdgas) nach einem Verfahren hergestellt wird, das als Methandampfreformierung bezeichnet wird und auch hohe Ausbeuten an hochgiftigem Kohlenmonoxid erzeugt. Es kann in Kohlendioxid umgewandelt werden, aber dann trägt Wasserstoff immer noch zu den Treibhausgasemissionen bei.
Reiner Wasserstoff
Eine umweltfreundliche Art der Wasserstoffproduktion ist die Elektrolyse, wenn ein elektrischer Strom durch das Wasser geleitet wird. Theoretisch könnten Sie überschüssige Wind- (und möglicherweise Sonnen-) Energie verwenden, um diesen Strom zu erzeugen und Wasserstoff zu einer erneuerbaren Energiequelle zu machen. Das Problem ist, dass Elektrolyseanlagen wahrscheinlich nicht wirtschaftlich sind, wenn sie den größten Teil des Tages nicht in Betrieb sind. Dies würde bedeuten, dass sie, wenn kein überschüssiger Wind vorhanden ist, regelmäßig Strom aus dem Netz benötigen, was den Prozess sehr teuer (und nicht unbedingt erneuerbar) macht.
Die zweite Alternative ist die Verwendung eines "thermochemischen" Produktionsverfahrens, bei dem Wasser mit Schwefel und Jod in Gegenwart von Wärme in Wechselwirkung tritt. Die gute Nachricht ist, dass diese Methode in den nächsten zehn Jahren dank der Entwicklung von Kernkraftwerken der Generation IV wirtschaftlich wird. Diese kleinen modularen Hochtemperaturreaktoren werden in China, den USA, Kanada und Japan entwickelt, jedoch nicht in Großbritannien oder Europa.
Trotz aller Einschränkungen bei der Verwendung von Wasserstoff als Transporttreibstoff werden die Kosten sinken, da immer mehr Länder (insbesondere Japan) weitere Forschungen auf dem Gebiet der Wasserstoffwirtschaft durchführen. Wasserstoff kann sogar Erdgas in Hauptgasleitungen ersetzen, was auch dazu beiträgt, die Kosten für die Verwendung für den Transport zu senken.
Ilya Khel