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    氫能源火車來了——它們能完全替代柴油嗎?

    來源:環球科學
    世界首輛商業氫能源火車在德國運行。 (圖片來源:David Hecker/EPA)

    當英國政府取消了威爾士電氣化火車路線的計劃,英格蘭中部和北部削減大西部鐵路網電氣化工程時,一度被吹捧為這個國家自維多利亞時期以來最大的鐵路投資項目也提前宣告結束。但現在有報告稱政府和火車制造商也許有另一種辦法把英國軌道交通電氣化,那就是用氫。
    德國的一條線路中,氫能源火車已經代替了污染環境的柴油引擎,并且有一些火車公司認為這樣的交通工具在英國最早能在2022年運行。要引進它們仍需大量的投資,并充滿挑戰。但它們將會是減少軌道交通碳排放量的重要一步。
    英國鐵路網大約只有三分之一被電氣化,而過去幾年中被轉化的軌道也寥寥無幾。沒有進一步的鐵路網電氣化,政府面臨著沒有辦法減少會產生碳排放和其他污染物的柴油火車的困境。
    目前的戰略是購買雙模火車,這種火車在沒有電氣化的軌道處可以改用柴油。但這對于應對氣候變化和空氣污染的問題只是杯水車薪,英國還是遠落后于歐洲其他的鐵路網。
    氫燃料電池。(圖片來源:R.Dervisoglu/Wikipedia)

    如果電氣化剩余鐵路網太貴了的話,還有一種選擇是在火車上發電。其中一種方法就是用燃料電池,這種電池結合氫氣和空氣中的氧氣產生電和水。同樣的重量的氫氣比電池儲存的能量更多,也就是說燃料電池系統會更輕。它們加氫的時間也比電池充電的時間要短,并且生產燃料電池的環境成本也沒有那么高。
    氫氣會被壓入火車頂的油箱中。但加裝一個再生制動系統給額外的小電池充電能減少為火車提供動力所需的氫氣。
    安裝頭頂上電線的高昂費用意味著對相對交通量較小的線路來說,氫能源火車比軌道線電氣化更經濟。而且用氫能源火車實驗來探索預料之外的問題也具有合理性。但要實現廣泛的使用還需大量產氫和儲氫的投資。因為被建造的氫能源軌道很少,所以與有一定經濟效益保證的電氣化更多路線方案相比,它是否能省下更多的錢也是未知數。

    費錢的解決方案。(圖片來源:Lukas Juocas/Shutterstock)

    一個更好的解決方案也許是發展能夠在頭頂電線和燃料電池之間切換的雙模火車。這對英國鐵路網來說尤為合適,因為英國的軌道有很多橋和隧道,在下方裝電纜太低,而全面更換又太貴。如果電火車能在有橋和隧道的路段換成氫能源,而不需要電纜的話,它將能大大減少電氣化的費用。
    氫燃料電池的另一個問題是現在的燃料是由甲烷(天然氣)產生的,用了一個叫蒸汽甲烷重整的過程,會產生大量劇毒的一氧化碳。雖然這些氣體能被轉化為二氧化碳,但這意味著用氫燃料電池還是會產生溫室氣體排放。
    更清潔的氫
    一種無污染的產氫方法是電解,也就是使電流通過水。理論上來說,你可以用過量的風能(或者太陽能)來發電,使氫成為可再生能源。但問題是除非這些電解設備能在一天大部分時間里運作,不然這套方案并不經濟。這意味著當沒有足夠的風供能時,它們就需要從電網中汲取穩定的電流,增加了這個過程的成本(且不一定可再生)。
    第二種方法是用“熱化學”生產方法,該方法會用到水與硫和碘在加熱條件下的反應。好消息是,多虧了第四代核電站的發展,這個方法會在未來十年內變得便宜。中國、美國、加拿大和日本都在發展這些高溫、小型模塊化的反應堆,但不包括英國或歐洲。
    盡管氫能源作為交通燃料會有電流限制,但當越來越多的國家(尤其是日本)進一步發展氫經濟,它的費用會大大降低,就像太陽能和風能一樣。氫最終甚至能代替主燃氣管中的天然氣,這會降低使用氫進行運輸的成本。
    在嘗試引進一種新的交通燃料時一般會出現的困難是,車主不會在沒有基礎設施的情況下使用它,而除非車主要求,基礎設施建造商也不會進行安裝。一個政府出資的氫能源火車實驗項目能幫助解決這個問題,并使可再生氫經濟往現實更進一步。

    作者:Brian Scott-Quinn
    翻譯:費哲妮 
    審校:魯智元
    引進來源:the Conversation
    引進鏈接:https://theconversation.com/hydrogen-trains-are-coming-can-they-get-rid-of-diesel-for-good-110450

     
    本文來自:環球科學
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