Siemens Energy–Deutsche Bahn: nagyszabású üzemanyagcellás tervek a vasúti közlekedésnek

Az üzemanyagcella működési elvét Humphry Davy már 1801-ben felismerte, de csak Sir William Robert Grove walesi kutató által lett működőképes 1838-ban. Az első működőképes üzemanyagcellás gép egy Allis-Chalmers gyártmányú mezőgazdasági traktor volt 1959-ben. Az akkumulátoros meghajtás mellett, az elmúlt négy-öt évben egyre inkább a fejlesztések középpontjába került az üzemanyagcella is, immáron a vasúti alkalmazásban is.

Már az 1970-es évek olajválságait követően felmerült lehetséges alternatívaként a hidrogéngáz, mint üzemanyag, azaz közvetlenül elégetve, Ottó-rendszerű motorokban munkára fogni. Ez azonban csak a közúti közlekedésre korlátozódott akkoriban és a motorok paraméterei is jóval alatta maradtak – körülbelül a fele – a benzin- vagy dízelüzemhez képest. A kisebb hatótáv, a gáz tárolása a járműben legalább 300–350 bar nyomáson még szintén problémát okozott, de a folyékony halmazállapotban 33 Kelvin hőfoka (–239,9 °C) sem alkalmazásbarát. Bár ránézésre csak vízgőz távozik a motorból, azonban a motorolajjal keveredve nagyon agresszív kénessav is keletkezik, amiből valamennyi szintén kijut a környezetbe és a motort is károsítja.

Azonban, ha a hidrogéngázra, mint energiahordozó tekintünk (olyan anyag vagy jelenség, amivel mechanikai munka és hő állítható elő, illetve vegyi vagy fizikai eljárások működtethetők és/vagy fűthetők) már más a szemlélet. Az egyik leglényegesebb, hogy a kinyert energia átalakítása, illetve felhasználása nincs térhez, helyhez kötve, bármikor alkalmazható akár a közlekedésben, az iparban vagy egyéb energiafelhasználással járó tevékenységeinknél.

Kétségtelen, hogy a sűrített földgáz (CNG) közlekedési célú alkalmazása – főleg buszok, kisebb teherautók – gyökeres fejlődésen ment át az elmúlt 20–30 évben, amely jelentős mértékben hozzájárult a járművekben alkalmazható gáztartályok, csővezetékek, nyomásszabályozók fejlődéséhez és ez a tudás, szakismeret most jól hasznosítható a hidrogéntartályokhoz is.

Nemcsak szigorodó előírások miatt mozdult előrébb a fejlődés, de a gyártók és az üzemeltetők is kezdenek ráébredni, hogy globálisan egyre nagyobb a baj és cselekvési kényszer állt elő. Ugyanakkor közlekedési szektorban már huszonkét százalékos „zöldenergiára” való átállás, negyven százalékos szén-dioxid-kibocsátás csökkenést hozna! Természetesen az átállásnak, a fejlesztéseknek komoly pénzügyi vonzatai is vannak, amit valahogyan meg kell finanszírozni, illetve a piaccal, azaz az utasokkal elfogadtatni.

Az elsődleges cél, a dízelüzem kiváltása, a vasúti közlekedés szén-dioxid-mentessé tétele 2050-re. Ez hasonló horderejű, mint a gőzmozdonyok „nyugdíjazása” volt. Ez EU szinten – a cikk írásakor még az Egyesült Királyságot is beleszámítva – valamivel tízezer fölötti gördülő állományt jelent, a motorvonatokkal és mozdonyokkal együtt. Ebből csak a Deutsche Bahn állománya körülbelül 2900.

A projekt első köre a motorvonatokat érinti, de már gondolkoznak a mozdonyokban való alkalmazáson is, amelyhez a motorvonatok adhatnak hasznos tapasztalatokat. Afrika, Latin-Amerika, Egyesült Államok, Kanada és Ausztrália vonalain a dízel/dízel-elektromos üzemmód van túlnyomó többségben, ugyanakkor Afrikában vagy Ausztrália belső részein a vízhiány okozhat gondot, hiába ideális a napelem- vagy szélturbina parkhoz.

Az első motorvonat Németországban, a már forgalomban lévő, regionális Mireo Plus motorvonat alapjaira épült, Mireo Plus H lesz, amely tervek szerint 2024-től állhat forgalomba, egyéves próbaüzem keretében, Tübingenben. A jelenlegi dízel szerelvényeket teljes mértékben felváltva, éves szinten legalább 330 tonna szén-dioxiddal kevesebb kerülne a levegőbe. A motorvonatok ugyanúgy két-három kocsis egységekből állnának, egymáshoz is kapcsolható módon, mint a jelenleg nálunk futó más típusok. A maximális sebesség 160 kilométer/óra, a fűtés-klimatizálás hőszivattyús rendszerrel működne, a tisztán elektromos üzemű autóbuszokból ismert módon.

Egy akkumulátoros motorvonat jóval nagyobb önsúllyal is csak százhúsz kilométer megtételére lenne képes, addig az üzemanyagcellás hatótávja elérheti az ezer kilométert! Sőt, az üzemanyagcelláshoz számottevően kevesebb akkura és különleges nyersanyagra van szükség, mint a tisztán elektromos üzemmódhoz, amely az előállítás és újrahasznosítás ökológiai lábnyomát is jelentősen csökkentheti. A motorvonat tervezett élettartama harminc év.

A Deutsche Bahn megépít egy karbantartóüzemet is, kimondottan az üzemanyagcellás vonathoz, valamint egy töltőállomást, hasonló kialakítással, mint a dízelszerelvényeké. Kiemelt szempont, hogy a tankolás se tartson hosszabb ideig, azaz legfeljebb tizenöt percig. A szükséges hidrogént zöld energiával megtermelt árammal kívánják előállítani helyben, de legfeljebb reális távon továbbítva az elektromos áramot.

A Siemens Energy programjában különböző méretű, 6–150 megawatt teljesítményű töltőállomások szerepelnek. Itt szintén fontos a költséghatékony, rugalmas, moduláris felépítés, a legkedvezőbb költségek érdekében. Kapacitástól függően egy állomás 3–24 motorvonat egyidejű kiszolgálására lesz alkalmas, a kiszolgáló óriástartályok teljes újratöltéshez minimum ötven perc szükséges, maximum 2000 kilogramm/óra termelési kapacitás mellett. A legnagyobb töltőállomás mérete segédberendezésekkel együtt egy normál focipálya méretével vetekszik, amit a telepítéshez gondosan fel kell mérni.

Nyitóképünkön a Mireo Plus H fantáziarajza