Toen de Britse regering haar plannen om treinlijnen door Wales te elektrificeren annuleerde, de Midlands en het noorden van Engeland, en bezuinigen op de elektrificatie van het Great Western spoorwegnet, het maakte voortijdig een einde aan een investeringsprogramma in het spoor dat ooit werd aangeprezen als het grootste dat het land sinds het Victoriaanse tijdperk had gezien. Maar nu suggereren rapporten dat de overheid en treinfabrikanten hopen dat er een alternatieve manier is om de Britse spoorwegen elektrisch te maken:waterstof.

Waterstoftreinen hebben al meer vervuilende dieselmotoren vervangen op een lijn in Duitsland, en sommige treinmaatschappijen denken dat de voertuigen al in 2022 in Groot-Brittannië kunnen rijden. De introductie ervan zou nog steeds aanzienlijke investeringen vergen en zou niet zonder uitdagingen zijn. Maar ze kunnen wel een belangrijke stap zijn in het verkleinen van de CO2-voetafdruk van het spoor.

Slechts ongeveer een derde van het Britse spoorwegnet is geëlektrificeerd, met weinig extra spoor omgebouwd in de afgelopen jaren. Zonder het netwerk verder te elektrificeren, de regering staat voor het dilemma hoe dieseltreinen die koolstofdioxide en andere schadelijke vervuilende stoffen produceren, uit te bannen.

De huidige strategie is om bimodale treinen aan te schaffen die kunnen overschakelen op diesel wanneer ze delen van het spoor bereiken zonder elektriciteit. Maar hierdoor wordt de kwestie van het omgaan met klimaatverandering en luchtvervuiling verdoezeld en blijft het VK nog steeds ver achter bij de meeste andere Europese netwerken.

Als het elektriseren van de rest van het netwerk te duur wordt geacht, een mogelijk alternatief is het opwekken van elektriciteit aan boord van de trein. Een manier om dit te doen is om brandstofcellen te gebruiken die waterstofgas combineren met zuurstof uit de lucht om elektriciteit en water te produceren. Waterstof kan meer energie vervoeren dan batterijen van hetzelfde gewicht, wat betekent dat brandstofcelsystemen lichter kunnen zijn. Ze hebben ook minder tijd nodig om bij te tanken dan batterijen om op te laden en hebben niet dezelfde hoge milieukosten als gevolg van de productie.

Het waterstofgas zou in tanks moeten worden gecomprimeerd die normaal gesproken op het dak van de trein worden opgeslagen. Maar het toevoegen van een regeneratief remsysteem om een ​​extra kleine batterij op te laden, zou de hoeveelheid waterstof die nodig is om de trein van stroom te voorzien, verminderen.

De hoge kosten van het installeren van bovenleidingen betekenen dat waterstoftreinen waarschijnlijk een meer economische manier zijn om spoorlijnen met relatief weinig verkeer te elektrificeren. En het is logisch om te experimenteren met waterstoftreinen om onverwachte problemen aan het licht te brengen. Maar wijdverbreid gebruik zou aanzienlijke investeringen vergen in de opwekking en opslag van waterstof. Omdat er maar heel weinig spoorwegen op waterstof zijn gebouwd, het is niet duidelijk of ze regeringen daadwerkelijk geld zouden besparen door grotere lijnen te elektrificeren die schaalvoordelen zouden opleveren.

Een betere oplossing zou kunnen zijn om bimodale treinen te ontwikkelen die kunnen schakelen tussen elektriciteit van bovenleidingen en brandstofcellen. Dit zou met name geschikt zijn voor het Britse spoorwegnet, die veel bruggen en tunnels heeft die te laag zijn om bovengrondse kabels onder te leggen en die erg duur zijn om te vervangen. Als elektrische treinen zouden kunnen overschakelen op waterstof voor baanvakken met bruggen of tunnels in plaats van kabels, het zou de kosten van elektrificatie aanzienlijk kunnen verlagen.

Het andere probleem met waterstofbrandstofcellen is dat de brandstof momenteel wordt vervaardigd uit methaan (aardgas) met behulp van een proces dat stoommethaanreforming wordt genoemd en dat ook een grote output van zeer giftige koolmonoxide produceert. Dit kan worden omgezet in koolstofdioxide, maar dat betekent dat het gebruik van waterstofbrandstofcellen nog steeds bijdraagt ​​aan de uitstoot van broeikasgassen.

Schonere waterstof

Een vervuilingsvrije manier om waterstof te produceren is door middel van elektrolyse, door een elektrische stroom door water te laten lopen. In theorie, je zou overtollige windenergie (en misschien zonne-energie) kunnen gebruiken om deze elektriciteit op te wekken en van waterstof een hernieuwbare energiebron te maken. Het probleem is dat elektrolyse-installaties waarschijnlijk niet rendabel zijn, tenzij ze een groot deel van de dag draaien. Dit zou betekenen dat als er geen overmatige wind was om ze aan te drijven, ze zouden regelmatige elektriciteit van het net nodig hebben, wat het proces zeer duur zou maken (en niet noodzakelijk hernieuwbaar).

Een tweede alternatief is het gebruik van een "thermochemische" productiemethode waarbij water wordt omgezet met zwavel en jodium in aanwezigheid van warmte. Het goede nieuws is dat deze methode de komende tien jaar economisch zal worden dankzij de ontwikkeling van kerncentrales van generatie IV. Deze hoge temperatuur, in China worden kleine modulaire reactoren ontwikkeld, de VS, Canada en Japan, maar niet in het VK of Europa.

Ondanks de huidige beperkingen van waterstof als transportbrandstof, naarmate meer en meer landen (met name Japan) verder onderzoek doen naar de waterstofeconomie, de kosten ervan zullen aanzienlijk dalen, net als voor zonne- en windenergie. Waterstof zou uiteindelijk zelfs aardgas in gasleidingen kunnen vervangen, wat zou helpen de kosten van het gebruik ervan voor transport te verlagen.

De moeilijkheid die vaak wordt gezien bij het proberen om een ​​nieuw soort transportbrandstof te introduceren, is dat voertuigeigenaren het niet zullen gebruiken zonder de infrastructuur om het te ondersteunen, maar infrastructuurbouwers zullen het niet installeren tenzij er vraag is van voertuigeigenaren. Een door de overheid gefinancierd experiment met waterstoftreinen kan dit probleem helpen oplossen en de duurzame waterstofeconomie een stap dichter bij de realiteit brengen.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.