foto: RAILTARGET/Vodíkový vlak RS Zero od společnosti Stadler
Německo testuje vodíkové vlaky na tratích bez elektrifikace – mohou být řešením i tam, kde diesel přestává dávat smysl.
Uvedením vodíku na německou železnici se v rámci koncernu Deutsche Bahn zabývá DB Energie, která vyvíjí mobilní vodíkové čerpací stanice. Zelený vodík se vyrábí přímo na místě pomocí ekologické elektřiny, poté se skladuje v mobilním zásobníku a před tankováním se upravuje a ochlazuje v cisternovém přívěsu. Komunikace mezi vlakem a čerpací stanicí umožňuje tlakově regulované tankování přizpůsobené vozidlu. Vozidlo tak může být natankováno v optimálním čase, aby se mohlo operativně vrátit na trať.
První vlak na vodík provozuje bavorská regionální dopravní společnost Bayerische Regiobahn (BRB). V Augsburku DB Energie vybudovala vodíkovou čerpací stanice a mobilní přívěs se zásobníkem. Z technologických firem se vývojem vodíku pro železnici zabývá v Německu především firma Siemens Mobility. Vytváří ucelený vodíkový systém pro železnici s názvem „H2goesRail“. Součástí projektu jsou vlaky Siemens Mireo Plus H. Testování v reálném provozu finančně podpořilo Spolkové ministerstvo dopravy.
V reálném provozu byly poprvé vodíkové vlaky nasazeny ve spolkové zemi Hesensku, v dopravním svazu Rhein-Main-Verkehrsbund. Jezdit se začalo s novým jízdním řádem v prosinci 2022 s vlaky Alstom Coradia iLint na čtyřech ne zcela elektrifikovaných tratích, avšak s velkými problémy, o čemž píšeme níže v článku.
Vodík je tématem i pro DB Cargo
Železniční nákladní dopravce DB Cargo ve své strategii vychází z vládních strategických materiálů, podle kterých do roku 2030 bude roční spotřeba vodíku činit přibližně 110 terawatthodin. Pro srovnání: celková spotřeba elektřiny v Německu činila naposledy přibližně 580 terawatthodin ročně. „Vodík bude hrát významnou roli v budoucím energetickém mixu. V současné době existuje mnoho nových iniciativ, jak dopravit zelený vodík po moři do Německa,“ říká Dr. Sigrid Nikutta, ředitelka DB Cargo AG a členka představenstva DB zodpovědná za nákladní dopravu.
DB Cargo se připravuje na novou roli – distributora vodíku. Především z přístavů do průmyslových podniků ve vnitrozemí. Podle Nikutty vodík potřebuje logistiku, kterou po celém území Německa může nabídnout jen Deutsche Bahn. Přeprava vodíku po železnici je konkurenceschopnou alternativou k potrubí, zejména proto, že dosud neexistuje.
Psali jsme
Společnost Stadler představila na veletrhu Rail Business Days svůj vodíkový vlak RS ZERO. Slavnostní premiéra vozidla ve střední Evropě proběhla…
Tržní a politický souboj vodíků
Podobně jako u jiných zdrojů energií probíhá i ve vodíkových technologiích politicko-ekonomický střet. Tzv. „Zelený vodík“ vzniká elektrolýzou výhradně z obnovitelných zdrojů energie. Nelze jej však vždy vyrábět tam, kde je potřeba. Proto jsou zapotřebí logistická řešení. Zelený vodík se vyrábí především v regionech s velkým množstvím větru, slunce a vody. Předpokládá se, že se vodík bude dovážet do Německa vázaný v chemikáliích námořní přepravou. DB Cargo ve spolupráci s energetickými společnostmi vyvinula koncept pro přepravu vodíku v kapalném stavu, aby mohla použít železniční cisternové vozy. Pro přepravy jsou však potřebné speciální vodíkové cisterny, ze kterých bude možné odčerpávat vždy určité množství vodíku, například pro vodíkové čerpací stanice. DB Cargo zkouší také přepravovat vodík v plynném stavu pod vysokým tlakem ve speciálních kontejnerech Multi Element Gas Containers a zmrazeného zkapalněného vodíku na extrémně nízkou teplotu (-253°C).
Zelený vodík potřebuje ke svému rozvoji vytěsnit již nyní z budoucího trhu vodík, který se nevyrábí z obnovitelných zdrojů. Ideologicky byl pojmenován jako „šedý vodík“. Jde o vodík, který se jednak vyrábí ze zemního plynu, přičemž se uvolňuje CO2. Na každou tunu vodíku připadá 10 tun CO2. O šedém vodíku se hovoří také v případě, že se k elektrolýze vody používá elektřina z jiných zdrojů než z tzv. obnovitelných. Šedý vodík v současné době stále tvoří většinu vyrobeného vodíku: v Německu je to přibližně 40 %.
Psali jsme
Jedna jízda vlakem místo autem ušetří tolik emisí, jako 38 týdnů recyklace. Srovnání, jak velký dopad mají ekologické kroky oproti jedné jízdě vlakem vyčíslila…
Vodíkové vlaky: teorie a reálný železniční provoz
Regionální vodíkové vlaky v Hesensku „největší vodíková flotila na světě“ stály celkem 500 milionů eur. Alstom nejprve dodal jen část z celkem 27 objednaných souprav. Neexistovaly náhradní vlaky a celé měsíce se jezdilo v náhradním provozu dieselovými autobusy. Teprve za rok, při změně jízdního řádu v prosinci 2023, Alstom dodal všechny objednané vodíkové vlaky. Chaos na hesenské železnici však pokračoval. Opakovaně docházelo k technickým problémům a vlaky pravidelně vypadávaly z provozu. „Hlavními důvody jsou omezená funkčnost pohonné technologie a nedostatek náhradních dílů,“ uvedl dopravce a v zoufalství objednal a nasadil na trati opět dieselové vlaky.
Ústředním problémem vodíkové technologie je její relativně nízká energetická účinnost. Celý proces od výroby elektřiny přes výrobu a skladování vodíku až po zpětnou přeměnu na elektřinu v palivovém článku se vyznačuje značnými energetickými ztrátami. Studie ukazují, že při výrobě, skladování, distribuci a využívání vodíku může dojít ke ztrátě až 70 procent původní energie. Pro srovnání: u vlaků poháněných přímo elektřinou je účinnost celého řetězce od výroby elektřiny po hnací sílu vyšší než 80 procent. To znamená, že čistě elektrické vlaky pracují mnohem efektivněji a hospodárněji.
Pořizovací náklady na vodíkové vozidla jsou v současné době výrazně vyšší než náklady na dieselové nebo bateriové vlaky. K tomu se přidávají vysoké náklady na vybudování vhodné vodíkové infrastruktury, jako jsou výrobní zařízení, sklady, doprava a čerpací stanice.
V praxi se tedy na neelektrifikovaných úsecích tratí nebo odbočkách z hlavních tratí prosazují hybridní bateriové vlaky (BEMU). Účinnost a ekonomická efektivita těchto systémů je výrazně vyšší než u vodíkových vlaků, protože nevyžadují přeměnu vodíku na elektřinu. Kromě toho je infrastruktura pro nabíjení baterií často levnější a jednodušší na realizaci než vodíkové čerpací stanice. Tyto bateriové elektrické vlaky dosahují v současné době dojezdu 80 až 120 kilometrů a ve střední Evropě tak lze překlenout většinu mezer v elektrifikaci železniční sítě.
Psali jsme
Bateriové vlaky se ukazují jako životaschopná alternativa pro neelektrifikované tratě: britský operátor Great Western Railway překonal rekord dojezdu…
Vodík jako ekonomicky vhodná volba na vybraných tratích
Vodík ovšem přece jen může být vítězem v budoucnosti na některých tratích i z ekonomického hlediska. Modelovou situací může být tato: dostatečně dlouhá (více než 100 km) neelektrifikovaná trať, kde se nepočítá s intenzivnějším provozem nákladní železniční dopravy, ale je nutné zajistit osobní železniční dopravu, avšak zároveň se z různých důvodů zatím nepočítá s elektrifikací této trati. Započtou-li se do celkového ekonomického modelu ušetřené náklady za elektrifikaci a zohlední se předpokládaná cena emisních povolenek ETS 2 pro dopravu (od r. 2027), která výrazně zatíží dieselový pohon, může na těchto tratích vodíkový vlak být nejvýhodnějším řešením.
V podmínkách ČR jsou ovšem náklady na elektrifikaci investičním výdajem Správy železnic, zatímco náklady na pořizování vlaků a jejich provoz jsou záležitostí objednavatelů a železničních dopravců jde o oddělené systémy, v nichž každý počítá „svoje“ náklady a celkový ekonomický efekt vodíkového pohonu nemusí být bez státního nadhledu na železnici jako systém a celek nebude vůbec možný.
Vraťme se do Německa, kde na podobných tratích a mimo velký zájem veřejnosti provoz již existuje. Vodíkové vlaky (HEMU) Siemens Mireo Plus H nahradily dieselové motorové vozy na regionální trati Heidekrautbahn (RB 27) v okrese Barnim v Braniborsku a jezdí až do Berlína. K výrobě se používá vodík z lokálních větrných a solárních elektráren. Ačkoliv se celý projekt neobešel bez dotací z veřejných prostředků, ukazuje se zde, jak typologicky určité trati budou moci být obsluhovány i bez elektrifikace.