Vätgas och luftledningar i hybridtåg

Dieselloken kan fasas ut och ersättas av tåg som drivs av vätgas. Inte i dag, men ett europeiskt forskningsprojekt ska testa tekniken med prototyper inom kort. Toyotas bränslecellsteknik blir en viktig komponent.

Nästan hälften av alla järnvägslinjer inom EU är elektrifierade och möjliggör därmed utsläppsfria transporter. Men på de övriga delarna av järnvägsnätet används dieseldrivna lok. Ett konsortium som ingår i ett EU-projekt utvecklar och testar nu en tågprototyp med nollutsläpp. I centrum för projektet finns ett hybriddrivsystem som kombinerar elförsörjning från luftkablar med en bränslecell och batterier. Det sistnämnda arbetar oberoende av luftkablar.

Projektet FCH2RAIL lanserades i januari och referensrutter samt driftscenarier för prototypen har nu definierats som ett första steg. I konsortiet ingår partners från Belgien, Tyskland, Spanien och Portugal.

Luftkablar och hybridsystem

Där det finns luftkablar hämtar tåget energi från dessa. Där det inte finns luftkablar kommer energin från bränslecellerna och batterisystem, kallat ”Fuel Cell Hybrid Power Pack”.

– Vi vill visa att att den här typen av tåg är ett konkurrenskraftigt och miljövänligt alternativ till dieselloken, säger projektledaren och forskaren Holger Dittus från German Aerospace Center – Institute of Vehicle Concepts (DLR).

I dag har många järnvägslinjer i Europa luftkablar ovanför spåren, vilket är en mycket dyr och långsiktig lösning som är beroende av de geografiska förutsättningarna. Ett alternativ är helt batteridrivna tåg, men de har en begränsad räckvidd (30 till 70 kilometer), beroende på ruttens profil och lufttemperaturen. Dagens diesellok har sämre prestanda i fråga om toppfart och acceleration jämfört med lok som drivs av elmotorer med kraft från luftkablar.

– Vårt bränslecellssystem med batterier kombinerar fördelarna med båda dessa tekniker: energin kan komma både från luftkablar och skapas ombord Det gör järnvägstransporter än mer hållbara och energieffektiva”, säger Sergio Gascon, teknisk projektledare vid Construcciones y Auxiliar de Ferrocarriles (CAF).

Energiförsörjningen konstrueras så att effekt och räckvidd kan utökas baserat på en modulprincip: antalet bränsleceller och batterimoduler styr effekten, antalet vätgastankar avgör räckvidden på sträckor som inte är elektrifierade. Därför kan drivenheten konstrueras för användning inom både persontransport och frakt.

Med en budget på 14 miljoner euro siktar projektet på att utveckla, demonstrera och säkerställa systemet inom de kommande fyra åren. Projektet har finansierats med 10 miljoner euro från Fuel Cells and Hydrogen 2 Joint Undertaking (FCH 2 JU).

– Vår studie om vätgas och bränsleceller i järnvägsmiljö visar betydande potential för FCH-teknik och att vätgasdrivna tåg kommer att vara en viktig del i att bygga ett hållbart, europeiskt transportsystem”, säger Bart Biebuyck, Executive Director vid FCH 2 JU. ”EU-kommissionen har gjort klart i sin vätgasstrategi att vätgas är en lovande möjlighet där elektrifiering är problematisk, som vissa delar av järnvägsnätet. FCH2RAIL-projektet kommer att visa teknik som ger en flexibel nollutsläppslösning för att ersätta dieselloken och jag ser fram emot att se resultaten.

På spåret: funktionstester med ombyggt pendeltåg

För att få grepp om den miljömässiga betydelsen av ett sådant här system från tillverkning via användning till återvinning samt för att utvärdera prestanda under verkliga förhållanden planeras att konvertera ett CIVIA eldrivet pendeltåg (tillverkat av spanska CAF). I detta tåg kommer vätgashybridsystemet att installeras. Den spanska tågoperatören Renfe tillhandahåller tåget.

En av de centrala komponenterna är de paketerade bränslecellsmodulerna från Toyota Motor Europe (TME), medan batterier och annan elektrisk teknik kommer från CAF. Inledande funktionstester och försöksrundor kommer att ga rum på spanska och portugisiska banor.

Det spanska vätgasforskningscentret Centro National de Hidrogeno (CNH2) ska konstruera vätgastankstationen för prototypen och övrig testverksamhet.

– Vi ser fram emot att få deltaga i konsortiet med vår bränslecellsteknik för en ny typ av vätgasanvändning. Vätgas har en viktig roll att spela med att minska koldioxidutsläppen på europeiska järnvägar och vi är glada över att få integrera Toyotas bränslecellsmoduler i ”Fuel Cell Hybrid Power Pack”, säger Thiebault Paquet, direktör för Fuel Cell Business Group inom Toyota Motor Europe.

Konstruera och styra systemet

Innan de första testkörningarna kan äga rum har det internationella projektteamet fortfarande en rad tekniska utmaningar att lösa. Bränslecells- och batterimoduler måste kombineras och styras på ett sätt så att systemet möter alla krav och samtidigt är kostnadseffektivt. Dessutom räknar man med att kunna använda överskottsvärme från bränslecellsmodulerna för att värma och luftkonditionera tåget. Tillverkaren av luftkonditioneringar, Faiveley / Stemman Technic (STT) och DLR utröner innovativa lösningar för minska energiåtgången för uppvärmning, ventilation och kylning som en del i projektet.