评论:为什么氢火车在英国将是一个罕见的景象

在未来的几年里，如果你住在东英吉利，你可能会发现自己乘坐氢动力火车从诺维奇到克罗默，或伊普斯维奇到洛韦斯科夫特。它可能会让你觉得很有未来感，或者你可以享受在我们的交通系统中去碳的先锋派，或者你可能只是享受没有柴油机噪音的感觉。你肯定会感到很荣幸，因为很可能只有在威尔士的乡村才能体验到这种旅行方式。为什么如此?因为氢气很可能在英国铁路网的脱碳过程中扮演一个重要但相当小众的角色。

地面交通目前是英国最大的温室气体排放部门，自1990年以来排放量基本保持不变，而在以前占主导地位的行业，工业和电力，排放量急剧下降。其中约95%的排放来自汽车、货车和重型货车，铁路约占2%。考虑到铁路是目前唯一一种既能运送人员又能运送重型货物的零碳交通方式，我们的首要任务应该是所谓的“模式转移”——将人员和货物从公路转移到火车上。

假设我们已经对模态位移采取了必要的措施;我们如何减少铁路的碳足迹?英国铁路网在电气化方面落后于其他一些国家，目前电气化率为38%。非电气化轨道目前需要柴油牵引，这是铁路“尾气”碳足迹的主要来源。随着可再生能源在我们的电网中的含量逐渐扩大，电力牵引的贡献逐渐减少——一旦所有的电力都是可再生能源，电力牵引的贡献就会减少到零。

那我们怎么摆脱那些迪塞尔火车呢?其中一项正在考虑的技术是氢气，德国已经有多个装置投入使用，荷兰和英国正在进行试验。一列典型的火车会有氢燃料箱——一个350bar的压力容器——一个氢燃料电池发电，一个牵引转换器为发动机提供动力。它可能会配备化学电池和DC-DC转换器，为加速过程中的峰值需求提供能量，并作为再生制动的存储。燃料电池的燃烧产物是水，所以火车本身不会产生碳排放。

除了需要特殊的储存和加油设施外，氢燃料列车看起来像是柴油的一个相当直接的替代品，在标准的非电气化轨道上运行。那么，为什么我说它们在英国是罕见的景象呢?

首先，氢气储存体积庞大。即使在350bar，需要的燃料量是柴油的8倍。对于长途或货运服务，这是一个特别的问题。其次，氢不太可能适用于时速超过90英里的高速服务。另一个因素是，氢气列车需要大规模电解技术的发展——目前大多数工业氢气是通过将甲烷分解为氢气和二氧化碳来生产的，这对脱碳没有任何作用。最后，由于电解、燃料压缩和燃料电池的综合损耗，一列使用电解燃料的氢火车在一定里程内所需的电能是同等数量的电动火车的三倍。其影响就是对可再生能源的需求是原来的三倍。

因此，铁路网的牵引脱碳网络战略建议将网络的非电气化部分按以下方式进行转换:电牵引(85%)，氢牵引(8%)和电池牵引(5%)，按轨道公里计算．如果你考虑到氢气和电池路线也是最不繁忙的路线，那么氢气路线的比例就更小了。

电力牵引具有巨大的优势。使用的燃料不需要运输，节省空间。它是节能的。对于每小时运行四辆或更多列车的服务，它的全寿命成本比氢燃料或电池都要低。它适用于高速服务和货运。

电气化最大的缺点是安装成本，每轨道公里的费用在100万到250万英镑之间。成本较高，因为现有桥梁和隧道的净空空间有限，架空线路没有足够的净空空间，也很难进入现场。毫不奇怪，降低轨道电气化的每公里成本是脱碳的一个主要推动因素，也是一个备受关注的话题。

在权衡利弊后，铁路网得出结论，脱碳铁路实际上是电气化铁路，氢气和电池牵引的贡献虽小但很重要。当然，这是一个长期的观点，在电气化计划完成之前，氢气很可能会在快速淘汰柴油列车方面发挥重要的临时作用。最终，氢气将找到归宿，在安静、交通流量低的乡村线路上提供低速客运服务，或者在电气化实施成本特别高的地方。

这就把我们带回到诺福克和萨福克的海岸线上，这是英国铁路网计划大量使用氢燃料列车的两个地区之一。就我个人而言，我期待着在这一地区美丽的乡村中，乘坐一辆安静、无排放的火车，享受一段轻松的旅程，这种火车的动力技术仍有一些“太空时代”的感觉。

尼古拉斯·希尔是设计和创新技术咨询公司的首席执行官Plextek