От гарата влакът изглежда като всеки друг британски пътнически влак. Но докато няколкостотин пътници се качват в металните вагони на Лонг Марстън, те се изправят пред необичайна гледка.
В един от вагоните пътниците са насърчавани да се разположат около четири водородни резервоара, горивна клетка и две литиеви батерии.
Водородната система на влака осигурява достатъчно енергия, за да може той да измине от 80 до 120 километра.
Влакът се нарича Hydroflex и е първият във Великобритания, който работи с водород.
Той е демонстриран за първи път публично през юни 2019 г. на релсите на Центъра за железопътни технологии "Куинтън" - съоръжение за изпитания в Лонг Марстън, който се намира близо до Стратфорд на Ейвън в Англия.
Инженерите, които разработват новия влак, са от Бирмингамския университет и работят съвместно с британската железопътна компания Porterbrook. Те искат пътниците да седят до водородните горивни клетки на влака, защото според тях колкото по-рано се запознаем с тази технология, толкова по-бързо ще се почувстваме в безопасност.
Опасенията заради водорода като горивен източник донякъде са разбираеми, предвид злощастната история на пълните с водород дирижабли като например злополучния британски R101 и немския "Хинденбург". Но влаковете, които работят с водородна енергия, са ефикасно и много по-безопасно превозно средство.
Доколко сме близо до влакове, които отделят само вода като отпаден продукт?
Начинът, по който водородът задвижва влак като Hydroflex, е доста елементарен. Горивната клетка се състои от анод, катод и електролитна мембрана.
Съхраняваният водород преминава през анода, където той бива разделен на електрони и протони. Електроните после преминават през електрическата верига, генерираща електрически заряд, който може да се съхранява в литиеви батерии или да се изпраща директно към електрическия двигател на влака.
Останалата част от водородната молекула реагира с кислорода върху катода и се превръща в отпаден продукт - вода.
Водородните резервоари на Hydroflex, горивната клетка и батериите в момента са разположени в пътнически вагон, но окончателният план е те да са монтирани под влака, за да има място за повече пътници. Естествено, водородът е изключително лесно възпламеним, но в Hydroflex той ще се съхранява в четири надеждно защитени резервоари под високо налягане - част от многобройните мерки за гарантирана безопасност.
Заради все по-сериозната опасност от климатична криза, търсенето на решения за транспортния бранш нараства, а Hydroflex е само един от много резултати.
През 2016 г. в Германия е представен Coradia iLint - първият в света влак с водородна енергия, който може да измине около 1000 км с един резервоар гориво - дистанция, равна на тази, която традиционните влакове изминават с резервоар дизелово гориво. Инженери в САЩ също работят върху свои версии на "водородния влак".
Но така или иначе железопътният транспорт е сред най-малките източници на парникови газове в транспортния бранш и тепърва предстои да се разбере дали ползата от мащабна промяна на железопътната система си струва.
Великобритания вече има 42 на сто електрифицирани жп маршрути по данни на Института на механичните инженери, което означава, че тези влакове са готови да постигнат нулев въглероден отпечатък, ако използват възобновим източник на енергия. Едната линия е от Лондон до Хемпшир и в момента е единствената в света, която работи на соларна енергия.
Останалите 58 на сто от британските жп линии още не са електрифицирани, така че все още са необходими и дизелови влакове, за да имат тези райони железопътна свързаност.
Инженерите, които работят върху Hydroflex, казват, че влаковете с водород могат да са отговорът на девъглеродизация на британската железопътна система, без да се налага да се плаща високата цена за електрификация на линиите. Според оценка на 20 от жп линиите във Великобритания и Континентална Европа електрифицирането на 1 километър железопътно трасе струва между 850 хил. и 1,1 млн. евро.
Водородните влакове са по-евтини, защото не изискват мащабни промени в релсовия път и могат да бъдат произведени чрез ремонти по съществуващите дизелови влакове.
Това е особено полезно в провинциалните райони, където има повече километри за електрифициране, но по-малко пътници, които да оправдават високия разход.
Пред водородните влакове обаче има и редица предизвикателства.
"Съхраняваме около 20 кг водород, и това е достатъчно, за да захранва горивната клетка в продължение на 3 часа", казва Стюарт Хилмансен, професор в Бирмингамския университет и ръководител на проекта Hydroflex. Поради това пътуването на по-големи разстояние все още не е възможно. Инженерите в Центъра за железопътни изследвания и просвета на Бирмингамския университет, партньор на Porterbrook за Hydroflex, работят върху начини да се преодолеят тези ограничения.
Въпреки че водородните горивни клетки могат да бъдат също толкова енергийно ефективни като дизеловото гориво, съхранението на газа може да се окаже проблем. "Водородът осигурява много енергия за единица маса, защото е свръхлек, но и заема доста голям обем", казва Рафаел Айзък, изследовател на горивните алтернативи в жп транспорта в Центъра за железопътни изследвания и просвета към Мичиганския университет.
"Със сегашните ни технологии на съхранение на водород, той заема доста повече място, отколкото еквивалентните изкопаеми горива." Въпреки че водородът обикновено е под налягане, все пак той не е така ефективен на единица обем като изкопаемите горива.
Също така има и проблем с мястото във влаковете. Горивните резервоари в Hydroflex например трябва да са достатъчно малки, за да се побират в обикновен вагон, който да може да премине през железопътни тунели от викторианската епоха.
Тези ограничения на пространството са една от причините Porterbrook да изберат да пресъоръжат по-стари модели влакове с енергийната система с водородно гориво, вместо да конструират изцяло нови влакове, както го сториха Alstom в Германия - съществуващите влакове вече съответстват на тунелите, през които трябва да преминават.
Въпреки че единственият пряк отпаден продукт от водородното гориво е водата, снабдяването с тази форма на енергия не е непременно изключително чист процес. "Предизвикателството е, че в момента водородът се получава като страничен продукт от химически процеси", коментира Хелън Симпсън, директор по иновациите и проектите в Porterbrook.
Най-евтиният и разпространен метод в момента използва природен газ и пара с висока температура за получаване на водород. Hydroflex работи с водород, получен от природен газ, но техният доставчик BOC заявява, че разглежда варианти за възобновима енергия.
За да бъде наистина устойчива водородната енергия, други методи на производство, които не разчитат на изкопаеми горива, трябва да станат масови. "Водород може да се получава и по други методи, включително и от възобновяеми източници, например електричество от соларни фотоволтаици и електролиза на вода", казва Маргарет Улдридж, аерокосмически инженер в Мичиганския университет.
Електролизата получава водород, като отделя кислорода от водата чрез електрическо напрежение.
Това напрежение може да се получи чрез енергия от възобновяеми източници, но все още това не е правено извън скромни тестови демонстрации.
За да бъде наистина екологична форма на пътуване, водородът ще трябва да се получава и съхранява от възобновяеми източници, като крайбрежни ветрови ферми и соларни масиви, вместо изкопаеми горива.
Друг траен екологичен проблем с водородните влакове е употребата им на литиеви батерии. В момента преработката на лития има огромен ефект върху околната среда. Добивът на 1 тон литий изисква 1,9 млн. литра вода, а минният добив на литий е свързан с няколко нива на замърсяване на околната среда. Учените се надяват в бъдеще да стане възможно извличането на литий от морската вода чрез соларна енергия, но идеята все още е в експериментална фаза.
От позитивна гледна точка, основно предимство на влакове като Hydroflex е потенциалът им като "двурежимни влакове", което означава, че те могат да се движат и по електрифицирани, и по традиционни жп линии.
Въпреки че определено има разходи, свързани с производството на нови влакове, работещи с водородна енергия (един от водородните влакове на Alstrom струва около 6 млн. евро), или пресъоръжаването на стари такива, те са гъвкава алтернатива там, където повечето линии, особено в селските райони, все още не са пригодени за електрически влакове.
"Това е ситуацията, в която водородното гориво е наистина ефективно от финансова гледна точка и е ценна алтернатива, осигуряваща нисковъглероден жп превоз", казва Симпсън. "Там, където имаме дълги маршрути, които не са много търсени от пътниците, липсват финансови изгоди от електрификацията на линиите."
Има ползи и за пътниците. Водородните влакове, подобно на електрическите, са невероятно тихи в сравнение с дизеловите.
За разлика от електрическите влакове, те са по-устойчиви и на отказ на електрическата мрежа. "Общата електрическа инфраструктура означава, че ако тя бъде повредена, това ще се отрази на движението на много влакове по линията", коментира Айзък. Водородният влак например би могъл да се превключи към горивните си клетки, ако електрическата мрежа не работи.
В държави, където пътническите влакове са по-малко популярни, например САЩ, възможността за пригаждане на товарни влакове към водородна енергия ще е ключова за налагането на масовото им производство.
Скорошен доклад, изготвен по поръчка на американското Министерство на енергетиката и Федералната железопътна администрация отбелязва, че въпреки че задвижването на товарни влакове с водород е по-голямо техническо предизвикателство, в крайна сметка то би имало "най-голяма ценност за обществото".
Товарите обаче са по-тежки от пътниците, така че биха изисквали повече водород, или по-ефективно компресиран водород под налягане, за да пренасят същите товари на същото разстояние, което в момента правят работещите с дизелово гориво товарни влакове.
Инженерите в Бирмингам в момента работят върху по-ефективни начини за компресиране на водород, едно от няколкото препятствия, които все още трябва да преодолее Hydroflex.
"Има голямо предизвикателство в разработката на инфраструктурата за подаване на водород към железницата," казва Хилмансен. "Тази технология съществува, но ще има нужда от ръст на мащаба на тези дейности."
Инженерите обаче подчертават, че Hydroflex не е само демонстрация на технологията на водородната енергия - плановете са той да стане функциониращ на пазара влак, като тестовете му по основните жп маршрути се очаква да започнат през март-април тази година.
Има дълъг списък от разрешения, които влакът трябва да получи, за да може да се счита за безопасен за комерсиална употреба, но участващите в проекта твърдят, че Hydroflex ще е напълно функциониращ още след 2 години.
В контекста на амбициите на Великобритания да се отърве напълно от дизеловите влакове към 2040 г., предстоящите през пролетта изпитания на Hydroflex го правят вероятно един от най-очакваните влакове в страната.
