قطار هيدروجيني
.jpg&filetimestamp=20201209160414&)
القطار الهيدروجيني هو نوع من القطارات يستخدم الهيدروجين مصدراً للطاقة اللازمة لتشغيل منظومة الدفع، بدلاً من الاعتماد المباشر على وقود الديزل أو التغذية المستمرة بالكهرباء من الخطوط الهوائية للسكك الحديدية. وتستخدم معظم القطارات الهيدروجينية الحديثة خلايا الوقود لتحويل الهيدروجين والأكسجين إلى كهرباء، تُشغّل المحركات الكهربائية، ويكون الماء الناتج الأساسي للتفاعل. وتُعد هذه التقنية أحد الخيارات المطروحة لخفض الانبعاثات الناتجة عن النقل بالسكك الحديدية، ولا سيما على الخطوط غير المكهربة.
آلية العمل
تُخزَّن كميات الهيدروجين في خزانات مضغوطة، غالباً فوق عربات القطار، ثم تُنقل إلى خلايا الوقود، حيث تتفاعل مع الأكسجين الموجود في الهواء لإنتاج الطاقة الكهربائية والماء والحرارة. وتُستخدم الكهرباء الناتجة في تشغيل محركات الجر، بينما تُخزَّن الطاقة الفائضة في بطاريات تُستعمل عند التسارع أو ارتفاع الطلب على القدرة.[1]
وتستعيد بعض هذه القطارات الطاقة أثناء التباطؤ بواسطة الكبح المتجدد، مما يحسّن كفاءة التشغيل ويخفض استهلاك الهيدروجين.
ولا تُصدر خلايا الوقود انبعاثات مباشرة من ثنائي أكسيد الكربون أثناء التشغيل، إلا أن الأثر البيئي الإجمالي يعتمد على طريقة إنتاج الهيدروجين ونقله وتخزينه. فالهيدروجين المنتج باستخدام الطاقة المتجددة يمكن أن يحقق تخفيضاً أكبر في الانبعاثات مقارنة بالهيدروجين المستخرج من الغاز الطبيعي دون احتجاز الكربون.[2]
التطور التاريخي
ظهرت تجارب استخدام الهيدروجين في تشغيل مركبات السكك الحديدية خلال العقود الأخيرة من القرن العشرين، ثم تسارعت الأبحاث في مطلع القرن الحادي والعشرين، مع تطور خلايا الوقود وتقنيات تخزين الهيدروجين.
وفي سبتمبر 2018، بدأت شركة ألستوم الفرنسية تشغيل قطارين من طراز كوراديا آيلينت (Coradia iLint) في الخدمة التجارية للركاب بولاية سكسونيا السفلى الألمانية، في خطوة بارزة نحو استخدام خلايا الوقود في النقل الحديدي.[3]
وفي أغسطس 2022، افتُتح في الولاية نفسها أسطول مكوّن من 14 قطاراً هيدروجينياً من الطراز ذاته، ليحل محل قطارات ديزل على خط إقليمي غير مكهرب.[4]
أبرز النماذج والمشروعات
ألمانيا
يُعد قطار كوراديا آيلينت من أبرز النماذج التجارية للقطارات الهيدروجينية. وقد صُمم للعمل على الخطوط غير المكهربة، ويجمع بين خلايا الوقود والبطاريات لتوفير الطاقة اللازمة للجر.
الصين
طورت شركات صينية نماذج لقطارات تعمل بخلايا وقود الهيدروجين، ضمن جهود تطوير النقل منخفض الانبعاثات. وتشمل هذه المشروعات قطارات حضرية وإقليمية ومركبات سكك حديدية مخصصة لبيئات تشغيل مختلفة.
اليابان
طورت شركة شرق اليابان للسكك الحديدية، بالتعاون مع شركاء صناعيين، القطار التجريبي HYBARI، الذي يجمع بين خلايا وقود الهيدروجين والبطاريات. وبدأت تجاربه التشغيلية في مارس 2022، بهدف تقييم إمكان استخدام التقنية بديلاً لقطارات الديزل على الخطوط غير المكهربة.[5]
المزايا والتحديات
من أبرز مزايا القطارات الهيدروجينية إمكان تشغيلها دون إنشاء شبكة كهربائية علوية على امتداد الخط، وهو ما قد يجعلها مناسبة لبعض الخطوط الريفية والإقليمية ذات الحركة المحدودة. كما أنها تُخفّض الانبعاثات المحلية وتتيح تشغيل محركات كهربائية أقل ضجيجاً من محركات الديزل.
ومع ذلك، تواجه التقنية تحديات اقتصادية وفنية، تشمل ارتفاع تكلفة خلايا الوقود وخزانات التخزين، والحاجة إلى محطات للتزوّد بالهيدروجين، والخسائر الطاقية المصاحبة لإنتاجه وضغطه ونقله وتحويله مجدداً إلى كهرباء.
وتتميز القطارات الكهربائية التقليدية التي تستمد الطاقة مباشرة من الشبكة بكفاءة إجمالية أعلى في كثير من الحالات، بينما يمكن أن توفر القطارات العاملة بالبطاريات بديلاً منافساً على الخطوط القصيرة والمتوسطة غير المكهربة. ولهذا تتوقف جدوى الهيدروجين على طول الخط، وكثافة حركة القطارات، وتكلفة الكهرباء، وتوافر الهيدروجين منخفض الانبعاثات، ومتطلبات البنية التحتية.
الآفاق المستقبلية
يرتبط مستقبل القطارات الهيدروجينية بتطور اقتصاد الهيدروجين وانخفاض تكلفة إنتاجه باستخدام الكهرباء المتجددة، إلى جانب تحسين عمر خلايا الوقود وكفاءة أنظمة التخزين.
ومن المتوقع أن تظل التقنية خياراً متخصصاً لبعض خطوط السكك الحديدية غير المكهربة، بدلاً من أن تحل محل القطارات الكهربائية في جميع الاستخدامات. ويعتمد انتشارها على المقارنة الاقتصادية والبيئية مع كهربة الخطوط واستخدام القطارات العاملة بالبطاريات.
انظر أيضاً
المصادر
- ^ "Fuel Cells" (in الإنجليزية). United States Department of Energy.
- ^ "Global Hydrogen Review 2024" (in الإنجليزية). International Energy Agency. 2024.
- ^ "World premiere: Alstom's hydrogen trains enter passenger service in Lower Saxony" (in الإنجليزية). Alstom. 16 September 2018.
- ^ "World's first hydrogen train fleet starts passenger service in Germany" (in الإنجليزية). Alstom. 24 August 2022.
- ^ "East Japan Railway Company" (in الإنجليزية). JR East.