Почему старый поезд может указывать на будущее чистой энергии

Старый грузовой дизельный поезд в Британской Колумбии, Канада, вот-вот получит новую жизнь.

Местная фирма Hydrogen in Motion (H2M) в настоящее время переоборудует локомотив Green Goat, чтобы он работал на водороде и аккумуляторах.

Так называемый локомотив-переключатель выполняет такие задачи, как перевозка небольших грузов пиломатериалов или корма для животных на железнодорожных станциях.

Если все пойдет по плану, двигатель H2M будет запущен к концу этого года или в начале следующего.

«Успешно продемонстрировав это, мы увидим и более крупные поезда», — говорит президент и исполнительный директор H2M Грейс Куан. «Мы собираемся переоборудовать целые флоты».

Водород, который при сгорании выделяет воду, но не выделяет углекислый газ, часто рекламируется как топливо будущего.

Уже есть несколько водородных поездов, таких как в настоящее время развертывается в немецкой земле Нижняя Саксония. Технология дебютировала там в 2018 году.

В Великобритании появился водородный локомотив HydroFlex2. проходит тестирование в Лонг-Марстоне, Уорикшир.

Но современные методы хранения водорода в резервуарах в виде газа под высоким давлением или очень холодной (криогенной) жидкости дороги и потенциально небезопасны. Ученые давно стремились найти способы хранения водорода в более инертных твердых формах.

В случае с H2M компания разработала наноматериал, в котором водород хранится при относительно низком давлении по сравнению с другими технологиями.

По словам г-жи Цюань, просто открывая клапан и снижая давление, водород выходит, точно так же, как CO2 в газированном напитке высвобождается, когда вы открываете бутылку.

Она добавляет, что водород может быть особенно полезен для питания тяжелых транспортных средств, которые отправляются в дальние поездки, таких как поезда и грузовики, хотя компания также разработала трехколесный тук-тук с водородным двигателем в качестве небольшой демонстрации.

«В зависимости от размера топливного элемента мы могли бы отказаться от энергии на неделю», — говорит г-жа Цюань из тук-тука.

Но она добавляет, что поиск инвестиционных средств для развития технологий ее фирмы был непростым делом. И многие другие твердотельные решения для хранения водорода находятся на ранней стадии разработки.

Хотя некоторые из них интересны, огромная проблема, с которой они сталкиваются, заключается в том, чтобы доказать, что они являются коммерчески жизнеспособными и достойными выбора, скажем, вместо батарей для определенных приложений.

Дункан Грегори из Университета Глазго говорит, что те, кто в настоящее время работает над технологией хранения водорода, стремятся достичь плотности 5 мас.% (весовых процентов) или выше в среде хранения. «До этого действительно сложно добраться», — объясняет он.

Хотя усилий предостаточно. Возьмем метод, над которым в настоящее время работают Ян Чен из Университета Дикина в Австралии и его коллеги.

Он включает в себя технику, называемую шаровой мельницей, своего рода процесс измельчения с использованием крошечных шариков внутри канистры. Эта измельчающая активность повышает уровень давления, способствуя поглощению газов порошком внутри канистры.

Профессор Чен и его коллеги обнаружили, что они могут использовать это для хранения газов, включая водород, в порошке нитрида бора.

«Нам он нравится, потому что он стабилен, не токсичен и легок», — говорит профессор Чен, добавляя, что с помощью этого метода можно получить 5% веса.

В июле команда описала, как этот процесс можно использовать для хранения углеводородов. в академической статье. Детали экспериментов, в которых им удалось сохранить водород и другие газы, такие как CO2 и аммиак, еще не обнародованы.

Профессор Чен в восторге от возможности хранить водород в такой форме, которая просто требует применения тепла для повторного выделения газа. Но он признает, что между этим исследованием и коммерческим успехом лежит долгий путь.

Еще технологии бизнеса:

Команде нужно будет спроектировать крупномасштабное оборудование и показать, что метод будет действительно рентабельным в масштабе. «Мы не утверждаем, что решили все основные проблемы, — говорит профессор Чен.

Проблемы с затратами были подчеркнуты в октябре, когда немецкое государство Баден-Вюртемберг исключил замену тепловозы с поездами на водороде.

Исследование, проведенное по заказу государства, пришло к выводу, что установка воздушных линий электропередач или гибридных поездов на батареях обеспечила гораздо лучшее соотношение цены и качества в течение 30-летнего периода.

Профессор Грегори, который в настоящее время работает с отдельной, неназванной фирмой над водородными технологиями, добавляет, что одна из потенциальных проблем с процессом шаровой мельницы заключается в том, сколько времени он занимает. Мелкомасштабные эксперименты, о которых сообщил профессор Чен и его коллеги, заняли 20 часов измельчения.

Помимо транспорта, водород, хранящийся в твердом состоянии, может иметь и другие применения. В настоящее время в Шотландии проводятся испытания по производству и хранению водорода на одном из Оркнейских островов.

Система машинного обучения будет отслеживать погодные условия и решать, когда использовать электроэнергию от ближайших ветряных турбин для обеспечения процесса электролиза, который используется для извлечения водорода из воды.

«Это хороший испытательный стенд», — говорит Энасс Або-Хамед, исполнительный директор и соучредитель H2GO Power. «У вас может быть неделя, полная ветра, а затем неделя без ничего».

Система также определит, когда водород будет лучше всего высвобождаться или храниться, в данном случае в порошкообразном веществе. Эта накопленная энергия обеспечит потенциальный ресурс во время ветровой засухи.

Отсутствие ветра, к сожалению, помогли поднять цены на энергоносители в Великобритании в этом году.

Хотя пока нет уверенности в том, что система на Оркнейских островах действительно будет подключена к местной электросети во время испытаний, доктор Або-Хамед говорит, что это возможно, и если это так, водород можно будет использовать для питания до 70 домов. В будущем его также теоретически можно будет перевести обратно в газообразное состояние и использовать для отопления жилых помещений.

У водорода есть потенциал в качестве топлива для котлов, которое будет чище природного газа, утверждает профессор Грегори, хотя при его реализации также возникают серьезные проблемы.

Недавние исследования поставили под сомнение потенциал водорода как топлива как с точки зрения отопления, так и транспорта.

Профессор Грегори утверждает, что если кто-то сможет решить проблему хранения водорода, то это может коренным образом изменить то, как мы питаем транспортные средства в мире — от грузовых поездов до автомобилей.

«Я вижу, что через 20 лет или около того, когда кто-то в конце концов придумает материал, который будет выполнять эту работу, я считаю, что батареи вполне могут быть заменены водородом», — говорит он.