نارندرا مودی، نخستوزیر هند، از یک قطار مسافربری ۱۰ واگن با ظرفیت ۲۶۰۰ صندلی با سوخت پیل هیدروژنی در خط جیند-سونیپات در ایالت هاریانا رونمایی کرد. این بزرگترین مجموعه قطار با سوخت هیدروژنی در جهان است که قرار است وارد خدمت شود. این راهاندازی از این جهت حائز اهمیت است که یک وسیله نقلیه ریلی با ظرفیت بالا را با یک مرکز تولید و سوخترسانی کامل هیدروژن ترکیب میکند و مسیری احتمالی برای فاصله گرفتن از دیزل و برق خطوط هوایی برای راهآهن هند نشان میدهد.
چرا این قطار متفاوت است
بیشتر قطارهای هیدروژنی در جاهای دیگر تنها دو تا چهار واگن را در مسیرهای منطقهای کوتاه اجرا میکنند. نسخه هند، هشت واگن مسافربری و دو خودروی قدرت اختصاصی برای رانندگی با هیدروژن (DPCs) را اضافه کرده است. هر DPC شامل یک پیل سوختی غشای تبادل پروتون (PEM) با ظرفیت ۱۲۰۰ کیلووات (حدود ۱۶۰۰ اسب بخار) و یک بسته باتری لیتیوم-آهن-فسفات (LFP) است که تحویل قدرت را هموار میکند. در مسیر ۸۹ کیلومتری بین ایستگاه جیند و سونیپات، این قطار در ابتدا با سرعت حداکثر ۷۵ کیلومتر بر ساعت حرکت خواهد کرد، اگرچه طراحی آن امکان رسیدن به سرعت ۱۱۰ کیلومتر بر ساعت را فراهم میکند.
شیمیای که قطار را به حرکت درمیآورد
یک پیل سوختی PEM، هیدروژن با فشار بالا را با اکسیژن موجود در هوا مخلوط میکند. واکنش — هیدروژن + اکسیژن ← الکتریسیته + بخار آب — تنها گرما و بخار آب تولید میکند و دود و انتشار مستقیم کربن را از بین میبرد. الکتریسیته تولید شده، موتورهای کششی را که چرخها را میچرخانند، تغذیه میکند. از آنجایی که این سیستم به خطوط هوایی خارجی وابسته نیست، میتواند در مسیرهایی که فاقد برقرسانی هستند فعالیت کند.
ساخت یک اکوسیستم کامل هیدروژنی
راهاندازی این قطار با یک مرکز هیدروژنی ساختهشده در جیند مرتبط است. این مرکز هیدروژن را از طریق الکترولیز، یعنی تجزیه آب به هیدروژن و اکسیژن با استفاده از الکتریسیته، تولید میکند. این مرکز نزدیک به ۳۰۰۰ کیلوگرم هیدروژن را در فشار ۵۰۰ بار ذخیره میکند و قطار را با فشار ۳۵۰ بار از طریق دو توزیعکننده مستقل سوخترسانی میکند؛ این امر اجازه میدهد هر دو خودروی قدرت بهطور همزمان پر شوند و زمان توقف را کوتاه نگه دارد. این تأسیسات تاییدیه سازمان ایمنی نفت و مواد منفجره (PESO) را دریافت کرده است.
تدابیر ایمنی
هیدروژن بسیار قابل اشتعال است، بنابراین راهآهن هند رویکرد «دفاع در عمق» را اتخاذ کرده است. قطار و مرکز جیند مجهز به آشکارسازهای نشت، حسگرهای شعله، آشکارسازهای حرارتی و تهویه مداوم هستند که هرگونه گاز فرار کرده را پراکنده میکند. ارزیابی ایمنی مستقل توسط شرکت آلمانی TÜV SÜD، انطباق با استانداردهای ISO 19880 (ایستگاههای سوخترسانی هیدروژن) و NFPA-2 (ایمنی هیدروژن) را تأیید کرد. در صورت تشخیص نشت، سیستم بهطور خودکار و بدون دخالت دستی، منبع تأمین هیدروژن را جدا و قطع میکند.
آنچه در میان است
- اثرات زیستمحیطی – با حذف دیزل و کاهش وابستگی به برق شبکه، این قطار میزان انتشار مستقیم CO₂ را در مسیر کاهش میدهد. اگر این مدل گسترش یابد، میتواند ردپای کربن بخش ریلی را در سراسر کشور کاهش دهد.
- تغییر زیرساختی – ساخت سایتهای تولید، ذخیرهسازی و سوخترسانی هیدروژن نیازمند سرمایهگذاری و هماهنگی با شرکتهای برق است. موفقیت در این مسیر میتواند باعث ایجاد مراکز مشابه در سایر کریدورهای فاقد برقرسانی شود.
- محاسبات اقتصادی – تولید هیدروژن از طریق الکترولیز در بسیاری از بازارها هنوز هزینهای بیشتر از سوختهای متداول دارد. پایداری بلندمدت این پروژه به کاهش هزینههای برق، مقیاسپذیری فناوری الکترولیز یا حمایتهای سیاستی مانند یارانهها یا قیمتگذاری کربن بستگی خواهد داشت.
- محدودیتهای عملیاتی – سرعت اولیه ۷۵ کیلومتر بر ساعت در مقایسه با خدمات سریعتر دیزلی یا الکتریکی، اندک است. اگر مسافران این سرویس را کندتر بدانند، ممکن است تقاضا کمتر از ظرفیت باشد.
روی دیگر سکه
منتقدان خاطرنشان میکنند که چگالی انرژی پایین هیدروژن در واحد حجم، باعث استفاده از مخازن ذخیرهسازی سنگین میشود که وزن را افزایش و ظرفیت باربری را کاهش میدهد. با وجود تدابیر ایمنی چندلایه، نگرانیهای ایمنی همچنان پابرجا است؛ یک حادثه پرسر و صدا میتواند پذیرش عمومی را متوقف کند. شبکه فعلی نقاط سوخترسانی هیدروژن بسیار کوچک است و قطار را تا زمان ساخت مراکز بیشتر، به یک کریدور واحد محدود میکند. تا زمانی که هزینه هیدروژن تولید شده با الکترولیز کاهش نیابد، اقتصاد این طرح در مقایسه با گسترش کشش الکتریکی ممکن است نامطلوب باقی بماند.
آنچه در آینده باید زیر نظر داشت
- گسترش فراتر از هاریانا – راهآهن هند به گسترش این مفهوم به سایر خطوط غیربرقی اشاره کرده است، اما زمانبندی آن مشخص نیست.
- روند قیمت هیدروژن – تغییرات در قیمتگذاری برق تجدیدپذیر یا مشوقهای دولتی مستقیماً بر هزینه عملیاتی این سرویس تأثیر خواهد گذاشت.
- دادههای عملکردی – ارقام واقعی در مورد قابلیت اطمینان، میزان مصرف انرژی به ازای هر مسافر-کیلومتر و نیازهای نگهداری، تعیین خواهد کرد که آیا این فناوری میتواند با جایگزینهای دیزلی یا الکتریکی رقابت کند یا خیر.
- تکامل مقرراتی – بهروزرسانی استانداردهای ایمنی یا گواهینامههای جدید میتواند یا مسیر را برای ایجاد قطبهای هیدروژنی بیشتر هموار کند و یا هزینههای انطباق اضافی را تحمیل نماید.
نکته کلیدی
قطار ۲۶۰۰ نفره هیدروژن-سوختی هند ثابت میکند که یک وسیله نقلیه ریلی با ظرفیت بالا و آلایندگی کم میتواند در کنار یک زنجیره تأمین اختصاصی هیدروژن فعالیت کند. اینکه آیا این مدل به الگویی برای یک شبکه ملی سبزتر تبدیل خواهد شد یا خیر، به درک از ایمنی، مسیرهای هزینه و توانایی بازتولید این زیرساخت در مقیاس بزرگ بستگی دارد.