Thủ tướng Ấn Độ, Narendra Modi, đã khánh thành đoàn tàu hành khách chạy bằng tế bào nhiên liệu hydro gồm 10 toa, sức chứa 2.600 chỗ ngồi trên tuyến Jind-Sonipat ở bang Haryana. Đây là đoàn tàu chạy bằng hydro lớn nhất thế giới chuẩn bị đi vào hoạt động. Sự kiện ra mắt này có ý nghĩa quan trọng vì nó kết hợp một phương tiện đường sắt công suất lớn với một trung tâm sản xuất và tiếp nhiên liệu hydro quy mô đầy đủ, cho thấy một lộ trình khả thi để thay thế diesel và điện lưới trên cao cho ngành đường sắt Ấn Độ.

Tại sao đoàn tàu này lại khác biệt

Hầu hết các đoàn tàu chạy bằng hydro ở những nơi khác chỉ chạy từ hai đến bốn toa trên các tuyến đường khu vực ngắn. Phiên bản của Ấn Độ bổ sung thêm tám toa hành khách và hai toa động lực chuyên dụng chạy bằng hydro (DPC). Mỗi DPC chứa một tế bào nhiên liệu màng trao đổi proton (PEM) có công suất 1.200 kW (khoảng 1.600 mã lực) và một bộ pin lithium-sắt-phosphate (LFP) giúp điều tiết việc cung cấp năng lượng. Trên đoạn đường dài 89 km giữa Ga Jind và Sonipat, đoàn tàu ban đầu sẽ chạy với tốc độ lên tới 75 km/h, mặc dù thiết kế cho phép đạt tốc độ 110 km/h.

Phản ứng hóa học giúp đoàn tàu chuyển động

Một tế bào nhiên liệu PEM trộn hydro áp suất cao với oxy từ không khí. Phản ứng—hydro + oxy → điện năng + hơi nước—chỉ tạo ra nhiệt và hơi nước, loại bỏ khói và khí thải carbon trực tiếp. Điện năng sẽ cung cấp cho các động cơ kéo để làm quay bánh xe. Vì hệ thống không phụ thuộc vào các đường dây điện trên cao bên ngoài, nó có thể hoạt động trên các tuyến đường chưa được điện hóa.

Xây dựng một hệ sinh thái hydro hoàn chỉnh

Việc ra mắt đoàn tàu gắn liền với một trung tâm hydro được xây dựng chuyên dụng tại Jind. Trung tâm này sản xuất hydro bằng phương pháp điện phân, tách nước thành hydro và oxy bằng cách sử dụng điện. Nó lưu trữ gần 3.000 kg hydro ở áp suất 500 bar và tiếp nhiên liệu cho tàu ở mức 350 bar thông qua hai thiết bị phân phối độc lập, cho phép cả hai toa động lực được nạp đầy cùng lúc và giữ thời gian quay vòng ngắn. Cơ sở này đã nhận được sự phê duyệt từ Tổ chức An toàn Chất nổ và Dầu khí (PESO).

Các biện pháp bảo vệ an toàn

Hydro rất dễ cháy, vì vậy Đường sắt Ấn Độ đã áp dụng phương pháp "phòng thủ đa lớp" (defence in depth). Đoàn tàu và trung tâm tại Jind được trang bị các thiết bị phát hiện rò rỉ, cảm biến ngọn lửa, cảm biến nhiệt và hệ thống thông gió liên tục để phân tán bất kỳ loại khí thoát ra nào. Một đánh giá an toàn độc lập bởi TÜV SÜD của Đức đã xác nhận sự tuân thủ tiêu chuẩn ISO 19880 (trạm tiếp nhiên liệu hydro) và NFPA-2 (an toàn hydro). Nếu phát hiện rò rỉ, hệ thống sẽ tự động cách ly và ngắt nguồn cung cấp hydro mà không cần sự can thiệp thủ công.

Những yếu tố then chốt

  • Tác động môi trường – Bằng cách loại bỏ diesel và giảm sự phụ thuộc vào điện lưới, đoàn tàu giúp cắt giảm lượng khí thải CO₂ trực tiếp trên tuyến đường. Nếu mô hình này được mở rộng, nó có thể làm giảm dấu chân carbon của ngành đường sắt trên toàn quốc.
  • Sự chuyển dịch cơ sở hạ tầng – Việc xây dựng các địa điểm sản xuất, lưu trữ và tiếp nhiên liệu hydro đòi hỏi vốn đầu tư và sự phối hợp với các đơn vị điện lực. Thành công có thể thúc đẩy các trung tâm tương tự dọc theo các hành lang chưa điện hóa khác.
  • Tính toán kinh tế – Việc sản xuất hydro bằng điện phân vẫn có chi phí cao hơn nhiên liệu truyền thống ở nhiều thị trường. Khả năng tồn tại lâu dài của dự án sẽ phụ thuộc vào chi phí điện thấp hơn, việc mở rộng quy mô công nghệ điện phân, hoặc sự hỗ trợ từ chính sách như trợ cấp hoặc định giá carbon.
  • Giới hạn vận hành – Tốc độ ban đầu 75 km/h là khá khiêm tốn so với các dịch vụ chạy bằng diesel hoặc điện nhanh hơn. Nếu hành khách cảm thấy dịch vụ chậm hơn, nhu cầu có thể không theo kịp công suất.

Mặt khác của vấn đề

Các nhà phê bình lưu ý rằng mật độ năng lượng thấp của hydro trên mỗi đơn vị thể tích buộc phải sử dụng các bình chứa nặng, làm tăng trọng lượng và giảm tải trọng hữu ích. Những lo ngại về an toàn vẫn còn đó bất chấp các biện pháp bảo vệ đa lớp; một sự cố nghiêm trọng có thể làm đình trệ sự chấp nhận của công chúng. Mạng lưới các điểm tiếp nhiên liệu hydro hiện tại còn rất nhỏ, giới hạn đoàn tàu trong một hành lang duy nhất cho đến khi có thêm nhiều trung tâm được xây dựng. Cho đến khi chi phí sản xuất hydro bằng điện phân giảm xuống, hiệu quả kinh tế có thể vẫn không thuận lợi so với việc mở rộng hệ thống kéo điện.

Những điều cần theo dõi tiếp theo

  • Triển khai mở rộng ra ngoài bang Haryana – Đường sắt Ấn Độ đã gợi ý về việc mở rộng khái niệm này sang các tuyến đường chưa điện khí hóa khác, nhưng lộ trình thời gian vẫn chưa rõ ràng.
  • Xu hướng giá hydro – Những thay đổi trong giá điện tái tạo hoặc các chính sách ưu đãi của chính phủ sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến chi phí vận hành của dịch vụ.
  • Dữ liệu hiệu suất – Các số liệu thực tế về độ tin cậy, mức tiêu thụ năng lượng trên mỗi hành khách-kilômét và nhu cầu bảo trì sẽ quyết định liệu công nghệ này có thể cạnh tranh được với các lựa chọn thay thế bằng diesel hoặc điện hay không.
  • Sự tiến triển của các quy định pháp lý – Việc cập nhật các tiêu chuẩn an toàn hoặc các chứng nhận mới có thể giúp tạo điều kiện thuận lợi cho việc hình thành thêm nhiều trung tâm hydro hoặc sẽ làm phát sinh thêm các chi phí tuân thủ.

Điểm rút ra

Đoàn tàu chạy bằng pin nhiên liệu hydro với 2.600 chỗ ngồi của Ấn Độ chứng minh rằng một phương tiện đường sắt sức chứa lớn, phát thải thấp có thể vận hành song song với một chuỗi cung ứng hydro chuyên dụng. Việc mô hình này có trở thành bản thiết kế cho một mạng lưới quốc gia xanh hơn hay không sẽ phụ thuộc vào nhận thức về an toàn, quỹ đạo chi phí và khả năng nhân rộng cơ sở hạ tầng ở quy mô lớn.