2 803 kilometrů na jedno natankování vodíku Kam povede další technologický pokrok?

Stefan Bernsdorf

Head of Product Segment Green Technology

Johannes Wilhelmer

Head of Product Development, Green Technology

Vodíkové vlaky Stadler najely rekordní vzdálenost 2 803 kilometrů na jedno natankování, a přesto zůstává největší překážkou jejich rozšíření něco jiného než technika. Johannes Wilhelmer a Stefan Bernsdorf ze Stadleru vysvětlují, proč je samotné vozidlo tou snazší částí rovnice, kde vidí skutečné hranice vodíkové železnice a v jakých vodíkových technologiích vidí potenciál.

Proč jste začali vyvíjet vlaky poháněné vodíkem?

Abychom vyhověli požadavkům našich zákazníků na celodenní autonomní provoz v oblastech, kde není k dispozici trakční vedení a dobíjení baterií není možné. Naším prvním projektem byl projekt pro kalifornského zákazníka SBCTA. Rozhodli jsme se pracovat s dobře známým technickým plynem, pro který již existují zavedená řešení a dodavatelé v oblasti výroby, logistiky, skladování i bezpečnosti. Tuto technologii jsme následně přizpůsobili železničnímu provozu.

Jaký vývoj využití vodíku v železničních aplikacích očekáváte? 

Po období velkého zájmu a nadšení na začátku 20. let tohoto století a po realizaci prvních projektů v praxi jsme se dostali do fáze získávání zkušeností, která se zaměřuje na budování celých ekosystémů společně se všemi zapojenými partnery. 

V současné době se vyrábí navazující objednávka deseti vlaků pro veřejnou dopravu v Kalifornii a veřejnosti již byly představeny i první vlaky pro naše italské zákazníky.Vlaky vyvinuté na míru pro Itálii budou sloužit v několika regionech, kde se paralelně s nasazováním vlaků rozvíjejí také projekty obnovitelných zdrojů energie a výroby vodíku. Mezi referenční projekty patří ARST, FdC a FCE.

Co je podle vás v současnosti největší technickou a ekonomickou výzvou pro vodíkovou železnici?

Vodík jako technický plyn je dobře známý, nicméně existující ekosystémy byly primárně vybudovány pro průmyslové využití. Rozvoj dopravních a železničních ekosystémů specifických pro vodík vyžaduje spolupráci mnoha zainteresovaných stran. Naše zákazníky v tomto procesu podporujeme prostřednictvím partnerů, kteří zajišťují oblasti mimo náš rozsah činnosti, jako je výroba vodíku, logistika nebo tankování.

S implementací vodíkových systémů do našich vlaků jsme začali již v roce 2019. Výzvy na straně vozidla jsou zvládnutelné a naše vlaky již fungují v komerčním provozu. Hlavním úzkým místem však zůstává dostupnost vodíku a jeho cena. Právě zde potřebují železniční dopravci podporu dalších partnerů z oblasti energetické infrastruktury. Jednotlivé prvky, jako jsou elektrolyzéry, logistické řetězce, plnicí stanice nebo samotné vlakové systémy, již existují. Problémem je však sladění časových harmonogramů všech zúčastněných partnerů při zavádění nové flotily vozidel. V této oblasti stále narážíme na značné tření a nejistoty. Další komplikací je administrativní a schvalovací proces, který odráží rozdělení kompetencí mezi jednotlivé sektory a brání agilnímu rozvoji projektů. Jde především o otázku koordinace mnoha zainteresovaných subjektů, protože celý energetický systém prochází zásadní transformací.

Rekordní dojezd 2 803 km bez doplnění vodíku je mimořádným úspěchem. Jak se Vám to povedlo?

Klíčovými faktory jsou dostatečná kapacita a energeticky efektivní trakční řetězec, který zahrnuje celý proces od palivového článku až po přenos výkonu na kola. Řízení energie bylo optimalizováno pro paralelní hybridní trakční systém kombinující baterie a palivové články. Toto řešení vychází z dlouholetých zkušeností společnosti Stadler s vývojem hybridních pohonů.

Rekordní jízda představovala relevantní typovou zkoušku, jejímž cílem bylo ověřit vzájemnou spolupráci jednotlivých systémů a řídicího softwaru v původní konfiguraci vozidla.

Pro dosažení rekordního výsledku nebyly prováděny žádné speciální úpravy nebo modifikace určené výhradně pro test. Díky tomu bylo možné potvrdit skutečné provozní schopnosti a výkon vozidla v jeho standardní konfiguraci.

Jaká byla nejvýznamnější technologická zlepšení a získané poznatky z provozu jednotky FLIRT H2 v Coloradu? 

Čas strávený na zkušebním okruhu byl velmi cenný pro validaci systémů v různých provozních scénářích. Zároveň nám umožnil optimalizovat software a shromáždit důkazy potřebné pro schvalovací proces, zejména z hlediska bezpečnosti, optimalizace provozu a spolehlivosti.

Za největší inovaci nepovažujeme jednotlivé komponenty, ale integraci různých systémů do jednoho funkčního celku. Pro Stadler není prioritou prezentovat marketingové parametry jednotlivých součástí, ale vytvořit vlak, který cestujícím i zákazníkům poskytne výkon a komfort zcela bezproblémovým způsobem. Právě způsob, jakým je vlak navržen a vyroben, rozhoduje o úspěchu či neúspěchu použité technologie.

Palivové články patří mezi nejdůležitější a zároveň nejcitlivější součásti vodíkového pohonu. Jaké životnosti dnes moderní systémy dosahují z hlediska provozních hodin nebo ujetých kilometrů a jaké jsou hlavní faktory ovlivňující jejich degradaci?

Pro spolehlivost palivových článků je zásadní čistota vodíku. Ta zatím není vždy samozřejmostí a musí být garantována již při samotném tankování.

Významnou roli v degradaci palivového článku hraje také provozní zatěžovací cyklus. Jde o oblast, ve které se železniční sektor stále učí, protože palivové články jsou v železniční dopravě využívány ve větším měřítku teprve necelou dekádu. Paralelní hybridní systém byl proto navržen speciálně s ohledem na možnosti palivových článků a požadovaný výkon potřebný k plnění jízdních řádů našich zákazníků.

Dostupnost vozidel a náklady na údržbu ovlivňuje také celkové systémové řešení vlaku. Díky vhodně navržené redundanci a hybridní architektuře lze optimalizovat jak životnost komponent, tak provozní dostupnost. Konkrétní údaje o životnosti a servisních intervalech jsou součástí individuálních smluv a nejsou veřejně dostupné. Jsou začleněny do osvědčených systémů údržby, které kombinují preventivní, stavově orientovanou a nápravnou údržbu, aby byla zajištěna vysoká provozní dostupnost a předvídatelné náklady po celou dobu životnosti vozidla.

Kde Stadler aktuálně hledá další technologický průlom? Které inovace v bezemisní železniční dopravě podle vás v příštích letech změní trh, přestože zatím nejsou široce dostupné zákazníkům?

Velký potenciál vidíme ve vodíkových spalovacích motorech, jejichž možnosti demonstrujeme prostřednictvím konceptem vozidla RS Zero.

Technologie spalovacích motorů je dobře známá a dlouhodobě osvědčená. Existují pro ni ověřené dodavatelské řetězce, zázemí pro náhradní díly i rozsáhlé zkušenosti s údržbou.

Další výhodou je vyšší tolerance vůči nečistotám ve vodíku. Díky tomu mohou spalovací motory využívat i vodík nižší kvality, což pomáhá předcházet odstávkám vozidel v případě problémů v dodavatelském řetězci.

Klíčovým faktorem do budoucna je flexibilita při budování celého vodíkového ekosystému. Ten může zahrnovat lokální elektrolyzéry, potrubní rozvody nebo jiné zdroje vodíku, stejně jako různé koncepty plnicích stanic. Na těchto řešeních spolupracujeme s řadou partnerů.