Kan helt utslippsfrie togturer bli en realitet?

Pendling mellom byer og tettsteder kan koste miljøet dyrt. Og i jakten på utslippsfrie tog, har det dukket opp nullutslippsalternativer som batteritog og hydrogentog. Men kan de virkelig erstatte dieseltogene?

SINTEF har nylig fullført forskningsprosjektet RegioHyt sammen med flere anerkjente tsjekkiske forskningsinstitutter for å se på mulighetene til å fjerne forurensende dieseltog fra skinnene. Resultatene gir en pekepinn på hvilke teknologier man kan satse på, også i Norge.

Det tradisjonelle alternativet for nullutslippstog har lenge vært kontaktledning. Men da dette krever mye dyr infrastruktur (selve ledningen, kraftelektronikk, tilpasning av broer og tunneler) fortsetter mange mindre baner å kjøre diesel av økonomisk hensyn. I tillegg er byggingen til selve infrastrukturen utslippsintensiv, og totalregnskapet kan faktisk bli verre enn fortsatt dieselbruk, hvis banen brukes lite.

Testet på tsjekkiske lokaltog

De fleste av disse jernbanerutene ligger i nordlige Böhmen; alle er passasjerruter som betjenes med dieseldrevne motorvogner. Nesten alle har noe tilgang til strekninger med kontaktledning, men man må passe på at det er to standarder for kontaktledning i Tsjekkia: vekselstrøm (AC) i sør og vest, likestrøm (DC) i nord og øst. Det hører til historien at grenselandet Tyskland, som enkelte baner krysser i, også bruker AC, men da med forskjellig spenning og frekvens.

Resultatene gir en pekepinn på hvilke teknologier man kan satse på, også i Norge.

Med data om banene og togenes egenskaper, beregnet SINTEF både farts- og energiprofiler, som da kunne brukes til å vurdere hvordan batteri- og hydrogentog kunne erstatte dieseltog. Hydrogentog har generelt ingen problemer med rekkevidde og fyller tanken typisk én gang per døgn. Batteritog må derimot lade flere ganger om dagen, men har til gjengjeld bedre virkningsgrad og dermed lavere energikostnader. Batteritog er dessuten utstyrt med en strømavtaker og kan lades direkte fra kontaktledning der denne er tilgjengelig.

Batteritogene er anvendbare på de fleste analyserte baner, med unntak av de lengste ikke-elektrifiserte strekninger (ca. over 100 km) og baner som går i høyden (typisk mot og over den tyske grensen). Hydrogentog er dog ikke nødvendigvis alltid dyrere enn batteritog: man må se på alle kostnadene.

SINTEF utførte tekno-økonomiske analyser for å finne hvor mye hvert alternativ koster for hver bane; dette måles i annuiteter, som setter sammen investeringer, forventet levetid og drift til en årlig kostnad som kan sammenlignes på tvers av veldig forskjellige teknologier. Det er viktig å sette disse leddene sammen på en fornuftig måte, da alternativene med dyrest investering og lengst levetid er gjerne billigst i drift, og omvendt.

Batteri- eller hydrogentog?

Det er alltid mulig å få batteritog til å bli teknisk mulig, bare man installerer nok ladeinfrastruktur: dette er f.eks. tilfellet for bane R22 fra Kolín til Šluknov, der 18 km kontaktledning rundt byen Česká Lípa ville muliggjøre batteritog. Spørsmålet er: når koster ladeinfrastrukturen så mye at vi er bedre tjent med hydrogentog?

Kan man rulle ut batteritog med lite eller ingen ekstra infrastruktur, vil batteri gjerne være best. Må man bygge ut kraftnettet i utkantstrøk eller nye segmenter kontaktledning, er det tegn på at hydrogen kan være bedre.

Det viser seg at faktoren som skiller mest tydelig batteri- og hydrogentog er behovet av nettforsterkning. Selve ladeinfrastrukturen for togene er ikke så dyr: det tsjekkiske transportdepartementet estimerer dette til 2 millioner euro stykket. Men hvis togladeren skal utplasseres på en liten, ikke-elektrifisert jernbanestasjon, gjerne i en landsby med lite forbruk som Šluknov, vil dette stige kraftig til ca. 10 millioner euro. Forskjellen utgjøres av den dyre kraftnettutvidelsen som må til.

Det er denne utvidelsen av kraftnettet som viser seg å tynge økonomien til batteritog mest, men den er ikke alltid nødvendig: noen baner går mellom elektrifiserte endestasjoner, mens andre har nok kontaktledning fra før til å lade batteritog under fart, slik at det aldri er behov for lading ved endestasjon.

En siste faktor er at batterilading krever tid: selv om batteritog pleier å benytte raske LTO-batterier, kan snutiden ved endestasjon være så knapp som 5 eller 10 minutter, som ikke alltid vil være nok for en tilstrekkelig lading. Det er heller ikke lett å endre på tidstabellen, da mange av disse baner er ensporet og krever nøyaktig synkronisering av togpasseringene for å avvikle trafikken.

Det er derimot svært gode utsikter for hydrogentog for passasjertrafikk på Nordlandsbanen, etter at Stadlers prototype nylig klarte en rekkevidde på 2800 km på en testbane i USA.

Tommelfingerregelen: kan man rulle ut batteritog med lite eller ingen ekstra infrastruktur, vil batteri gjerne være best. Må man bygge ut kraftnettet i utkantstrøk eller nye segmenter kontaktledning, er det tegn på at hydrogen kan bli bedre.

Hydrogenkostnaden

Rapporten har antatt at alt hydrogen produseres fra elektrolyse med utgangspunkt i tsjekkisk strømpris; hydrogenprisen landet på 8,55 euro per kilo.

Dette er langt over EUs ambisjoner og skyldes hovedsakelig høye strømkostnader i Tsjekkia, som har langt høyere  strømpriser enn i Norge. Samme strømpris blir dessuten brukt for batteritogenes ladeøkter.

Hydrogenkostnaden kan reduseres ved å produsere hydrogen når strømprisen er lavest i døgnet (mens batteritog må lade ved faste tidspunkter, gjerne når prisen er høyere); elektrolysører er fleksible i drift og kan spare på å benytte utkoblbare tariffer, samt selge balanseringstjenester til kraftnettet.

Hva med god gammel kontaktledning?

Det er mange i jernbanesektoren som er vant til kontaktledning som løsningen til nullutslipp, men denne har både store kostnader og utslipp ved bygging som må tas hensyn til. Det tar dessuten flere år å elektrifisere en strekning: én tsjekkisk forsker humret om at, i den takten kontaktledning bygges ut i Tsjekkia, bør fullelektrifisering være en realitet ca. år 3500.

Kontaktledning er en løsning tilpasset strekninger med middels til stor kapasitet, som utgjør ofte en relativ liten del av kilometerne i et jernbanenettverk. Selv om kontaktledning er uslåelig for slike strekninger, og uten alternativer for høyhastighetstog, passer den rett og slett ikke på mindre brukte strekninger, som er egentlig ofte den største delen av jernbanenettverket.

Hva betyr dette for Norge?

SINTEF har tidligere hatt erfaring med lignende analyser i Norge, som har dog en del kritiske forskjeller:

• Det norske jernbanenettet er stjerneformet, med Oslo i sentrum; det er går f.eks. ikke tog mellom Bergen og Stavanger, eller Bergen og Trondheim. Det tsjekkiske nettet ligner derimot et gitter.
• Norske ikke-elektrifiserte baner forekommer oftest når man kommer langt nok fra Oslo, og er alle over 100 km lange. Tilsvarende tsjekkiske baner er gjerne kortere, og krysser ofte andre elektrifiserte hovedbaner («last mile»-opplegg).
• Godstransport er langt viktigere på ikke-elektrifiserte baner i Norge (spesielt Nordlandsbanen), mens tsjekkiske ikke-elektrifiserte baner brukes nesten utelukkende til persontransport.
• Norges mye lengre strekninger og billigere strømpriser (spesielt i de områdene der ikke-elektrifiserte baner faktisk ligger) peker tydelig på hydrogen som best egnet alternativ. Riktignok er det ikke enda kommet på markedet hydrogendrevne godslokomotiver slik det er passasjertog, men disse er i utvikling i f.eks. Canada.

Det er derimot svært gode utsikter for hydrogentog for passasjertrafikk på Nordlandsbanen, etter at Stadlers prototype nylig klarte en rekkevidde på 2800 km på en testbane i USA: et slikt tog vil kunne kjøre Bodø-Trondheim tur/retur, og fylle hydrogen bare i Bodø, gjerne av samme anlegg som skal betjene den fremtidige hydrogenfergen til Moskenes.

Her finner du rapporten i sin helhet med følgende vedlegg.

Denne bloggen ble først publisert i #sintefblogg