کربن زدایی از صنعت ریلی
با وجود اینکه حمل و نقل ریلی پایدارترین فرم حمل و نقل است، به دنبال برنامه‌های بلندپروازانه آلایندگی صفر، دولت‌ها در جستجوی راه‌حل‌هایی برای کربن زدایی از صنعت ریلی هستند. رایج‌ترین راهکارهای کربن‌زدایی شامل جایگزین کردن قطارهای دیزلی با فناوری باتری، پیل سوختی هیدروژن یا قطارهای الکتریکی است. به‌منظور کاهش بیشتر آلایندگی‌های دی‌اکسیدکربن، اپراتورهای ریلی از لکوموتیوهای الکتریکی که از منابع تجدیدپذیری همچون خورشید یا باد استفاده می‌کنند، بهره می‌گیرند.
اگر کربن‌زدایی بلیطی به مقصد آلایندگی صفر باشد، در آن صورت ماشین‌های ریلی مسیری برای کاهش و حذف دی‌اکسیدکربن از بخش ریلی خواهند بود.
حمل و نقل یکی از بزرگ‌ترین عوامل تولید آلایندگی در جهان است. بیش از ۲۵ درصد آلایندگی دی‌اکسیدکربن متعلق به این سامانه‌‌هاست و نزدیک به ۳۰ درصد از انرژی مصرفی جهان را در بر می‌گیرد؛ بخش حمل و نقل ریلی تنها بخش کوچکی از این میزان را شامل می‌شود.
با این حال، در حالی که برقی شدن سامانه حمل و نقل از تولید مستقیم دی‌اکسیدکربن و دیگر گازهای گلخانه‌ای جلوگیری می‌کند، تولید برق برای تکمیل شبکه برق‌رسانی در بیشتر موارد از احتراق سوخت فسیلی ناشی می‌شود. به همین دلیل نیز عواقب ناشی از تولید غیرمستقیم دی‌اکسیدکربن همچنان بالاست.
یک عامل بزرگ در کربن زدایی از صنعت ریلی بخش ریلی و رسیدن به تولید صفر کربن، استفاده از ماشین‌های ریلی با راندمان بالاتر خواهد بود که هم شامل خود وسیله نقلیه و هم منابع انرژی جایگزین (پاک) مصرفی آن می‌شود.
” بخوانید: معرفی برترین روندها و نوآوری های صنعت ریلی در سال ۲۰۲۲ “
بهبود خدمات جانبی[1]
سامانه‌های کششی ماشین‌های ریلی حجم زیادی از توان شبکه را استفاده می‌کنند، اما فناوری موتورهای کششی AC تا حد زیادی بهبود یافته و بهینه تلقی می‌شود. با این حال، سامانه‌های جانبی در ماشین‌های ریلی انرژی بسیار زیادی مصرف می‌کنند و همین امر فرصت‌های زیادی را برای بهینه‌سازی طراحی سامانه‌ها و فناوری‌های کنترل در اختیار تامین‌کنندگان قرار می‌دهد.
از میان سامانه‌های جانبی، بزرگ‌ترین مصرف‌کننده انرژی، سامانه تهویه گرمایشی و سرمایشی است، بعد از آن‌ها کمپرسور اصلی هوا و سامانه خنک‌کننده کششی و در ادامه سامانه روشنایی قرار دارند.
با استفاده از رویکردهای مختلف می‌توان به کربن زدایی از صنعت ریلی دست یافت. گذار از سامانه‌های تهویه سنتی به تهویه کارآمدتر و معرفی کنترل‌های هوشمند برای این سامانه‌ها، همچنین اعمال عایق‌بندی بهتر ماشین می‌توانند منجر به حفظ عملکرد، افزایش قابلیت اطمینان و راحتی بیشتر مسافران شوند و در عین حال با محیط زیست نیز سازگار باشند.
سازندگان اروپایی در خط مقدم استفاده بیشتر از تجهیزات کارآمدتر در حوزه انرژی و سامانه‌های هوشمند تنظیم‌کننده گرما، تهویه و سرمایش و روشنایی قرار دارند و این امکان را فراهم می‌کنند تا راحتی داخل ماشین را به طور موثرتری مدیریت کرده و مصرف انرژی را کاهش دهند.
یک چالش مهم، هماهنگ‌سازی فناوری‌های جدید با فناوری‌ها و دارایی‌های فناورانه قدیمی‌تر در زمان بروزرسانی ماشین‌های ریلی قدیمی است که علاوه بر پیچیدگی‌های فنی، بعضا هزینه‌هایی اضافی نسبت به جایگزین کردن کامل ماشین‌های قدیمی با ماشین‌های جدید به بهره‌برداران تحمیل می‌کند و صرفه اقتصادی آن را کاهش می‌دهد.
ماشین‌های ریلی همراه با فناوری جدید
با تمرکز سرسختانه آینده، حول محور کربن‌زدایی از صنایع و اقتصاد، همراه با ظهور پرسرعت فناوری‌های جدید، بخش ریلی فرصتی برای تصور دوباره استراتژی آلایندگی صفر کربن و کربن زدایی از صنعت ریلی بدست آورده‌است.
از حدود یک دهه پیش، اروپا و آمریکا بر لزوم استفاده از موتورهای قطار پایدارتر و با بازده بالاتر تاکید بیشتری کرده‌اند. اخیرا، شبکه‌های بین‌المللی سامانه‌های بازیابی انرژی (برای مثال ابرخازن‌ها یا باتری‌ها) را معرفی کرده‌اند که منجر به کاهش انرژی مصرفی کلی می‌شود.
ایالات متحده و اروپا مهد اصلی توسعه فناوری موتورهای دیزلی در جهان هستند، زیرا سیاست‌های توسعه این فناوری‌ها از این مناطق نشات گرفته‌اند و بازارهای جهانی به دنبال روندهای تعیین شده توسط این کشورهای حرکت می‌کنند. فناوری‌هایی که از این مناطق سرچشمه گرفته‌اند، در آینده ممکن است تنها گزینه برای بازارهای کوچکتر (مانند استرالیا) باشند
این مرحله بعدی پیشرفت ماشین‌های ریلی پس از فناوری کامل برقی‌سازی است که در حال حاضر بالغ شده و به طور فعال در پروژه‌های ریلی به کار می‌رود؛ با ابرخازن‌های متصل به قطار و باتری‌های احیاکننده که انرژی آزاد شده در اثر ترمز را در قالب انرژی الکتریکی برای استفاده مجدد جذب می‌کنند.
عوامل موثر در کربن زدایی از صنعت ریلی
در ایالات متحده و اروپا، آزمایش قطارهای مسافری هیدروژنی در حال انجام است. در راستای کربن زدایی از صنعت ریلی، بهره‌برداری از قطارهای مسافری هیدروژنی از سال 2018 در آلمان آغاز شده و ماشین آلات تعمیر و نگهداری مسیر ریلی با سوخت هیدروژنی در حال فعالیت هستند. دولت ایالات متحده در حال حاضر در حال بررسی استانداردهای طراحی پیل سوختی هیدروژنی برای پذیرش در بخش ریلی است.
مهاجرت از سیستم‌های قدیمی به سیستم‌های جدیدتر به صورت مرحله‌ای اجرا می شود، اما نیازمند سرمایه گذاری قابل توجهی است. سیاست‌گذاری بخش عمومی و دولتی ممکن است بسیار متفاوت از سیاست‌گذاری شبکه‌های ریلی خصوصی باشد. نهادهای خصوصی هنگام برنامه‌ریزی زیرساخت‌ها و سرمایه‌گذاری در ماشین‌های ریلی، هزینه‌های کل دوره عمر ماشین‌ها را در نظر می‌گیرند و گزینه‌هایی را در زمینه تغییر آب و هوا و کربن‌زدایی هدف‌گذاری می‌کنند که با این نگاه هماهنگ باشند.
مدیریت انرژی توسط سامانه‌های داده برای کربن زدایی از صنعت ریلی
ظرفیتی که اکنون توسط سامانه‌های داده دیجیتال هوشمند فراهم می‌شود، تنظیم استفاده از انرژی را با نیازهای واقعی وسایل نقلیه و کاهش انتشار کربن به شکل هم‌زمان ممکن می‌سازد. به عنوان مثال، بهبود حالت‌های پیش‌رانش، چه به کمک رایانه باشد یا نه، به این معنی است که تعداد ترمز گرفتن‌ها و شتاب گرفتن‌ها را می‌توان به حداقل رساند و در انرژی کشش صرفه‌جویی کرد.
استفاده از شبکه‌های هوشمند می‌تواند تقاضای برق قطارهای مسافری را بهتر کنترل کند یا آن‌ها را در یک بخش از مسیر کاهش دهد. یکی دیگر از جنبه‌های قطار مسافربری، استفاده از تجزیه و تحلیل دیجیتال برای بهینه‌سازی زمان‌بندی است. صاحبان ناوگان می‌توانند تصمیمات آگاهانه‌تری در مورد جدول زمانی قطار بگیرند تا با کاهش تعداد توقف-شروع حرکت به عنوان یکی از عوامل اتلاف انرژی، انتشار گازهای گلخانه‌ای را به حداقل برسانند. این امر در شهرهای بزرگ منطقی است. با این حال در مسافت‌های طولانی‌تر این کار گزینه‌های کمتری را برای مصرف انرژی در اختیار قرار می‌دهد.
انرژی‌های جایگزین آینده
بهره‌وری سوخت و افزایش قیمت دیزل، هزینه برقی‌سازی شبکه ریلی، حفاظت از اقلیم آب و هوایی و کاهش نویز و به طور کلی کربن زدایی از صنعت ریلی نیازمند نوآوری‌های آینده در بخش ریلی با تمرکز بر منابع سوخت جایگزین است.
فراتر از یک شبکه برقی، پیل سوختی هیدروژنی و نیروی محرکه باتری به طور فزاینده‌ای به‌عنوان جایگزین‌های مناسب برای عملکرد دیزل و ابزاری برای کاهش انتشار کربن تصور می‌شوند. بسیاری از تامین‌کنندگان عمده ماشین‌های ریلی در سراسر جهان در حال کار بر روی چگونگی تجاری‌سازی خطوط اصلی انتقال هیدروژن هستند که در بسیاری از موارد با حمایت موسسات دانشگاهی و برنامه‌های تحقیقاتی با بودجه دولتی انجام می‌شوند.
چالش برای هر کشوری، سرمایه‌گذاری و برنامه‌ریزی مورد نیاز برای توسعه زیرساخت‌های شبکه برای سوخت‌گیری (یا تجدید نیرو) قطارها در ایستگاه‌ها یا بین ایستگاه‌ها است و اینکه چگونه این اقدام ممکن است بر زمان سفر قطار تأثیر بگذارد.
یک چالش دیگر برای راه‌آهن مسافری این است که برای سفر از ایستگاهی به ایستگاه دیگر به انرژی قابل‌توجهی نیاز است و شارژ باتری‌ها زمان بیشتری می‌برد. سوال این است که آیا این کار سفرهای قطارها را طولانی‌تر می‌کند و آیا مشتریان مایل به پذیرش آن هستند؟
معرفی دو استارتاپ مطرح فعال در حوزه کربن زدایی از صنعت ریلی
Core Environmental Systems
استارتاپ استرالیایی Core Environmental Systems راهکارهای ذخیره‌سازی انرژی را به کاربران نهایی تمام صنایع از جمله صنعت ریلی ارائه می‌دهد. سامانه Enviro Cell – Rail که توسط این استارتاپ به‌طور اختصاصی برای تقاضای صنعت ریلی طراحی شده، مشکلات ضعف باتری‌های قدیمی در فراهم کردن نیروی کافی برای شروع حرکت میل لنگ را برطرف می‌کند. در این فرآیند، استارتاپ Core Environmental Systems ضررهای مالی برای اپراتورهای ریلی را کاهش و حتی گاهی اوقات از بین می‌برد و در آن واحد نیز بهره‌وری حمل و نقل ریلی را افزایش می‌دهد.
Hoeller Electrolyzer
استارتاپ آمریکایی Hoeller Electrolyzer سیستم ذخیره‌سازی خاصی را برای سامانه‌های الکترولیز فراهم می‌کند که بر پایه غشای الکترولیت پلیمر (PEM[2]) طراحی شده‌اند. سامانه‌های الکترولیز در واقع تولیدکننده‌های سامانه‌های هیدروژن برای انرژی الکتریکی سبز محسوب می‌شوند. در راستای هدف کربن زدایی از صنعت ریلی، این استارتاپ سامانه‌های ذخیره‌سازی الکترولیز Prometheus خود را برای بهینه‌سازی ظرفیت ذخیره‌سازی پیل سوختی هیدروژن در لکوموتیوهای الکتریکی و هیبریدی ارائه می‌دهد. این بهینه‌سازی منجر به افزایش حداکثر خروجی الکترولیز PEM و همچنین کاهش هزینه‌های ذخیره‌سازی هیدروژن سبز می‌شود.
” بخوانید: ۱۰ روند برتر صنعت ریلی؛ بخش اول: معرفی فناوری قطارهای خودران “
” بخوانید: ۱۰ روند برتر صنعت ریلی؛ بخش دوم: معرفی فناوری اینترنت قطارها (IoT) “
” بخوانید: ۱۰ روند برتر صنعت ریلی؛ بخش سوم: معرفی فناوری هوش مصنوعی “
” بخوانید: ۱۰ روند برتر صنعت ریلی؛ بخش پنجم: معرفی فناوری شبکه متصل ریلی “
” بخوانید: ده روند برتر صنعت ریلی؛ بخش ششم: بهبود تجربه مسافر “
[1] Auxiliary services
[2] polymer electrolyte membrane
منابع:
