氢燃料电池的应用领域众多，铁路领域便是其中之一。在近期由非营利组织加拿大城市交通研究与创新联盟（CUTRIC）主办的智能铁路创新大会上，氢燃料（H2）成为了讨论的重点。在其中一个环节中，多位行业专家探讨了燃料电池在推动加拿大可持续铁路发展方面的可行性。
“氢动力铁路正在成为一种非常有前景的解决方案，不仅可以用于加拿大的交通运输部门，而且可以用于全球范围内的脱碳，尤其适用于电气化不可行或成本效益不高的地区，”安大略省氢能协会执行董事兼本次会议主持人迈克·阿尔索斯 (Maike Althaus) 表示。
加拿大脱碳
亚历山大·兰普隆是魁北克氢能公司（Hydrogène Québec）的战略与发展总监，该公司是一家专注于在加拿大魁北克省发展氢能生态系统的非营利组织。他首先阐述了魁北克省的脱碳目标，为后续工作奠定了基础。
阿尔斯通公司称，其Coradia iLint列车是北美首列氢动力客运列车。（图片：阿尔斯通）他说：“魁北克正在努力实现多项脱碳目标，包括减少温室气体排放——目标是到2030年减少37.5%，到2050年实现碳中和。这指日可待。”
温室气体减排目标参考的是1990年的水平。兰普隆表示，当时魁北克省的交通运输温室气体排放量占总排放量的近44%。而根据目前的政府数据，这一比例如今已降至39%。
魁北克的目标与加拿大整体的目标一致，包括到 2050 年实现净零排放，这是加拿大《净零排放责任法》的一部分。
兰普隆表示，魁北克省的脱碳目标得到了该省于2022年公布的《2030年绿色氢能和生物能源战略》的支持。该战略旨在通过部分用绿色氢能替代化石燃料，减少包括铁路在内的各个行业的化石燃料使用。
“这项战略雄心勃勃但又切实可行——说实话——它制定了鼓励生产和使用绿色氢能以替代化石燃料的指导方针。”
Lampron表示，具体的化石燃料减排目标是到2030年减少10亿升，这相当于2030年温室气体减排目标的16%。
氢能铁路项目
Lampron 谈到了魁北克省最近的一个 H2 铁路项目，该项目符合该省的温室气体减排目标：由绿色出行供应商阿尔斯通制造的 Coradia iLint 氢动力列车，于 2023 年在魁北克省的夏洛瓦地区投入运营。
2023年8月， 《电力进展》杂志报道称，Coradia iLint于前一年6月首次载客，其动力系统采用康明斯旗下Accelera公司提供的燃料电池。阿尔斯通表示，Coradia iLint车型于2016年柏林国际轨道交通技术展览会（InnoTrans 2016）上首次亮相。
施泰德FLIRT H2型客运列车将在加利福尼亚州圣贝纳迪诺投入运营，其正式名称为ZEMU（零排放多单元列车）。（图片：施泰德）兰普隆表示，这列火车让魁北克对燃料电池电力铁路有了更深入的了解。乘客们不仅对氢气作为燃料来源表示好奇，兰普隆还说，许多人对火车运行的安静程度给予了积极评价，“因为这比柴油火车有一个巨大的优势。”
Stadler Rail公司也在全球范围内探索氢能铁路应用。其近期的一项成功案例是燃料电池电动列车FLIRT，全称为“快速轻型创新区域列车”（Fast Light Innovative Regional Train）。该列车去年抵达加利福尼亚州圣贝纳迪诺，等待圣贝纳迪诺县交通管理局（SBCTA）投入运营。
“SBCTA FLIRT H2，或者他们称之为ZEMU——零排放多单元列车——刚刚完成测试阶段，”Stadler Rail的商业产品经理Kaden Killpack说道。“它现在已经准备好投入商业运营，我们正在等待位于华盛顿特区的联邦铁路管理局的最终批准。”
Killpack 解释了 FLIRT 的设计。
“FLIRT是一款模块化程度很高的车辆，”基尔帕克解释说。“我们为其配备了一个中央动力包，可以根据部分客户的需求，切换到氢气、电池或可再生柴油动力。”
Lampron指出，就Coradia iLint飞机而言，很少有乘客对氢气作为燃料的安全性表示担忧。Killpack也表达了同样的看法。
他说：“我们项目中最令人兴奋的部分就是安全管理。这些车辆非常安全。”
Killpack 继续说道：“我们使用美国军用标准 882B 来缓解各种风险，该标准考察危险发生的概率和严重程度，以及我们如何降低概率和严重程度，使风险达到可接受的水平，以及我们可以改变哪些与安全相关的应用条件，以确保车辆的最大安全性。”
基础设施挑战
Althaus 指出，尽管有各种项目正在研究 H2 在铁路应用中的可行性，但仍然存在重大挑战。
她表示：“氢能价值链尚未完全建成，而这对于支持大规模运营至关重要。”
特别是，Coradia iLint 氢动力列车暴露了其中的一些挑战。
“所以，我们面临的问题是氢能基础设施不足，”兰普隆说。“我们还需要考虑经济和能源成本。目前，氢能的每公里成本比柴油高得多。”
林德工程公司通过其氢能燃料技术部门，致力于解决交通运输领域的氢燃料加注问题。2022年，该公司位于德国不来梅弗尔德的项目建成了全球首个使用压缩气态氢（cGH2）的火车加氢站。
“就其作为首个专门为铁路运输加氢的加氢站而言，这在世界上尚属首例，”林德公司工艺设计和开发负责人托马斯·阿赫尔表示。
阿赫尔表示，德国北部下萨克森州每天需要1600公斤（1.57吨）氢气，“我们正在为该州运营的14列氢燃料客运列车提供燃料。”
与魁北克一样，使用该车站的燃料电池电动列车是 Coradia iLints。
该加氢站最大储氢容量为 4,590 公斤（4.5 吨），氢气通过拖车运输。
“但该项目的下一步计划是在附近生产氢气，以便从那里供应氢气加注，”阿切尔说。
据阿彻称，设立加油站是一次学习经历。
“当然，我们有机会吸取这些经验教训，并将它们运用到我们之后的所有其他氢燃料加注项目中，”他说。
液氢燃料
这些项目中包括林德最新的 H2 加氢方法：过冷液氢（sLH2）技术。
“目前，这项技术主要应用于卡车运输，”阿彻在谈到与戴姆勒卡车合作开发的这项技术时说道。“但我们已经收到了第一个将其应用于其他交通方式的需求，特别是火车、航空和海运。”
一辆梅赛德斯-奔驰燃料电池电动卡车正在使用超液氢（sLH2）技术进行加氢。（图片：戴姆勒卡车）sLH2 方法是指将车辆储罐充满温度约为 -247ºC (-413ºF) 的过冷氢气，压力高达 1.6 MPa (232 psi)。
“这是一种非常简单的加油技术，我们已经开发并商业化的这套设备每小时可处理超过400公斤的燃料，”阿彻说。“无论从投资成本还是运营成本来看，它都具有显著的优势。”
据 Acher 称，sLH2 技术解决了重型应用中使用气态 H2 燃料时固有的问题。
“如果所有这一切都基于气态氢供应和气态加氢技术，就会遇到问题，”他说。“首先是物流问题，你必须把氢气运送到加氢站。而到了某个阶段，用气态氢进行运输在物流上就不可行了，所以你最终还是得改用液态氢。”
阿切尔补充说，虽然将液氢转化为气态氢作为燃料是可能的，但在某些应用中，使用液氢作为燃料更有意义。
“直接在车辆油箱中使用液体，可以省去加油站很多设备和复杂的工序，”他说道。“这大大降低了投资成本。加油站无需冷却设备，也无需高压储罐。这也有利于减少占地面积。”
最后，Acher 指出，cGH2 燃料需要特定的温度和压力范围，超出这个范围可能会损坏车辆的燃料箱。
他说：“如果使用液氢，这种方式会更加可靠稳定，因为其过程更接近传统的柴油或汽油加注方式。你只需按下一个按钮，液体就会从加氢站输送到车辆，一旦车辆油箱加满，整个过程就会停止。”
2024年2月，林德和戴姆勒迎来了一个里程碑，首个液氢加氢站正式启用。该加氢站每小时可输送400至500公斤液氢，自动加氢过程仅需12至15分钟。
