Kolejowa droga do zeroemisyjności cz. 1

Transport kolejowy jest powszechnie uważany za najbardziej obiecujący pod względem redukcji emitowanych zanieczyszczeń i uciążliwości dla środowiska naturalnego. Tak optymistyczną opinię kolej zawdzięcza przede wszystkim trakcji elektrycznej: stosowanej od dziesięcioleci, bezemisyjnej w miejscu eksploatacji taboru i przyjaznej środowisku. Jednak transport kolejowy wpływa na środowisko na wiele sposobów, a osiągnięcie zerowej emisji nie jest proste.

Silniki elektryczne – w odróżnieniu od napędu spalinowego – nie zanieczyszczają środowiska, jednak energię, którą są one zasilane, trzeba wyprodukować. Tam, gdzie eksploatuje się wyłącznie odnawialne źródła energii albo elektrownie jądrowe, można mówić o bezemisyjnym transporcie kolejowym. W krajach, w których system energetyczny
jest oparty przede wszystkim na elektrowniach spalających węgiel, korzyści z transportu elektrycznego są mniej oczywiste. Elektrownie emitują zanieczyszczenia, ale jest to emisja wysoka i można
ją skutecznie redukować, stosując filtry, optymalizując proces spalania i kontrolując jakość paliwa. Rozproszona, niska emisja z wielu silników spalinowych
o dużej mocy byłaby bardziej uciążliwa. Trakcja elektryczna jest więc krokiem w dobrym kierunku, choć nie zawsze oznacza całkowitą likwidację emisji gazów cieplarnianych.

Polska należy do tej grupy i wiele wskazuje na to, że przez kilkadziesiąt lat nie zrezygnujemy ze spalania węgla w elektrowniach. Dlatego dalsze ograniczenie emisji skojarzonej z transportem kolejowym jest możliwe przez ograniczanie zużycia energii elektrycznej w ogóle, a pochodzącej z elektrowni węglowych w szczególności. To już się dzieje. Od lat przewoźnicy inwestują w nowy tabor i przebudowy starych lokomotyw. Zazwyczaj podstawowym celem jest przedłużenie eksploatacji lokomotyw i zwiększenie maksymalnej prędkości, ale wymiana silników, układów sterowania i zasilania przynosi też korzyść w postaci zmniejszenia zużycia energii.

Proces jest powolny i napotyka liczne trudności spowodowane wydarzeniami na rynku kolejowym i kondycją przewoźników. Dla przykładu: firma Olkol, która miała wyremontować lokomotywy elektryczne EP08, nie doczekała realizacji zlecenia i musiała ogłosić upadłość. Wprawdzie ogłoszono kolejny przetarg na remont tych lokomotyw, ale najtańsza oferta przedstawiona przez ZNTKiM Gdańsk opiewała na 10,5 mln zł i przekraczała możliwości właściciela lokomotyw – PKP Intercity. Przewoźnik przewidział na ten cel maksymalnie 7,3 mln zł.

Co może dystrybutor energii?

W raporcie PKP Energetyka za rok 2021 można przeczytać, że spółka dostarczyła 4 TWh energii elektrycznej. W tym samym roku całkowity wolumen transakcji zawartych na wszystkich rynkach energii elektrycznej na Towarowej Giełdzie Energii S.A. wyniósł 225,2 TWh, a to oznacza, że odbiorcy zaopatrywani przez PKP Energetyka kupili około 1,78% energii elektrycznej sprzedanej w Polsce. Taki wynik zobowiązuje. Każda modyfikacja zmniejszająca zużycie energii, po uwzględnieniu efektu skali, powinna być uznana za ważny krok na drodze do zrównoważonego rozwoju.

PKP Energetyka zakłada, że do 2030 roku
2,5 TWh energii (85% energii trakcyjnej) będzie pochodziło ze źródeł odnawialnych. Mają się do tego przyczynić działania takie jak wybór producentów energii oraz zwiększanie udziału własnej produkcji energii elektrycznej przy pomocy ogniw fotowoltaicznych. W tym samym okresie zużycie energii elektrycznej ma się zmniejszyć o 1,2 TWh, co będzie odpowiadało zmniejszeniu emisji gazów cieplarnianych o mniej więcej 1 mln ton CO₂.

Plany są następujące:

1. Około 60–70% energii będzie pochodzić zkilkuset farm fotowoltaicznych.
2. Około 30–40% energii będzie pochodzić zkilkudziesięciu farm wiatrowych.
3. System zostanie oparty na tzw. Lokalnych Obszarach Bilansowania (LOB) posiadających niezależność energetyczną, wktórych ilość wytwarzanej energii będzie równa zapotrzebowaniu.
4. Instalacje będą znajdować się wcałej Polsce, a produkcja energii umiejscowiona zostanie najbliżej punktu jej odbioru, wzdłuż linii kolejowych, aby skrócić drogę przesyłu.

Potrzeby energetyczne kolei to głównie zasilanie pojazdów trakcyjnych, ale nie można zapominać o innych: zasilaniu urządzeń SRK, oświetleniu i ogrzewaniu infrastruktury, w tym stacji, dworców, budynków biurowych i magazynów, zasilaniu serwerowni, urządzeń łączności i wielu innych. Wszędzie można wprowadzać modyfikacje i ograniczać zużycie energii.

Nie tylko trakcja elektryczna

Nie cała sieć kolejowa w Polsce i w Europie jest zelektryfikowana. Nawet tam, gdzie istnieje elektryczna sieć trakcyjna, niektóre pociągi są prowadzone przez lokomotywy spalinowe. Istnieje kilka przyczyn takiego stanu rzeczy. Praca manewrowa, zwłaszcza na stacjach rozrządowych, jest wykonywana przede wszystkim przez lokomotywy spalinowe. Bocznice zakładów przemysłowych, jednostek wojskowych i portów przeładunkowych także są w większości obsługiwane przez lokomotywy spalinowe. Wiele lokomotyw spalinowych, przynajmniej w polskich realiach, to konstrukcje z lat 70. i 80. XX wieku, napędzane wysokoprężnymi silnikami spalinowymi, które nie spełniają żadnych współczesnych standardów emisji. Przy okazji remontów i przebudowy są one stopniowo wyposażane w nowoczesne silniki wysokoprężne spełniające wymagania normy EURO, ale tempo modernizacji pozostawia wiele do życzenia.

Poza Europą (np. w USA, Kanadzie i w wielu krajach Afryki) udział trakcji spalinowej jest jeszcze większy, jednak najdłuższych odcinków sieci nigdy nie zelektryfikowano. Nie wiadomo, jak ten problem zostanie rozwiązany w przyszłości. Być może alternatywą dla kosztownej elektryfikacji okaże się zastosowanie lokomotyw elektrycznych zasilanych energią wytwarzaną przez wodorowe ogniwa paliwowe. Budowa niezbędnej infrastruktury (stacji sprężania i tankowania wodoru) prawdopodobnie byłaby tańsza niż budowa od podstaw trakcji elektrycznej i towarzyszącej jej sieci elektroenergetycznej. W każdym przypadku potężny koszt będzie związany z przebudową albo wymianą lokomotyw.

Lokomotywy zasilane wodorem mają przed sobą przyszłość w Polsce i w Unii Europejskiej. PESA od kilku lat eksploatuje wyprodukowaną przez siebie lokomotywę wodorową (zmodernizowaną SM42). Zebrane doświadczenia zostaną wykorzystane przy budowie zasilanego wodorem pojazdu pasażerskiego, który ma być gotowy w roku 2025.