Étudier la viabilité de l'hydrogène pour faciliter la décarbonisation des chemins de fer

Sur ces dernières parties du réseau, l'idée d'un fonctionnement sans émissions peut sembler une perspective lointaine - pourtant, dans le cadre d'un récent projet de coentreprise, nous avons exploré l'hydrogène comme carburant de remplacement. Nos travaux visent à déterminer si l'adaptation des trains diesel existants à l'hydrogène vert, sans émissions, peut être une solution réaliste, commercialement viable et sûre.

Les trains à hydrogène ne sont pas une technologie nouvelle - quelques pays et réseaux ont déjà expérimenté des prototypes et des trains sont en service en Allemagne. Mais dans la plupart des contextes, les trains à hydrogène restent une nouvelle proposition, qui présente à la fois la perspective d'un voyage durable mais aussi la nécessité d'une adaptation considérable à la structure et à l'exploitation du réseau existant.

Arup Explains

Qu'est-ce que l'hydrogène vert ?

Répondre à des questions inédites grâce à une nouvelle source d'énergie

Dans le cadre d'un projet dirigé par Arcola Energy, nous faisons partie d'un consortium de la chaîne d'approvisionnement chargé de fournir à Transport Scotland un train à hydrogène prêt à la production et certifié pour la sécurité, par l'intermédiaire de l'accélérateur d'hydrogène écossais de l'université de St Andrews. L'objectif est de démontrer que l'hydrogène peut être utilisé de manière sûre et efficace comme alternative durable aux trains diesel dans les zones où l'électrification serait plus difficile (par exemple, lorsque la distance d'électrification dépasse les capacités des batteries seules) ou moins économiquement viable. Transport Scotland s'est déjà engagé à supprimer les trains diesel de son réseau d'ici 2035, dans son plan d'action pour la décarbonisation des services ferroviaires. Nos spécialistes en ingénierie ferroviaire ont élaboré un dossier de sécurité pour le train à hydrogène, ainsi qu'une évaluation de l'accès au marché pour l'intégration des trains à hydrogène sur le réseau écossais de transport de passagers.

Pourquoi l'hydrogène ?

Nous avons déjà vu des moteurs à hydrogène développés pour les camions, les bus et même certaines voitures particulières - la capacité de développer des véhicules à hautes performances alimentés par ce carburant abondant est déjà bien connue dans le contexte du transport routier. Le train proposé serait un hybride, alimenté par une pile à combustible à hydrogène avec des batteries de grande puissance pour transporter l'énergie à bord, plutôt que de dépendre de lignes aériennes. Cette solution répond immédiatement aux problèmes de coût liés à l'électrification des routes rurales, un défi de longue date en Écosse et dans de nombreuses autres régions du monde.

Publication

L'avenir de l'énergie : le transport vert par l'hydrogène

En tant que carburant net zéro au point d'utilisation, le seul déchet de la combustion de l'hydrogène est la vapeur d'eau qui est libérée sous forme de gouttelettes ou de vapeur. Il en résulte une alternative propre et sans carbone aux trains diesel actuellement en service, ce qui permet d'effectuer de nombreux trajets longue distance sans ravitaillement. Une partie de notre rôle dans le projet consiste également à évaluer les besoins potentiels en matière de ravitaillement et à proposer les lieux de ravitaillement les plus efficaces en ce qui concerne l'économie et l'infrastructure de l'hydrogène au sens large.

Explorer la sécurité de l'hydrogène

L'hydrogène étant un nouveau carburant pour le rail en Écosse, la réalisation d'une analyse complète de la sécurité a été une priorité essentielle. La modification du matériel roulant existant, souvent plus ancien, pour passer du diesel à l'hydrogène pose également des problèmes de sécurité supplémentaires et spécifiques. Des questions telles que la modification de la répartition du poids doivent être évaluées. En outre, nos ingénieurs spécialisés dans la sécurité incendie et les structures aident les équipes de conception à se conformer aux normes de l'industrie ferroviaire et préparent la documentation à soumettre à l'organisme d'assurance ferroviaire.

En collaboration avec Arcola et Abbot Risk Consulting, nous avons fourni une assistance technique en matière de sécurité sur tous les aspects de l'intégration de nouveaux composants hydrogène dans le matériel roulant existant. Nous avons notamment procédé à l'identification des risques liés aux aspects fonctionnels, structurels et opérationnels du train, ainsi qu'à l'infrastructure de ravitaillement et de stockage sur le site de démonstration. Les mesures d'atténuation définies dans chaque cas ont été intégrées dans la conception de l'équipement embarqué, le concept d'exploitation, les instructions de maintenance, la déclaration de compatibilité de l'itinéraire et l'aménagement du site.

Un carburant de transition

L'hydrogène est une solution potentielle pour les itinéraires identifiés par Transport Scotland dans son plan d'action pour la décarbonisation des services ferroviaires comme nécessitant une "traction alternative", ce qui signifie que l'électrification n'est pas réalisable alors qu'ils doivent être décarbonisés. Il s'agit généralement d'itinéraires plus lents, de longue distance ou ruraux. La stratégie de décarbonisation du réseau de traction de Network Rail aborde les mêmes questions au niveau du Royaume-Uni et il est clair qu'il existe une demande dans l'ensemble du secteur pour des solutions de train à hydrogène.

L'hydrogène est également considéré comme une option pour les itinéraires de "transition électrique", qui ont été marqués pour l'électrification entre aujourd'hui et 2035. Plutôt que de faire circuler des trains diesel sur ces itinéraires jusqu'à ce qu'ils soient électrifiés, l'hydrogène est envisagé comme un moyen de décarboniser ces itinéraires plus rapidement.

Nous procédons à une évaluation approfondie des itinéraires afin de mettre en évidence les lignes présentant un bon potentiel pour l'alimentation en hydrogène, sur la base des schémas de service, de la topographie, de la vitesse des lignes et de la proximité des sites de production d'hydrogène et de ravitaillement en carburant. Nous prévoyons une future économie de l'hydrogène autour des lignes concernées, ce qui permettra de créer des emplois précieux dans les communautés écossaises éloignées, d'Aberdeen aux îles Orcades, en passant par les Highlands.

Une vision d'avenir

Le gouvernement écossais s'est engagé à mettre en place le premier service de transport de passagers à l'hydrogène d'ici à la fin de 2025. Notre étude de marché a analysé la manière dont la demande pour une économie de l'hydrogène pourrait se développer, en identifiant les voies privilégiées pour l'hydrogène et en examinant les coûts et les avantages. Les enseignements tirés de ce projet de démonstration nous aident à définir la manière la plus efficace d'intégrer d'autres trains pour créer une flotte de trains à hydrogène autonome et génératrice de revenus en Écosse.

Après la démonstration de la sécurité, la prochaine étape consistera à travailler avec la chaîne d'approvisionnement, l'industrie et les investisseurs pour élaborer une stratégie visant à étendre l'utilisation de la technologie de l'hydrogène au secteur ferroviaire et à d'autres secteurs.

Le gouvernement écossais s'est engagé à mettre en place le premier service de transport de passagers à l'hydrogène d'ici à la fin de 2025. Notre étude sur les voies d'accès au marché a analysé la manière dont la demande pour une économie de l'hydrogène pourrait se développer, en identifiant les voies d'accès privilégiées pour l'hydrogène et en examinant les coûts et les avantages. Les enseignements tirés de ce projet de démonstration nous aident à définir la manière la plus efficace d'intégrer d'autres trains pour créer une flotte de trains à hydrogène autonome et génératrice de revenus en Écosse.

Après la démonstration de la sécurité, la prochaine étape consistera à travailler avec la chaîne d'approvisionnement, l'industrie et les investisseurs pour élaborer une stratégie visant à étendre l'utilisation de la technologie de l'hydrogène à l'ensemble du secteur ferroviaire et à d'autres marchés.