القطارات الكهربائية ثورة كبيرة في تطوير السكك الحديدية

بين القطارات والطائرات والسيارات، فإن وسيلة النقل الأخيرة هذه في طريقها لخفض انبعاثات الكربون من خلال العمل بالبطاريات، لكن التوجه للعمل بالكهرباء في مجال الطائرات والقطارات سيكون أكثر صعوبة.

وبالنسبة لقطارات الشحن على الأقل، فإن الكهرباء في متناول اليد ويمكن أن يكون لها معنى اقتصادي، وفقًا لتحليل جديد نُشر في مجلة Nature Energy.

وقال مؤلفو البحث الذي نشره موقع "anthropocenemagazine" الأمريكي إن التحسينات في تكنولوجيا البطاريات بالإضافة إلى سهولة الوصول إلى الكهرباء المتجددة الرخيصة تجعل السكك الحديدية تعمل بالبطارية الكهربائية ممكنة.

ويمكن أن يجلب هذا التحول إلى قطارات الشحن الكهربائية فوائد إضافية، حيث قال باحثون من مختبر لورانس بيركلي الوطني، إنه مع الأخذ في الاعتبار الأضرار الصحية الناجمة عن تلوث الهواء والأضرار المناخية لانبعاثات ثاني أكسيد الكربون، فإن القاطرات التي تعمل بالبطاريات ستوفر على قطاع السكك الحديدية للشحن في الولايات المتحدة 94 مليار دولار على مدار 20 عامًا.

وتنقل قطارات الشحن الأمريكية بضائع أكثر من أي نظام سكك حديدية آخر في العالم، فكل عام، ينتجون حوالي 35 مليون طن متري من ثاني أكسيد الكربون.

وعلى الرغم من أنها أكثر كفاءة في استهلاك الوقود من الشاحنات، إلا أنها ليست مطالبة باتخاذ تدابير صارمة لمكافحة التلوث، مما يؤدي إلى ما يقدر بنحو 1000 حالة وفاة مبكرة في الولايات المتحدة سنويًا.

ومن المتوقع أن تتضاعف قدرة قطاع الشحن بالسكك الحديدية في الولايات المتحدة بحلول عام 2050، وإذا استمر في العمل بالديزل، فسوف يستهلك بحلول ذلك العام نصف الديزل الذي تستخدمه قطارات الشحن على مستوى العالم.

وتتمثل إحدى طرق تحول القطارات إلى كهربائية في تركيب خطوط كهربائية علوية على البنية التحتية الحالية للسكك الحديدية، لكن هذا صعب في دول شاسعة المساحة مثل الولايات المتحدة وكندا.

ويأتي الخبر السار هو أن القاطرات الأمريكية اليوم يمكن تعديلها بشكل ملائم لتعمل على البطاريات، هذا لأنهم يستخدمون محركات ديزل وكهرباء: محرك ديزل يقود مولدًا لإنتاج الكهرباء، والتي تشغل بعد ذلك محركًا كهربائيًا يدير العجلات.

ويتطلب تحويل هذه القطارات إلى طاقة كهربائية بالكامل بطارية كبيرة وأسلاك لتوصيل الكهرباء إلى مجموعة القيادة.

ويقترح Amol Phadke وزملاؤه أن يكون لكل قطار عربة صندوقية تحمل بطارية 14 ميجاواط في الساعة، حيث يُظهر تحليلهم أن عربة صندوقية واحدة يجب أن تسحب قطار شحن كبير نموذجي بأربع قاطرات، و 100 عربة شحن، وحوالي 6800 طن متري من الحمولة على مسافة حوالي 240 كيلومترًا بشحنة واحدة.

ويعد هذا هو متوسط ​​المسافة التي تقطعها القطارات قبل التوقف لتغيير الطاقم، كما يمكن إعادة شحن البطاريات خلال تلك التوقفات على الطرق ذات الازدحام الشديد، يمكن تبديل عربات الشحن الفارغة بأخرى مشحونة.

وقام الباحثون أيضًا بحساب اقتصاديات امتلاك وصيانة وتشغيل قطارات الشحن التي تعمل بالبطاريات مقابل قطارات الشحن التي تعمل بالديزل والكهرباء.

وتكلف السيارات التي تعمل بالبطاريات والكهرباء 6.47 - 8 مليون دولار أمريكي، على مدى 20 عامًا، بينما تكلف قاطرات الديزل 5.85 - 11.83 مليون دولار أمريكي ، حسب ما توصلوا إليه، اعتمادًا على ما إذا كانت الأضرار البيئية قد تم تضمينها.

وبأسعار بطارية تبلغ 100 دولار لكل كيلو وات / ساعة متوقعة في المستقبل القريب، ستكون القطارات التي تعمل بالبطاريات الكهربائية مقارنة بالتكلفة مع قطارات الديزل والكهرباء عند تضمين التكاليف البيئية، أو إذا كان بإمكان شركات السكك الحديدية الحصول على أسعار الكهرباء بالجملة واستخدام 40 في المائة من البنية التحتية للشحن.

وأظهر الباحثون أن التحول إلى البطاريات وحدها سيكلف 15 مليار دولار، فعندما يتم حساب أضرار التلوث، فإن سيناريو البطارية الكهربائية يؤدي إلى توفير 44 مليار دولار، وعند النظر في الأضرار المناخية أيضًا، فإن هذه المدخرات تزيد عن الضعف لتصل إلى 94 مليار دولار.