Tàu hỏa từ lâu đã là một trong những hình thức vận chuyển sạch hơn. Trong cuộc đua nhằm đạt được các mục tiêu về khí hậu, ngành công nghiệp tàu chạy bằng hydro đang tiến về phía trước và IEC đang cung cấp các tiêu chuẩn.

Không còn nghi ngờ gì nữa, tàu hỏa là một trong những hình thức vận tải bền vững hơn. Theo Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA), tàu hỏa chở 8% hành khách trên thế giới và 7% vận tải hàng hóa toàn cầu, nhưng chỉ sử dụng 2% tổng nhu cầu năng lượng vận tải . Trên thực tế, đường sắt điện không thải ra carbon, chiếm hơn 85% số chuyến tàu chở khách và 55% số chuyến tàu chở hàng.

Tuy nhiên, tàu điện có một số hạn chế, đó là chi phí dây điện và trạm biến áp, có thể rất cao ở những vùng có thách thức về địa lý như vùng núi. Tuy nhiên, tàu chạy bằng hydro cung cấp một phương pháp đầy hứa hẹn để giảm lượng khí thải từ đường sắt vì chúng yêu cầu ít cơ sở hạ tầng hơn và pin nhiên liệu hydro có thể di chuyển lâu hơn trong một lần sạc.

Theo Enrico Morelli, chuyên gia về công nghệ hydro và là người triệu tập một số nhóm làm việc của IEC trong Ủy ban kỹ thuật đường sắt IEC/TC 9 , đoàn tàu chạy bằng hydro đầu tiên trên thế giới đã đạt kỷ lục 1.175 km mà không cần tiếp nhiên liệu, lâu hơn nhiều so với mức trung bình tàu chạy bằng pin.

Ông nói: “Hydro là một lựa chọn tốt cho các đoàn tàu đường dài và các đoàn tàu ở những khu vực có địa lý phức tạp như đường hầm hoặc cầu, khiến việc điện khí hóa các tuyến trở nên cực kỳ tốn kém”.

Do đó, ngày càng có nhiều dự án xây dựng tàu hỏa chạy bằng hydro trên khắp thế giới, chủ yếu ở các nước phát triển.

Năm 2018, đoàn tàu thương mại chạy bằng hydro đầu tiên trên thế giới bắt đầu hoạt động ở vùng Lower Saxony của Đức. Sau vài năm thử nghiệm, 14 đoàn tàu chạy bằng hydro đã chính thức được đưa vào vận hành vào năm 2022, với chi phí mà chính phủ Đức phải chi ra là 85 triệu EUR . Hiện có 41 đoàn tàu chạy bằng hydro khác đang hoạt động ở khu vực Frankfurt.

Tại Pháp, nhà điều hành đường sắt SNCF đã đặt hàng 12 đoàn tàu chạy bằng hydro dự kiến sẽ được thử nghiệm trong năm nay với mục tiêu chở hành khách vào cuối năm 2025.

Tại Ý , Bộ Cơ sở hạ tầng và Giao thông vận tải đã cam kết 300 triệu EUR cho một chương trình mới nhằm thay thế tàu diesel bằng tàu chạy bằng hydro trên khắp đất nước.

Cuộc thử nghiệm tàu hybrid hydro đầu tiên của Nhật Bản có tên Hybari đang được tiến hành với mục tiêu đưa nó vào vận hành thương mại vào năm 2030. Các quốc gia khác như Chile và Ấn Độ cũng có kế hoạch đưa tàu chạy bằng hydro vào hoạt động, trong khi Trung Quốc đã có lúc, đã và đang sử dụng xe điện hydro .

Tàu chạy bằng hydro tốc độ cao cũng đang được triển khai. Một tập đoàn gồm 10 công ty Tây Ban Nha đang trong quá trình phát triển hệ thống tàu cao tốc chạy bằng pin nhiên liệu hydro và pin.

Chuyển sang sử dụng hydro có hàm lượng carbon thấp hơn

Nhưng cách sản xuất hydro đã bị chỉ trích trong những năm gần đây , vì phần lớn hydro được sử dụng được tạo ra thông qua việc chiết xuất nó từ các hợp chất hydrocarbon như khí đốt, than đá và dầu mỏ. Quá trình này không hề thân thiện với môi trường, thải ra 830 triệu tấn carbon dioxide mỗi năm .

Giải pháp thay thế “cacbon thấp” là thông qua điện phân, trong đó điện được sử dụng để tách nước thành hydro và oxy trong một thiết bị gọi là máy điện phân. Lượng khí thải thậm chí còn thấp hơn nếu điện được sản xuất từ các nguồn năng lượng tái tạo.

Hơn nữa, theo IEA , với chi phí của các năng lượng tái tạo như quang điện mặt trời và sản xuất gió đang giảm dần, hydro “cacbon thấp” cuối cùng cũng có thể trở thành lựa chọn chi phí thấp.

Tất cả những điều này là tin tốt cho hành tinh và con người, nhưng chúng ta vẫn chưa đạt được điều đó. Những công nghệ mới như thế này đòi hỏi sự đầu tư đáng kể.

Các cơ quan quản lý đang nhận ra nhu cầu này. Ví dụ, tại EU, 22 quốc gia cộng với Na Uy đã ký một thỏa thuận được gọi là “các dự án quan trọng vì lợi ích chung của châu Âu” ( IPCEI ) trong lĩnh vực hydro được gọi là chương trình IPCEI Hy2Tech . Trong năm 2022, khoảng 50 dự án đã được cấp vốn công hơn 10 tỷ EUR, dự kiến sẽ tạo thêm 15 tỷ EUR đầu tư tư nhân.

Hợp tác là chìa khóa

Julien d'Arbigny, một thành viên của Nhóm làm việc chung của Ban kỹ thuật IEC/TC 9 JWG 51 nhấn mạnh rằng một động lực chính khác sẽ là sự hợp tác về hệ thống pin nhiên liệu cho các ứng dụng đường sắt.

“Các phân ngành giao thông vận tải sẽ được hưởng lợi từ việc phá bỏ các kho chứa hiện có để hướng tới mục tiêu chung, chẳng hạn như phát triển các giải pháp tiếp nhiên liệu. Điều này có thể dẫn đến việc tạo ra các trung tâm tiếp nhiên liệu cũng phục vụ các phương tiện chạy bằng hydro khác, chẳng hạn như xe tải hoặc xe buýt” ông nói.

“Ví dụ, ở Đức, Khu công nghiệp Höchst ở Frankfurt có một trạm nạp hydro cho phép xe buýt và toa tàu chạy bằng hydro tiếp nhiên liệu. Một hệ sinh thái bao gồm tất cả các phương thức vận tải như vậy là cần thiết để thúc đẩy sự đổi mới và đầu tư vào nền kinh tế hydro.”

Các tiêu chuẩn quốc tế IEC sẽ là công cụ cho sự hợp tác và hài hòa này trên toàn thế giới, khi chúng tập hợp các thông lệ quốc tế tốt nhất để đảm bảo độ tin cậy, hiệu suất, an toàn và cung cấp nền tảng cho sự đổi mới có thể diễn ra. Bằng cách cho phép khả năng tương tác, chúng có thể là công cụ mạnh mẽ để thúc đẩy sự phát triển của ngành.

Ví dụ, mặc dù có các yêu cầu hài hòa quốc tế đối với tàu chạy bằng điện và diesel để chứng minh độ an toàn và hiệu suất, nhưng không có yêu cầu nào đối với hydro. Điều này có nghĩa là phải dành nhiều thời gian và năng lượng để trải qua quá trình thử nghiệm và đánh giá theo các tiêu chí khác nhau nhằm đảm bảo các bộ phận và hệ thống phù hợp với mục đích và an toàn.

Ban kỹ thuật IEC/TC 9 đang nghiên cứu một loạt tiêu chuẩn để lấp đầy khoảng trống này. IEC 63341‑1 sẽ xác định các yêu cầu đối với việc thiết kế hệ thống năng lượng pin nhiên liệu, trong khi IEC 63341 ‑2 sẽ đề cập đến hệ thống nhiên liệu hydro, bao gồm cả việc lưu trữ và phân phối hydro trên tàu hỏa. Phần thứ ba trong loạt bài, IEC 63341 ‑3, sẽ trình bày chi tiết các yêu cầu về hiệu suất và phương pháp thử nghiệm. Loạt bài này sẽ dựa trên nhiều Tiêu chuẩn IEC khác về pin nhiên liệu và công nghệ lưu trữ hydro cùng với các yêu cầu cụ thể bổ sung cho các ứng dụng đường sắt.

Các tiêu chuẩn sẽ là một khởi đầu tốt, nhưng cần nhiều hơn nữa. Vì lý do này mà các chuyên gia quốc tế về đường sắt (IEC TC 9) và hydro ( ISO/TC 197/SC 1 ) đã tạo ra hai nhóm đặc biệt chung, JAHG 52 : Thùng chứa nhiên liệu cho đường sắt và JAHG 53 : Các thành phần hệ thống nhiên liệu cho đường sắt. đường sắt, để xác định những tiêu chuẩn IEC nào là cần thiết và tạo ra lộ trình phát triển chúng.

Dù được sản xuất từ nhiên liệu hóa thạch hay không, hydro vẫn là một loại khí rất dễ cháy và phải được sử dụng an toàn và hiệu quả. Kể từ khi thành lập, một trong bốn hệ thống đánh giá sự phù hợp do IEC điều hành, IECEx (Hệ thống chứng nhận tiêu chuẩn IEC liên quan đến thiết bị sử dụng trong khí quyển nổ) đã bao gồm việc chứng nhận thiết bị, dịch vụ và năng lực của con người trong các lĩnh vực liên quan đến hydro. IECEx giám sát việc tuân thủ các tiêu chuẩn quốc tế nhằm giải quyết vấn đề an toàn, hiệu suất và khả năng tương tác của hydro, đồng thời chứng nhận của tổ chức này tiếp tục là một công cụ có giá trị để tạo điều kiện thuận lợi cho hoạt động thương mại liên quan đến hydro ở cấp quốc gia và trên các thị trường quốc tế.

IECEx đã hợp tác với các tổ chức quốc tế khác, bao gồm cả ISO, tổ chức đã thiết lập quan hệ đối tác chính thức liên quan đến thử nghiệm và chứng nhận trong lĩnh vực công nghệ hydro. Từ năm 2023, nó đã cấp giấy chứng nhận cho hệ thống và thiết bị phân phối hydro. Chương trình chứng nhận năng lực nhân sự (CoPC) cũng đã được mở rộng để bao gồm các đơn vị năng lực bổ sung dành riêng cho an toàn hydro.