Waarom Nieuw-Zeeland zou moeten investeren in slimme spoorwegen en niet in groene waterstof om het vervoer koolstofarm te maken

Groene waterstof wordt aangeprezen als een alternatief naar fossiele brandstoffen in Nieuw-Zeeland. De regering heeft er NZ $ 8,4 miljoen in geïnvesteerd verken het potentieel ervan en $ 19,9 miljoen in een waterstof energie-installatie​

Wereldwijd, 6% aardgas en 2% steenkool worden gebruikt om industriële waterstof te produceren, wat bijdraagt ​​aan de uitstoot van kooldioxide die gelijk is aan die van het Verenigd Koninkrijk en Indonesië samen. Groene waterstof wordt geproduceerd door elektriciteit uit hernieuwbare bronnen te gebruiken om water te splitsen. Maar is waterstof een realistische brandstofoptie?

Binnenlandse productie van een koolstofarme transportbrandstof met De grotendeels hernieuwbare elektriciteit in Nieuw-Zeeland klinkt als een geweldig idee.

Maar laten we niet voorbijgaan aan de voor de hand liggende mogelijkheid om een ​​echt duurzaam transportsysteem te bieden door een hightech geïntegreerd slim spoor- en stedelijk tramnetwerk van eigen bodem op te bouwen dat rechtstreeks gebruikmaakt van hernieuwbare elektriciteit via bovengrondse lijnen.

Laten we eerst de parameters vaststellen. Bij het evalueren van de vooruitzichten voor groene waterstof moeten we een duidelijk doel hebben: het realiseren van duurzaam transport op niet-fossiele brandstoffen.

In 2019 importeerde Nieuw-Zeeland ongeveer 55 miljoen vaten aardolieproducten, bij een kosten $ 5,4 miljard​ Nieuw-Zeelanders legden 45 miljard kilometer af in 4,4 miljoen voertuigen, waaronder 23.000 vrachtwagens.

Bijna alle geïmporteerde brandstof ging naar het personenvervoer en het vrachtvervoer over de weg, de grootste en snelst groeiende component van de nationale kooldioxide-uitstoot (42,6% van het totaal in 2018​

Het vervangen van benzine en diesel door groene brandstof zou de uitstoot verminderen, maar niet de verkeersopstoppingen, de reistijd en het zware vrachtverkeer verbeteren. Met name het goederenvervoer wordt hierdoor duurzamer verschuiving van weg naar spoor, die een 75% lagere CO2-uitstoot kunnen hebben dan het wegvervoer.

Capaciteit voor duurzaam transport

Live systeemgegevens van Transpower, de beheerder van het nationale net van Nieuw-Zeeland, laat zien hoeveel elektriciteit wordt opgewekt uit verschillende bronnen, vanaf het geïnstalleerde vermogen van 9.237 megawatt.

Op het moment van schrijven was op een gemiddelde nazomerdag ongeveer de helft van de waterkracht in gebruik en was er geen windbijdrage. Het zou mogelijk zijn om ongeveer 2.400 MW te gebruiken voor transport en nog steeds 20% van de capaciteit over te houden als veiligheidsmarge.

KiwiRail heeft aangekondigd de aankoop van $ 1 miljard van 100 nieuwe locomotieven en 900 nieuwe wagons ter vervanging van de huidige voorraad, waarvan een groot deel meer dan 50 jaar oud is. Een locomotief levert 2,4 MW vermogen. Elektrische locomotieven kosten $ 1,2 miljoen per MW, en een recent elektrificatieproject kost $ 371 miljoen voor 20 km.

Het is denkbaar dat Nieuw-Zeeland vijf keer zoveel locomotieven op een uitgebreid elektrisch spoorwegnet zou kunnen hebben en ten minste 80% van het huidige vrachtvervoer over vrachtwagens zou kunnen opnemen. Met dat soort netwerk kan het intercityvervoer van passagiers ook aanzienlijk worden verschoven van de weg naar het spoor.

Een elektrisch spoorwegnet met 500 locomotieven van 2,4 MW zou ongeveer 1400 MW op maximale capaciteit gebruiken, als alle treinen tegelijkertijd rijden met 85% elektrische efficiëntie. Stadstrams, lightrail, elektrische voertuigen en scooters zouden de resterende 1.000 MW capaciteit kunnen gebruiken.

Elektrische rail is gebruikelijk in Europa​ Noorwegen heeft onlangs 200 km bovengrondse elektrische spoorlijn aangelegd tegen een kostprijs van NZ $ 2,5 miljoen per km. Snelwegen aanleggen in Nieuw-Zeeland kost gemiddeld $ 35 miljoen per km.

Transport op waterstof

Laten we beginnen met dezelfde 1.400 MW aan extra hydro-opwekkingscapaciteit en de groen waterstofsysteem​

De wisselstroom zou moeten worden omgezet in gelijkstroom en gebruikt in elektrolysers om water te spugen (63% omzettingsrendement) en de waterstof zou moeten worden gecomprimeerd en opgeslagen in speciale hogedruktanks (20% energie-input). Het zou dan met een brandstofcel moeten worden omgezet in elektriciteit (50% omzettingsrendement) en uiteindelijk in een elektromotor (85% rendement).

De 1.400 MW zou 100 locomotieven van 2,4 MW kunnen besturen met groene waterstof – dezelfde spoorcapaciteit als Nieuw-Zeeland nu al heeft. Met andere woorden, het gebruik van waterstof zou betekenen dat Nieuw-Zeeland een vijfde van de treinen van brandstof zou kunnen voorzien die een bovengronds elektrisch direct aangedreven systeem zou kunnen laten rijden.

In het waterstofscenario zou een substantiële investering nodig zijn voor de elektrolysers ($ 1,6 miljoen per MW met een levensduur van 15 jaar), waterstofcompressoren en opslagtanks ($ 1 miljoen per MW waterstof). De kapitaalkosten van een waterstofsysteem van 1.400 MW zouden 4,3 miljard dollar per 15 jaar bedragen.

We zouden ook waterstoftreinen en voertuigen moeten importeren. Dit is een probleem. Er zijn momenteel minder dan 10.000 waterstofvoertuigen in de wereld en geen treinen op de markt.

Het is moeilijk om de kosten van een op waterstof gebaseerd railsysteem in te schatten, maar de brandstofcellen die locomotieven aandrijven kosten elk ongeveer $ 4,1 miljoen, wat een extra kost is bovenop de $ 2,9 miljoen voor de elektrische locomotief.

De engineering, technologie en levenscycluskosten zijn bekend voor elektrische spoor- en tramnetwerken, maar we weten minder over transportmogelijkheden op basis van waterstof. De voor de hand liggende, betaalbare en verstandige opties moeten worden gegeven meer ondersteuning dan zeer speculatieve stellingen.

De overgang van dieseltrucks naar geïntegreerd elektrisch spoor, kustvaart en lokale elektrische levering vereist infrastructuurinvesteringen, maar levert veel geschoolde banen op. Spoorverkeersschema’s kunnen “slim” zijn en in realtime worden beheerd, door gebruik te maken van de huidige hernieuwbare capaciteit en de behoefte aan opslag overbodig te maken.

Nieuw-Zeeland zou koolstofarm transport kunnen realiseren via directe elektrificatie, terwijl het realistische potentieel van waterstof om het goederenvervoer van het land van brandstof te voorzien verwaarloosbaar is.