水素列車

輸送分野では、元々（2003年）の「ハイドレール」という総称には、水素列車、ゼロエミッションマルチプルユニット、またはZEMUが含まれます。これらは、搭載された水素燃料をエネルギー源として、牽引モーター、補助装置、またはその両方に電力を供給する、大型または小型の鉄道車両を 表す総称です。ハイドレール車両は、水素内燃機関で水素を燃焼させるか、水素燃料電池列車のように燃料電池で水素と酸素を反応させて電気モーターを駆動するかのいずれかの方法で、推進力として水素の化学エネルギーを使用します。鉄道輸送の燃料として水素を広く使用することは、提案されている水素経済の基本要素です。この用語は、世界中の研究者や技術者によって使用されています。^{[1] [2] [3] [4] [5] [6]}

ハイドレール車両は通常、バッテリーやスーパーコンデンサなどの再生可能エネルギー貯蔵装置を備えたハイブリッド車両であり、回生ブレーキ、効率の向上、必要な水素貯蔵量の削減を実現します。ハイドレールの潜在的な用途には、通勤鉄道、 旅客鉄道、 貨物鉄道、ライトレール、鉄道高速輸送、鉱山鉄道、産業鉄道システム、路面電車、公園や博物館での特別な鉄道乗車など、あらゆる種類の鉄道輸送が含まれます。

ハイドレールという用語は、2003 年 8 月 22 日、マサチューセッツ州ケンブリッジにある米国運輸省のボルペ交通システムセンターでの招待講演にまで遡ると考えられています。^{[7]そこで、米国の通信会社}AT&Tの元未来学者で戦略プランナーのスタン・トンプソンが、ムーアズビル ハイドレール イニシアチブと題する講演を行いました。^[8]しかし、著者のスタン・トンプソンとジム・ボウマンによると、この用語が印刷物として初めて登場したのは、2004 年 2 月 17 日のInternational Journal of Hydrogen Energy 誌で、検索エンジンのターゲット ワードとして、水素鉄道分野で研究している世界中の学者や技術者が、この分野で作成されたすべての研究をより簡単に公開および検索できるようにするためのものでした。^[9]

2005 年以来、毎年国際ハイドレール会議が開催されている。アパラチア州立大学とムーアズビル サウス アイアデル商工会議所が大学やその他の団体と共同で主催するこの会議は、環境、気候、エネルギー安全保障、経済発展の理由からこの技術の導入を促進するために、世界中でこの技術に携わっている、または使用している科学者、エンジニア、ビジネス リーダー、産業専門家、オペレーターを集めることを目的としている。これらの会議の発表者には、米国、オーストリア、カナダ、中国、デンマーク、EU、ドイツ、フランス、イタリア、日本、韓国、ロシア、トルコ、英国、国連 (UNIDO-ICHET) の国および州/地方機関が含まれている。^[要出典]初期の頃は、これらの会議は主に学術分野が中心であったが、2013 年までに、出席する企業や産業界の人物の数が増加していると報告されている。^[10]

2010年代には、燃料電池と水素生成装置は、中国、ドイツ、日本、台湾、イギリス、アメリカなど、さまざまな国の多くの交通事業者に採用されました。ハイドロレール車両に適用できる技術の多くは、道路車両などの他の輸送手段にも適用できます。^{[10] [8]}

水素は、水分子1個につき酸素原子1個に対して水素原子2個が存在することから、一般的で見つけやすい元素である。 ^{[10]水素は、}水蒸気改質（通常は化石燃料の使用を伴う）や電気分解（大量の電力を必要とし、あまり一般的ではない）など、いくつかの方法で水から分離することができる。分離された水素は、燃料として使用することができる。^[10]ハイドロレール車両の燃料となる水素は、個々の整備基地で製造することができ、必要なのは安定した電力と水のみであり、その後、車両の加圧タンクにポンプで送り込むことができると提案されている。^[10]

より軽量で高性能な燃料電池の開発により、水素燃料自動車の実現可能性が高まった。カナダのハイドロジェニクス社によると、2001年の同社の25kW燃料電池の重量は290kgで、効率は38～45％だった。しかし、2017年までに同社はより強力でコンパクトな燃料電池を生産しており、重量は72kg、効率は48～55％で、電力密度が約5倍に増加している。^[10]レールエンジニアによると、貨物機関車や高速列車などの特定の種類の列車での水素推進の使用は、入換機関車や多重ユニットなどの低出力の用途よりも魅力的ではなく、より困難である。^[10]この出版物はまた、鉄道業界内での排出量削減の圧力が、ハイドレールの採用に対する需要を刺激する役割を果たす可能性が高いと指摘している。^[10]

典型的な水素推進システムの主要技術は燃料電池である。この装置は、水素に含まれる化学エネルギーを変換して、電気、水、熱を生成する。 ^[10]そのため、燃料電池は、燃料を生成するために使用される電気分解プロセスと本質的に逆の方法で動作する。つまり、電気エネルギーを消費して水素を生成するのではなく、純粋な水素を消費して電気を生成するが、交換時にある程度のエネルギー損失が発生する。^[10]報告によると、電気を水素に変換し、再び水素に戻す効率は30％弱で、現代のディーゼルエンジンとほぼ同じだが、架空架線を使用した従来の電気牽引よりも低い。車載燃料電池で生成された電気は、列車を推進するためのモーターに供給される。 ^[10]架線電化のコストは約200万ユーロ/kmであるため、交通量の少ない路線では電化は費用対効果の高いソリューションではなく、バッテリーやハイドロレールソリューションが代替手段となる可能性がある。^[11]

鉄道業界の出版物であるRailway Engineerは、風力発電の普及拡大により、一部の国では夜間に電力が余剰となり、この傾向により低コストで利用可能なエネルギー手段が提供され、電気分解によって水素を簡単に製造できる可能性があると理論づけています。^{[10]したがって、各国の}電力網から利用できるオフピーク電力を使用して水素を製造することは、最も経済的な方法の1つになると考えられています。2017年1月現在、電気分解で製造された水素のコストは、一般的に天然ガスとほぼ同じで、ディーゼル燃料のほぼ2倍の費用がかかります。ただし、これらの化石燃料のいずれとも異なり、水素推進では車両からの排出ガスはゼロです。^[10] 2018年の欧州委員会の報告書によると、水素が蒸気メタン改質によって製造された場合、ハイドロレールの排出量はディーゼル列車よりも45％低くなります。^[11]

Rail EngineerとAlstomによると、10MWの風力発電所は1日あたり2.5トンの水素を楽に生産できる。これは、1日あたり600kmの距離を走る14台のiLint列車に電力を供給するのに十分な量である。^[10]伝えられるところによると、2017年1月現在、世界中で水素の生産量と供給量が拡大しており、燃料としての魅力が高まっている。水素の適切な流通ネットワークを構築する必要があり、それには多額の投資が必要であり、少なくとも短期的にはハイドレールの成長を抑制する役割を果たす可能性が高い。^[10]

Railway Technology は、鉄道業界は歴史的に新技術の採用が遅く、見通しも比較的保守的であると指摘している。しかし、早期導入者がこの技術を大規模に導入することに成功すれば、消極的かつ伝統主義的な態度を克服する上で決定的な役割を果たす可能性がある。^{[8]さらに、ディーゼルからハイドロレールの推進力への移行には大きなメリットがある可能性がある。}日立レールヨーロッパ、バーミンガム大学、Fuel Cell Systems Ltdのコンソーシアムが実施した調査結果によると、ディーゼル機関車を再動力化したハイドロレール車両は、大幅なエネルギー消費削減を実現できる可能性がある。報告によると、同コンソーシアムのモデルでは、ノリッジからシェリンガムまでの線路で、従来の牽引力に比べて最大 52 パーセントの節約が見られた。^[10]鉄道でよく知られている技術を使用した中間ステップとして、従来のエンジンでディーゼルと水素の混合物を燃焼させる方法があるが、これは究極の目標であるゼロエミッションではない。^[12]

ハイドロリーとは、ハイドロレール技術で駆動する路面電車またはトラム（トロリー）のことです。この用語（ハイドロジェントロリー）は、2008 年にスペインのバレンシアで開催された第 4 回国際ハイドロレール会議で、研究を簡素化する検索エンジンのターゲット ワードとして造られました。車載の水素由来の電力により、頭上のトロリー アームと線路の電化が不要になり、建設コストが大幅に削減され、景観汚染が軽減され、線路の電化の保守費用が不要になります。「ハイドロリー」という用語は、「ハイドロレール ライト レール」や外部電化を暗示する可能性のある他の組み合わせよりも好まれます。^{[引用が必要]}

水素は空気との混合比が4%〜74%と広い範囲で可燃性を示し、18%〜59%では爆発性を示す。^[13]

• 2002年、ケベック州ヴァルドールで、プレイサードーム社製のヌベラ燃料電池を搭載した最初の3.6トン、17kWの水素動力鉱山機関車が実証されました。^[14]
• 2006年4月、東日本旅客鉄道株式会社が開発した世界初の油圧式鉄道車両が開発された。^{[15] [10]}
• 2006年10月、日本の鉄道総合技術研究所は、ヌベラ燃料電池を搭載した70トンの都市間列車である燃料電池ハイドロレールの試験を実施した。^[16]
• 2007年4月、台湾国立科学技術博物館と台湾燃料電池パートナーシップの共同によるミニハイドロレールが、初めての教育用乗車を実施しました。 ^[17]
• 2007年に日本の鉄道総合技術研究所は、それぞれ450kWのPEM燃料電池と150kWのバッテリーを搭載した62トンの客車2両を製造した。^[18]
• 2008年、日本の東日本旅客鉄道は、65kWのPEM燃料電池2基と19kWhのリチウムイオン電池を搭載した実験用ハイブリッド列車「NEトレイン」を長野地域で短期間テストした。^[要出典]
• 2009年、BNSF鉄道は、米国陸軍工兵隊および車両プロジェクト社と共同で開発した水素燃料電池で駆動するスイッチャー機関車、車両プロジェクトHH20Bを発表しました^。[19]伝えられるところによると、2010年に初走行が行われました。^[10]
• 2010年、インドネシアで357キロメートル（222マイル）の高速ハイドロレール線が提案されました。^[20]現在実現可能性調査中のこの鉄道リンクは、ジャワ島のいくつかの都市を水素動力の磁気浮上システムで結ぶものです。^{[21] [22]}
• 2011年、FEVEとバリャドリッド大学（CIDAUT）はFC Tram Hを立ち上げました。
  ₂SNCVのFABIOLOSシリーズ3400を改造したアストゥリアスのプロジェクト。^{[23] [10]}最高速度20km/hで最大30人の乗客を運ぶことができます。
• 2012年、デンマークの水素列車プロジェクトは、内燃機関で水素を使用するヨーロッパ初の水素動力列車の開発と製造に着手しました。^{[24] [25]}
• 2012年、バーミンガム大学のミニハイドロレール水素パイオニアトレインが、構成テスト用の縮小版パワートレインとして登場しました。 ^{[26] [27]}
• 2012年から2014年にかけて、中国でハイドレールのコンセプトに関するテストが実施されました。^[28] 2010年11月、西南交通大学が最初のハイドレールのプロトタイプを披露しました。^[29]
• 2012年、南アフリカのアングロ・アメリカン・プラチナ（アムプラッツ）とビークル・プロジェクト社は、ディシャバ鉱山で試験用に可逆金属水素化物貯蔵装置を備えた5台のPEMFCトライデント新時代機関車を進水させた。^{[30] [31]}
• 2014年、ドイツのニーダーザクセン州、ノルトライン＝ヴェストファーレン州、バーデン＝ヴュルテンベルク州、ヘッセン州公共交通局は、2018年までに燃料電池アルストム・コラディア列車2両の試験運用を行う意向書をアルストム交通と締結した。 ^[32]
• 2015年、ウォーリック大学は水素燃料の機関車の開発に着手した。^[要出典]同年、アルバ島のダウンタウン・オラニエスタッド路面電車が運行を開始。ダウンタウン・ドバイ・トロリー・プロジェクトは、ドバイのブルジュ・ハリファとドバイ・モール周辺で運行開始予定。^[33] 2015年、CSR Sifang Co Ltd.は中国の青島で初の380人乗り路面電車を公開した。^[34]
• 2016年9月、アルストムはザルツギッターの工場で生産された新開発のiLint列車を公開した。2017年11月、ニーダーザクセン州の地方交通局は最初の車両14台を発注した。ドイツ連邦鉄道局Eisenbahn-Bundesamtによる試験と承認は2016年後半に開始された。^[35]
• 2016年 - 唐山中車集団公司は世界初の商用燃料電池ハイブリッド路面電車を開発し、2017年に南湖産業観光実証運行で初のテスト走行を完了しました。
• 2018年 - 2台のIlint試作列車がブクステフーデ-ブレーマーフェルデ-ブレーマーハーフェン-クックスハーフェン地域で定期運行を開始する。シュレースヴィヒ＝ホルシュタイン州は、2025年までに60台のiLintハイドロレール車両を使用して、1,100kmのネットワーク全体を電化することを計画している。 ^[8] 2018年1月現在、すべての車両はブレーマーフェルデの車両基地でメンテナンスされる予定で、ここは世界初の水素列車燃料補給基地となる予定で、水素は現地の風力タービンを使用して現地で生成される。^[10]
• 2017年9月、アルストムは、2018年12月に開通予定のイギリスのリバプールからチェスターへの新線で水素燃料電池列車の試験運行を提案した。アルストムは、この線路に隣接するリバプール郊外のヘイルバンクに新しい施設を構えており、近くのスタンロー製油所から水素を調達している。^[36]
• 2018年3月、マレーシアのサラワク州政府は、クチンのライトレール交通システムを水素燃料電池で稼働させ、2024年までに完成する予定であると提案した^。[37]しかし、2018年9月、サラワク州首相は、資金が他の場所で必要であるとして、プロジェクトを保留にすると発表した。^[38]
• 2019年6月、東日本旅客鉄道はトヨタの水素燃料電池技術を使用した2両編成の列車の開発に投資し、2021年までに試験運用を開始し、2024年までに商業化可能な技術を準備することを目指していると発表した。トヨタはミライ車両に燃料電池技術を採用している。^[39]
• 2019年11月、米国初の水素燃料電池列車がスイスのメーカーであるスタドラーレール社に発注され、カリフォルニア州レッドランズとサンバーナーディーノを結ぶアロー 通勤鉄道サービスに間もなく投入される予定である。^[40]
• 2021年3月17日、フランス鉄道は、今後5年間でカーン・アランソン・ルマン・トゥール線（フランス北西部）で15両のハイドレールを運行すると発表した。この路線はディーゼル列車（X72500とXGC）のみで運行される。^[41]
• 2021年4月、フランス鉄道会社はアルストムに2億ユーロで14両のハイドレール（うち2両はオプション）を発注した。この列車は2025年までに4つの地域（オーヴェルニュ＝ローヌ＝アルプ、ブルゴーニュ＝フランシュ＝コンテ、グラン・エスト＝オクシタニー）で運行される予定である。^{[42]これらの列車は直接}CO2_を排出することなく600kmの走行距離を誇る。^[43]
• 2022年9月、CaltransとCalSTAは、Stadler社に水素燃料電池列車29台（正式発注4台、オプション25台）を発注した。これらの列車は、アムトラックのカリフォルニアサービスで使用される予定である。^[44]
• 水素機関車- BNSF、キャタピラー、プログレスレール、シェブロンは2021年に提携し、水素燃料電池機関車のプロトタイプを開発した。^{[45] [46]} CSXとカナダ太平洋鉄道は2023年に提携し、ディーゼル機関車を水素に改造するための水素変換キットを開発した。^[47]
• 北カリフォルニアで計画されているバレーリンク通勤鉄道サービスでは、運行にゼロエミッションの水素列車を使用することを計画している。^{[48] [49]}

2018年9月、世界初の商用水素動力旅客列車がドイツのニーダーザクセン州で運行を開始しました。アルストムが開発したこの列車は、二酸化炭素を排出しない水素燃料電池を使用しています。^[50] 2022年8月には、ニーダーザクセン州ブレーマーフェルデで、水素動力列車のみで運行される初の鉄道路線がデビューし、この路線の15両のディーゼル列車が徐々に置き換えられています。^[51]

2022年10月、ドイツのバーデン＝ヴュルテンベルク州は、委託した調査で水素列車のコストがバッテリーや架線で動く電気列車よりも最大80％高いことが判明したため、水素列車のさらなる使用を検討しないことを発表した。^[52]

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• EU FP 6 HyRail プロジェクトは 2009 年 1 月 31 日にWayback Machineにアーカイブされました
• Hydrail.org アパラチア州立大学