Konversi Lokomotif Diesel Menjadi Hidrogen untuk Kurangi Emisi

Lokomotif diesel listrik kurang efisien dari sisi bahan bakar dan kurang ramah lingkungan. Konversi menjadi lokomotif hidrogen listrik, sedang dikembangkan di beberapa negara dengan sejumlah tantangan terutama pada metode penyimpanan hidrogen.

Sebuah kereta barang diesel tua di British Columbia, Kanada akan mendapatkan kehidupan baru. Perusahaan lokal Hydrogen in Motion (H2M) bersama dengan Loop Energy (penyedia solusi berbasis sel bahan bakar hidrogen) saat ini bekerja sama mengubah lokomotif Green Goat untuk berjalan dengan campuran hidrogen dan tenaga baterai.

Kolaboran Loop Energy dengan H2M akan mengubah lokomotif pengalih (switcher locomotive), diesel-listrik yang dimiliki dan dioperasikan Southern Railway of British Colombia menjadi hidrogen-listrik. Kedua mitra akan menggunakan teknologi yang dikembangkan secara lokal, termasuk sistem sel bahan bakar 50 kw eFlow dari Loop Energy dan tangki penyimpanan hidrogensolid-statebertekanan rendah yang dikembangkan oleh H2M.

H2M juga akan bekerja sama dengan University of British Columbia Okanagan School of Engineering (UBCO) dan Southern Railway of BC (SRY) untuk melakukan pemodelan komputasi tangki bertekanan rendah H2M. Mereka juga akan membandingkan karakteristik kinerjapowertrainhidrogen-listrik dan fungsionalitas operasional dengan lokomotif diesel-listrik sebelumnya.

"SRY telah berkomitmen untuk mendemonstrasikan lokomotif pengalih bertenaga hidrogen ini untuk membuktikan kelayakan kami dan mendemonstrasikan GRK dan dampak masyarakat lainnya," tulis laman H2 Bulletin.

Dengan keberhasilan demonstrasi retrofit ini, SRY akan dapat menjalankan sisa armadanya serta mentransfer teknologi ini ke operator kereta api lain seperti kereta apiCanadian Pacific Railway(CP) danCanadian National Railway(CN) di seluruh negeri. Operator tugas berat lainnya di truk dan peralatan dapat memanfaatkan pengetahuan ini dan mungkin berbagi infrastruktur di node pengisian bahan bakar hidrogen bertekanan rendah antar moda.

CEO Hydrogen-in-Motion Grace Quan, mengatakan kerjasama kedua perusahaan merupakan fase yang menarik bagi industri sel bahan bakar hidrogen. Ini membuktikan bahwa secara teknis dan ekonomis layak untuk mengubah lokomotif pengalih bertenaga diesel menjadi sistem tenaga berbasis sel bahan bakar hidrogen," ujar dia.

Sementara itu, George Rubin, CCO dari Loop Energy, mengatakan, dengan modul sel bahan bakar 50 kw yang hemat bahan bakar dan padat daya dari Loop Energy dapat menciptakan model lokomotif yang lebih kuat dan efisien. "Kami menghadirkan model lokomotif yang lebih kuat dan lebih efisien dengan memanfaatkan tenaga hidrogen dan baterai listrik," ujar dia.

Di Kanada lokomotif pengalih biasanya melakukan tugas-tugas seperti mengangkut sejumlah kecil kayu atau pakan ternak. Jika semua berjalan sesuai rencana, H2M akan mengkonversi lokomotif diesel ini menggunakan energi hidrogen pada akhir tahun ini, atau awal tahun depan.

"Dengan keberhasilan demonstrasi ini, kami juga akan melihat kereta yang jauh lebih besar," kata Quan. "Kami akan mempertimbangkan mengubah seluruh armada," ungkapnya seperti dikutip BBC.

Pengembangan Penyimpanan Hidrogen

Sementara itu di Inggris, lokomotif hidrogen, HydroFlex2, sedang menjalani pengujian penyimpanan hidrogen di Long Marston, Warwickshire. Metodenya penyimpanannya berupa gas bertekanan tinggi atau cairan yang sangat dingin (kriogenik), yang berpotensi tidak aman dan mahal.

Para ilmuwan melakukan beberapa penelitian menemukan cara menyimpan hidrogen dalam bentuk padat yang lebih lembam. Dalam kasus H2M, perusahaan telah mengembangkan bahan nano di mana hidrogen disimpan pada tekanan yang relatif rendah dibandingkan dengan teknik lainnya.

"Dengan hanya membuka katup dan menurunkan tekanan, hidrogen terlepas, seperti ketika CO2 dalam minuman berkarbonasi dilepaskan saat Anda membuka botolnya," kata Quan menggambarkan prosesnya.

Dia menambahkan bahwa hidrogen dapat sangat berguna untuk menggerakkan kendaraan berat yang melakukan perjalanan jauh, seperti kereta api dan truk. Sebelumnya perusahaan telah mengembangkan tuk tuk roda tiga bertenaga hidrogen sebagai demonstrasi skala kecil. "Tergantung pada ukuran sel bahan bakar, kami dapat memberikan daya hingga satu minggu," kata Quan tentang tuk tuk tersebut.

Duncan Gregory dari University of Glasgow mengatakan, mereka yang bekerja pada teknologi penyimpanan hidrogen saat ini bertujuan untuk mencapai kepadatan 5 persen berat (persen berat) atau lebih besar dalam media penyimpanan. "Sangat sulit untuk mencapai itu, " ujarnya.

Namun, perlu banyak usaha untuk mewujudkannya. Misalnya metode yang Ian Chen dari Deakin University di Australia dan rekan-rekannya yang menggunakan teknik yang disebut penggilingan bola (ball milling), semacam proses penggilingan menggunakan bola-bola kecil di dalam tabung.

Aktivitas penggilingan tersebut meningkatkan tingkat tekanan, mendorong gas diserap oleh bubuk di dalam tabung. Prof Chen dan rekan-rekannya telah menemukan bahwa mereka dapat menggunakan ini untuk menyimpan gas termasuk hidrogen dalam bubuk boron nitrida.

"Kami menyukainya karena stabil, tidak beracun, ringan," kata Prof Chen. Ia menerangkan 5 persen berat dapat dilakukan dengan metode ini. Sebelumnya pada Juli 2022, tim menjelaskan bagaimana proses ini dapat digunakan untuk menyimpan hidrokarbon dalam sebuah makalah akademis. Detail percobaan di mana mereka berhasil menyimpan hidrogen dan gas lain seperti CO2 dan amonia belum dipublikasikan.

Prof Chen sangat tertarik dengan kemungkinan menyimpan hidrogen dalam bentuk ini, yang hanya memerlukan penerapan panas untuk melepaskan gas kembali. Namun dia mengakui bahwa ada jalan panjang antara penelitian dan kesuksesan komersial ini.

Tim perlu merancang peralatan berskala besar dan menunjukkan bahwa metode tersebut akan benar-benar hemat biaya dalam skala besar. "Kami tidak mengklaim bahwa kami telah menyelesaikan semua masalah utama," kata Prof Chen.

Prof Gregory, yang saat ini bekerja dengan perusahaan teknologi hidrogen terpisah yang dirahasiakan, menambahkan bahwa salah satu masalah potensial dengan proses penggilingan bola adalah berapa lama waktu yang dibutuhkan. Eksperimen skala kecil yang dilaporkan oleh Prof Chen dan rekan-rekannya sejauh ini memakan waktu 20 jam penggilingan.

Selain transportasi, hidrogen yang disimpan dalam keadaan padat dapat memiliki kegunaan lain. Uji coba yang saat ini sedang berlangsung di Skotlandia akan menguji pembuatan dan penyimpanan hidrogen di salah satu Kepulauan Orkney

Sistem pembelajaran mesin akan memantau pola cuaca dan memutuskan kapan menggunakan listrik dari turbin angin terdekat untuk menggerakkan proses elektrolisis, yaitu bagaimana hidrogen diekstraksi dari air. "Ini adalahtest bedyang bagus," kata Kepala Eksekutif dan salah satu pendiri H2GO Power,EnassAbo-Hamed."Kamu bisa mengalami seminggu penuh angin dan kemudian seminggu tanpa apa-apa," imbuhnya.

"Hidrogen memiliki potensi sebagai bahan bakar boiler yang lebih bersih dari gas alam," kata Prof Gregory, meskipun ada tantangan yang signifikan dalam mengimplementasikannya juga. Studi terbaru meragukan potensi hidrogen sebagai bahan bakar, baik dalam hal pemanasan maupun transportasi.

Ia berpendapat bahwa, jika seseorang dapat memecahkan masalah penyimpanan hidrogen, maka secara fundamental dapat mengubah cara kita menggerakkan kendaraan dunia - dari kereta barang hingga mobil.

"Saya dapat melihat dalam waktu 20 tahun atau apa pun, ketika seseorang akhirnya menemukan bahan yang akan melakukan pekerjaan ini, saya rasa baterai dapat digantikan oleh hidrogen," katanya. hay

Dikembangkan di Kanada, Eropahingga Afrika

Proyek konversi lokomotif diesel listrik juga dilakukan di Namibia, Afrika. Proyek dengan nama HyRail Namibia diluncurkan oleh konsorsium yang dipimpin oleh perusahaan investasi Hyphen Technical dari Jerman.

Perusahaan itu akan mengembangkan penyimpanan hidrogen. Hibah senilai 7,6 juta euro diterima dari Kementerian Pendidikan dan Penelitian Federal Jerman (BMBF) untuk mendukung HyRail Namibia. Rolling stock direncanakan akan dilaksanakan dalam waktu 18 bulan.

Prototipe lokomotif akan dibangun di lokasi pemeliharaanrolling stockTraxtion Rail di Rosslyn, Afrika Selatan, kemudian dipindahkan ke Namibia untuk dioperasikan oleh TransNamib. Selain itu, Traxtion Rail akan memelihara lokomotif dan memberikan pelatihan bagi staf TransNamib.

Sebagai bagian dari proyek tersebut saat ini tengah dibangun pabrik hidrogen di dekat Teluk Walvis, pelabuhan utama Namibia. Teknologi pembakaran hidrogen disediakan oleh CMB.Tech sebuah perusahaan asal Belgia.

Di situs web CMB.Tech, hidrogen dicampur dengan diesel di mesin, dan sejumlah kecil NOx dan CO2 tetap ada setelah pembakaran. CMB.Tech menyatakan bahwa teknologi tersebut memungkinkan pengurangan emisi hingga 60 hingga 90 persen tergantung pada beban dan jenis mesin.

Selain itu, CMB.Tech menyatakan bahwa dibandingkan dengan sel bahan bakar, mesin pembakaran semacam itu lebih murah, lebih andal, dan dapat ditingkatkan ke tingkat daya megawatt. Nambia tertarik untuk mulai mengekspor hidrogen hijau pada 2025.

Negara tersebut menyatakan memiliki kondisi optimal untuk energi angin dan matahari untuk menghasilkan hidrogen hijau. HyRail Namibia adalah bagian dari tindakan untuk mendukung produksi hidrogen hijau di Namibia, sehingga seluruh armada TransNamib direncanakan akan dikonversi di masa mendatang.

Pengembangan proyek serupa diumumkan pada awal Oktober oleh operator kereta api Deutsche Bahn dan Fortescue Future Industries, sebuah divisi untuk teknologi inovatif dari Australian Fortescue Metals Group. Perusahaan menandatangani Letter of Intent untuk memodifikasi mesin diesel untuk lokomotif dan kendaraan traksi sehingga dapat dioperasikan dengan amonia dan hidrogen.

Teknologi ini akan menggunakan apa yang disebutcrackerdari perusahaan Ammonigy yang berbasis di Stuttgart. Cracker ini membagi sebagian kecil amonia di luar mesin menjadi hidrogen dan nitrogen. Hidrogen yang dihasilkan dengan cara ini kemudian dicampur dengan amonia yang tersisa sebagai gas pengapian dan memastikan pembakaran bebas CO2. Prototipe pertama mesin saat ini sedang diuji di meja uji mesin.

Proyek traksi lokomotif hidrogen lainnya ditujukan untuk menghilangkan sepenuhnya mesin pembakaran dan menggantinya dengan sel bahan bakar. Dengan demikian, proyek semacam itu sedang dikerjakan oleh CP Rail di Kanada dan Talgo di Spanyol. Selain itu, proyek untuk mengubah lokomotif C36 oleh GE menjadi traksi sel bahan bakar diumumkan oleh Operail di Estonia.

Pada 2021, Pesa mengubah lokomotif diesel SM42 menjadi traksi sel bahan bakar. Lokomotif SM42-Dn ini dipresentasikan di InnoTrans tahun ini. Selain itu, CRRC telah meluncurkan prototipeshunter700 kW pada 2021 sistem traksinya mencakup sel bahan bakar dan baterai. hay