Tàu hỏa chạy bằng pin giúp ngành đường sắt giảm phát thải bằng 0

Nghiên cứu của nhóm các nhà khoa học từ Phòng thí nghiệm Mỹ Lawrence Berkeley và Đại học California cho thấy, tàu hỏa chạy bằng pin có thể tiết kiệm chi phí, không gây ô nhiễm không khí và có thể sớm đưa ngành đường sắt thành ngành không phát thải.

“Xanh hóa” vận tải đường sắt bằng việc chạy pin

Trong bài báo đăng trên tạp chí Nature, nhóm nghiên cứu lập luận rằng, công nghệ pin được cải thiện với giá rẻ, sử dụng năng lượng tái tạo có thể sớm cho phép năng lượng pin cạnh tranh với nhiên liệu diesel để cung cấp năng lượng cho các đoàn tàu.

Các đoàn tàu chở hàng chạy bằng dầu diesel thải ra 35 triệu tấn carbon dioxide hàng năm tại Mỹ và gây ô nhiễm không khí dẫn đến khoảng 1.000 ca tử vong sớm và khiến ngành y tế nước này phải chi 6,5 tỷ USD mỗi năm. Hơn nữa, những trường hợp tử vong và tác động xấu đến sức khỏe này lại là các cộng đồng có hoàn cảnh khó khăn và thu nhập thấp, thường sinh sống gần các bến tàu hàng và đường sắt.

Các nỗ lực để xác định các phương pháp không phát thải cho đường sắt vận chuyển hàng hóa đang được tiến hành nhằm thực hiện mục tiêu giảm phát thải trên toàn nước Mỹ. Và giá pin giảm mạnh gần đây đã tạo ra một khả năng mới cho việc điện khí hóa các đoàn tàu chở hàng.

Theo nghiên cứu, việc trang bị thêm pin cho tàu điện chạy bằng diesel sẽ tránh được những trường hợp tử vong và ảnh hưởng không cần thiết đến sức khỏe và tiết kiệm cho ngành đường sắt vận chuyển hàng hóa của Mỹ 94 tỷ USD trong vòng 20 năm từ việc giảm ô nhiễm không khí và khí thải carbon dioxide.

Tiến sĩ Natalie Popovich, Phòng thí nghiệm Berkeley, tác giả chính của nghiên cứu cho biết: “Việc chuyển đổi nhanh chóng lĩnh vực vận tải đường sắt không chỉ khả thi về mặt kỹ thuật và hiệu quả về chi phí, mà còn mang lại lợi ích kinh tế và sức khỏe ngay lập tức và lâu dài cho các cộng đồng có thu nhập thấp hơn”.

“Và nó sẽ tạo ra một động lực cho những nỗ lực của Mỹ nhằm kiềm chế biến đổi khí hậu, đặc biệt là khi công suất đường sắt vận chuyển hàng hóa dự kiến ​​sẽ tăng gấp đôi vào năm 2050”, cô nói.

Đánh giá về nghiên cứu này trong một bài viết đăng trên cùng tạp chí, Phó giáo sư Federico Zenith, Đại học Khoa học và công nghệ Na Uy (NTNU) nêu rõ lý do chuyển đổi tàu hỏa sang năng lượng pin và đưa ra cái nhìn tổng quan về công việc mà nhóm nghiên cứu đã thực hiện trong nỗ lực mới này.

Ông Zenith lưu ý rằng, xe lửa vận chuyển khoảng 40% hàng hóa liên tỉnh ở Mỹ và gửi đồ bằng xe lửa rẻ hơn so với sử dụng xe tải. Theo ông, hầu hết các chuyến tàu chở hàng ở Mỹ chạy bằng nhiên liệu diesel , thải ra xấp xỉ 0,6% tổng lượng khí thải carbon của Mỹ. Trong nỗ lực mới này, các nhà nghiên cứu đề xuất rằng việc chuyển sang sử dụng pin có thể ngăn chặn sự phát thải này.

Tàu hỏa sẽ chở theo những toa tàu đựng pin

Hiện tại, ở Mỹ, hệ thống tàu điện lấy điện từ các đường dây trên không đang tốn kém và không hiệu quả. Nhóm nghiên cứu gợi ý rằng, pin có thể cung cấp một lựa chọn tốt hơn; đặc biệt hơn, họ tuyên bố, một đầu máy duy nhất được trang bị hệ thống pin 14 megawatt sẽ đủ để thay thế một đoàn tàu chạy bằng động cơ diesel.

Họ khẳng định thêm rằng, một đầu máy như vậy có thể chở một đoàn tàu di chuyển khoảng 240 km trong một lần sạc. Điều này sẽ tiêu tốn bằng một nửa năng lượng so với đoàn tàu chạy bằng dầu diesel. Và nếu pin được sạc bằng cách sử dụng nguồn năng lượng tái tạo, nó sẽ làm giảm lượng khí thải carbon của tàu điện xuống bằng 0.

Các nhà nghiên cứu lưu ý rằng, hầu hết các đầu máy diesel hiện nay thực ra là chạy bằng điện, tức là động cơ diesel được sử dụng để cung cấp năng lượng cho các máy phát điện trên tàu. Do đó, tất cả những gì cần thiết là thay thế máy phát điện và thêm một toa tàu chuyên dụng ngay phía sau đầu máy để chở một cục pin lớn.

Việc bổ sung thêm nhiều toa chứa pin sẽ làm tăng phạm vi hoạt động của đoàn tàu. Ngoài ra, pin có thể được sạc tại các điểm dừng, nếu các bộ sạc nhanh cho những loại pin lớn như vậy được phát triển.

Có một phương pháp khác là có thể đổi những toa tàu chở pin lấy những cục pin mới ở các điểm dừng được chỉ định, giúp giảm đáng kể thời gian chờ đợi.

Lợi ích chính của việc trang bị thêm các toa tàu chứa pin cho các đoàn tàu chở hàng chạy bằng máy phát điện từ diesel hiện có sẽ giúp cho là các tàu điện chạy pin luôn có thể hoạt động trở lại với động cơ diesel như một nguồn nhiên liệu dự phòng. Khả năng sử dụng nhiên liệu kép này cho phép tàu hỏa sử dụng pin hoặc diesel, đây là một lợi thế duy nhất so với việc điện khí hóa hoàn toàn hệ thống đường sắt chở hàng hoặc sử dụng hoàn toàn pin nhiên liệu hydro.

Một lợi ích lớn khác là tàu điện chạy bằng pin có thể được sử dụng như nguồn điện dự phòng sạch, do đó tăng cường khả năng phục hồi của lưới điện. Trong lịch sử, tàu điện chạy bằng diesel từng được sử dụng làm máy phát điện trong các trường hợp khẩn cấp. Vào đầu năm 1998, một loạt các cơn bão tuyết đã khiến hơn một triệu người bị mất điện ở đông bắc nước Mỹ và một số vùng của Canada. Tại vùng ngoại ô của thành phố Montreal, Canada, thị trưởng thành phố đã vận chuyển toàn bộ đầu máy tàu điện chạy bằng diesel đến gần Tòa thị chính để cung cấp điện cho các hoạt động ứng phó khẩn cấp.

Với sự gia tăng của các hiện tượng thời tiết cực đoan và tình trạng mất điện, tàu điện chạy bằng pin có khả năng được triển khai trên toàn nước Mỹ để tránh mất điện. Những toa tàu chứa module pin này có thể được vận chuyển đến nơi cần thiết và sạc ở những địa điểm có giá điện thấp, do đó mang lại lợi thế đáng kể so với việc lưu trữ năng lượng trên lưới điện.

Hơn nữa, các toa tàu đựng pin có thể hoạt động như các container vận chuyển module, có khả năng trao đổi giữa đường sắt chở hàng và tàu vận tải biển, từ đó mang lại lợi ích tích cực trong việc khử carbon ở cả hai lĩnh vực vận tải đường sắt và đường biển, giúp mở rộng phạm vi phục hồi.

Các nhà nghiên cứu thừa nhận rằng, trong tương lai gần, chi phí vận hành đường sắt sẽ cao hơn một chút đối với các đoàn tàu chạy bằng pin, nhưng những cải thiện về môi trường sẽ rất xứng đáng.