När den brittiska regeringen avbröt sina planer på att elektrifiera tåglinjer över Wales, Midlands och norra England, och skära ner på elektrifieringen av Great Western järnvägsnät, det satte ett för tidigt slut på ett järnvägsinvesteringsprogram som en gång utropades som det största landet hade sett sedan viktorianska eran. Men nu tyder rapporter på att regeringen och tågtillverkarna hoppas att det kan finnas ett alternativt sätt att göra brittiska järnvägar elektriska:vätgas.

Vätgaståg har redan ersatt fler förorenande dieselmotorer på en linje i Tyskland, och vissa tågbolag tror att fordonen kan köras i Storbritannien redan 2022. Att introducera dem skulle fortfarande kräva betydande investeringar och skulle inte vara utan utmaningar. Men de kan vara ett viktigt steg mot att minska järnvägens koldioxidavtryck.

Endast omkring en tredjedel av det brittiska järnvägsnätet har elektrifierats, med lite extra spår konverterat under de senaste åren. Utan att fortsätta att elektrifiera nätverket, regeringen står inför dilemmat om hur man eliminerar dieseltåg som producerar koldioxid och andra skadliga föroreningar.

Den nuvarande strategin är att köpa in bimodala tåg som kan gå över till diesel när de når delar av banan utan el. Men detta försvårar frågan om att hantera klimatförändringar och luftföroreningar och lämnar fortfarande Storbritannien långt bakom de flesta andra europeiska nätverk.

Om elektrifiering av resten av nätverket anses för dyrt, ett potentiellt alternativ är att generera el ombord på tåget. Ett sätt att göra detta är att använda bränsleceller som kombinerar vätgas med syre från luften för att producera el och vatten. Väte kan bära mer energi än samma vikt av batterier, vilket innebär att bränslecellssystem kan vara lättare. De tar också kortare tid att tanka än batterier tar att ladda och har inte samma höga miljökostnader från tillverkningen.

Vätgasen skulle behöva komprimeras till tankar som vanligtvis skulle förvaras på tågets tak. Men att lägga till ett regenerativt bromssystem för att ladda ett extra litet batteri skulle minska mängden väte som behövs för att driva tåget.

Den höga kostnaden för att installera luftledningar innebär att vätgaståg sannolikt skulle vara ett mer ekonomiskt sätt att elektrifiera järnvägslinjer med relativt låga trafikvolymer. Och det är vettigt att experimentera med vätgtåg för att avslöja eventuella oväntade problem. Men utbredd användning skulle kräva betydande investeringar i generering och lagring av väte. Eftersom väldigt få vätebaserade järnvägar någonsin har byggts, det är inte klart om de faktiskt skulle spara regeringar några pengar över att elektrifiera större linjer som skulle ge stordriftsfördelar.

En bättre lösning kan vara att utveckla bimodala tåg som kan växla mellan el från luftledningar och bränsleceller. Detta skulle vara särskilt lämpligt för det brittiska järnvägsnätet, som har många broar och tunnlar som är för låga för att dra luftkablar under och mycket dyra att byta ut. Om elektriska tåg kunde byta till vätgas för spåravsnitt med broar eller tunnlar istället för att kräva kablar, det skulle kunna minska kostnaderna för elektrifiering avsevärt.

Det andra problemet med vätebränsleceller är att bränslet för närvarande tillverkas av metan (naturgas) med en process som kallas ångmetanreformering som också producerar en stor produktion av mycket giftig kolmonoxid. Detta kan omvandlas till koldioxid men det betyder att användningen av vätebränsleceller fortfarande bidrar till utsläppen av växthusgaser.

Renare väte

Ett föroreningsfritt sätt att producera väte är genom elektrolys, genom att leda en elektrisk ström genom vatten. I teorin, du kan använda överskott av vindkraft (och kanske sol) för att generera denna el och göra vätet till en förnybar energikälla. Problemet är att elektrolysanläggningar sannolikt inte kommer att vara ekonomiska om de inte är igång under en stor del av dagen. Detta skulle innebära att när det inte fanns överdriven vind för att driva dem, de skulle behöva vanlig el från nätet som skulle göra processen mycket dyr (och inte nödvändigtvis förnybar).

Ett andra alternativ är att använda en "termokemisk" produktionsmetod som innebär att vatten reagerar med svavel och jod i närvaro av värme. Den goda nyheten är att denna metod kommer att bli ekonomisk inom de närmaste tio åren tack vare utvecklingen av generation IV kärnkraftverk. Dessa höga temperaturer, små modulära reaktorer utvecklas i Kina, USA, Kanada och Japan men inte i Storbritannien eller Europa.

Trots de nuvarande gränserna för väte som transportbränsle, allt eftersom fler och fler länder (särskilt Japan) bedriver ytterligare forskning om väteekonomin, dess kostnader kommer att minska avsevärt, precis som de har för sol- och vindkraft. Vätgas kan till och med komma att ersätta naturgas i gasledningar, vilket skulle bidra till att minska kostnaderna för att använda den för transport.

Svårigheten som ofta uppstår när man försöker introducera en ny typ av transportbränsle är att fordonsägare inte kommer att använda det utan infrastrukturen för att stödja det, men infrastrukturbyggare kommer inte att installera det om det inte finns efterfrågan från fordonsägare. Ett statligt finansierat experiment med vätgtåg kan hjälpa till att övervinna detta problem och föra den förnybara vätgasekonomin ett steg närmare verkligheten.

Den här artikeln är återpublicerad från The Conversation under en Creative Commons-licens. Läs originalartikeln.