Kolejowa droga do zeroemisyjności

Piotr Kołaczek
Autor specjalizuje się w tematyce naukowo-technicznej.

Silniki elektryczne – w odróżnieniu od napędu spalinowego – nie zanieczyszczają środowiska, jednak energię, którą są one zasilane, trzeba wyprodukować. Tam, gdzie eksploatuje się wyłącznie odnawialne źródła energii albo elektrownie jądrowe, można mówić o bezemisyjnym transporcie kolejowym. W krajach, w których system energetyczny jest oparty przede wszystkim na elektrowniach spalających węgiel, korzyści z transportu elektrycznego są mniej oczywiste. Elektrownie emitują zanieczyszczenia, ale jest to emisja wysoka i można ją skutecznie redukować, stosując filtry, optymalizując proces spalania i kontrolując jakość paliwa. Rozproszona, niska emisja z wielu silników spalinowych o dużej mocy byłaby bardziej uciążliwa. Trakcja elektryczna jest więc krokiem w dobrym kierunku, choć nie zawsze oznacza całkowitą likwidację emisji gazów cieplarnianych.

Polska należy do tej grupy i wiele wskazuje na to, że przez kilkadziesiąt lat nie zrezygnujemy ze spalania węgla w elektrowniach. Dlatego dalsze ograniczenie emisji skojarzonej z transportem kolejowym jest możliwe przez ograniczanie zużycia energii elektrycznej w ogóle, a pochodzącej z elektrowni węglowych w szczególności. To już się dzieje. Od lat przewoźnicy inwestują w nowy tabor i przebudowy starych lokomotyw. Zazwyczaj podstawowym celem jest przedłużenie eksploatacji lokomotyw i zwiększenie maksymalnej prędkości, ale wymiana silników, układów sterowania i zasilania przynosi też korzyść w postaci zmniejszenia zużycia energii.

Proces jest powolny i napotyka liczne trudności spowodowane wydarzeniami na rynku kolejowym i kondycją przewoźników. Dla przykładu: firma Olkol, która miała wyremontować lokomotywy elektryczne EP08, nie doczekała realizacji zlecenia i musiała ogłosić upadłość. Wprawdzie ogłoszono kolejny przetarg na remont tych lokomotyw, ale najtańsza oferta przedstawiona przez ZNTKiM Gdańsk opiewała na 10,5 mln zł i przekraczała możliwości właściciela lokomotyw – PKP Intercity. Przewoźnik przewidział na ten cel maksymalnie 7,3 mln zł.

W raporcie PKP Energetyka za rok 2021 można przeczytać, że spółka dostarczyła 4 TWh energii elektrycznej. W tym samym roku całkowity wolumen transakcji zawartych na wszystkich rynkach energii elektrycznej na Towarowej Giełdzie Energii S.A. wyniósł 225,2 TWh, a to oznacza, że odbiorcy zaopatrywani przez PKP Energetyka kupili około 1,78% energii elektrycznej sprzedanej w Polsce. Taki wynik zobowiązuje. Każda modyfikacja zmniejszająca zużycie energii, po uwzględnieniu efektu skali, powinna być uznana za ważny krok na drodze do zrównoważonego rozwoju.

PKP Energetyka zakłada, że do 2030 roku
2,5 TWh energii (85% energii trakcyjnej) będzie pochodziło ze źródeł odnawialnych. Mają się do tego przyczynić działania takie jak wybór producentów energii oraz zwiększanie udziału własnej produkcji energii elektrycznej przy pomocy ogniw fotowoltaicznych. W tym samym okresie zużycie energii elektrycznej ma się zmniejszyć o 1,2 TWh, co będzie odpowiadało zmniejszeniu emisji gazów cieplarnianych o mniej więcej 1 mln ton CO2.
Plany są następujące:

1. Około 60–70% energii będzie pochodzić z kilkuset farm fotowoltaicznych.
2. Około 30–40% energii będzie pochodzić z kilkudziesięciu farm wiatrowych.
3. System zostanie oparty na tzw. Lokalnych Obszarach Bilansowania (LOB) posiadających niezależność energetyczną, w których ilość wytwarzanej energii będzie równa zapotrzebowaniu.
4. Instalacje będą znajdować się w całej Polsce, a produkcja energii umiejscowiona zostanie najbliżej punktu jej odbioru, wzdłuż linii kolejowych, aby skrócić drogę przesyłu.

Potrzeby energetyczne kolei to głównie zasilanie pojazdów trakcyjnych, ale nie można zapominać o innych: zasilaniu urządzeń SRK, oświetleniu i ogrzewaniu infrastruktury, w tym stacji, dworców, budynków biurowych i magazynów, zasilaniu serwerowni, urządzeń łączności i wielu innych. Wszędzie można wprowadzać modyfikacje i ograniczać zużycie energii.

Nie cała sieć kolejowa w Polsce i w Europie jest zelektryfikowana. Nawet tam, gdzie istnieje elektryczna sieć trakcyjna, niektóre pociągi są prowadzone przez lokomotywy spalinowe. Istnieje kilka przyczyn takiego stanu rzeczy. Praca manewrowa, zwłaszcza na stacjach rozrządowych, jest wykonywana przede wszystkim przez lokomotywy spalinowe. Bocznice zakładów przemysłowych, jednostek wojskowych i portów przeładunkowych także są w większości obsługiwane przez lokomotywy spalinowe. Wiele lokomotyw spalinowych, przynajmniej w polskich realiach, to konstrukcje z lat 70. i 80. XX wieku, napędzane wysokoprężnymi silnikami spalinowymi, które nie spełniają żadnych współczesnych standardów emisji. Przy okazji remontów i przebudowy są one stopniowo wyposażane w nowoczesne silniki wysokoprężne spełniające wymagania normy EURO, ale tempo modernizacji pozostawia wiele do życzenia.

Poza Europą (np. w USA, Kanadzie i w wielu krajach Afryki) udział trakcji spalinowej jest jeszcze większy, jednak najdłuższych odcinków sieci nigdy nie zelektryfikowano. Nie wiadomo, jak ten problem zostanie rozwiązany w przyszłości. Być może alternatywą dla kosztownej elektryfikacji okaże się zastosowanie lokomotyw elektrycznych zasilanych energią wytwarzaną przez wodorowe ogniwa paliwowe. Budowa niezbędnej infrastruktury (stacji sprężania i tankowania wodoru) prawdopodobnie byłaby tańsza niż budowa od podstaw trakcji elektrycznej i towarzyszącej jej sieci elektroenergetycznej. W każdym przypadku potężny koszt będzie związany z przebudową albo wymianą lokomotyw.

Lokomotywy zasilane wodorem mają przed sobą przyszłość w Polsce i w Unii Europejskiej. PESA od kilku lat eksploatuje wyprodukowaną przez siebie lokomotywę wodorową (zmodernizowaną SM42). Zebrane doświadczenia zostaną wykorzystane przy budowie zasilanego wodorem pojazdu pasażerskiego, który ma być gotowy w roku 2025.

Kolej, ze względu na rozległość swojej infrastruktury, wpływa na środowisko naturalne na wiele sposobów: poprzez emisję hałasu, zmiany wprowadzane podczas budowy i remontów linii kolejowych, kolizje ze zwierzętami. Zanieczyszczenia pochodzenia kolejowego to także wycieki płynów eksploatacyjnych, środków smarnych itp. W polskich warunkach to również skutki eksploatacji wagonów pasażerskich wyposażonych w tradycyjne toalety o obiegu otwartym.

Ochrona środowiska to też właściwa gospodarka odpadami, a tych na kolei jest wiele: począwszy od jednorazowych sztućców i naczyń używanych w wagonach restauracyjnych i lokalach na stacjach kolejowych, po niebezpieczne odpady warsztatowe: przepracowane smary i oleje, zużyte elementy zawierające plastik, ołów oraz inne pierwiastki i związki chemiczne.
Trzeba pamiętać, że wiele eksploatowanych obecnie lokomotyw wyprodukowano w czasach, kiedy azbest był bardzo popularnym, tanim i uznawanym za uniwersalny materiałem izolacyjnym. Używano go do izolacji cieplnej kabin, w zabezpieczeniach przeciwpożarowych itp. Dzisiaj materiał ten jest stopniowo usuwany z pojazdów przy okazji remontów.

Bezpieczeństwo środowiska w dużej mierze zależy od stanu taboru. Nieszczelne cysterny, uszkodzone wagony towarowe czy nieprawidłowości podczas przeładunku powodują przedostawanie się do środowiska niebezpiecznych substancji. Część z nich może się kumulować w miejscu przeładunku albo postoju pociągów (na stacjach towarowych lub przy torach, na których pociągi towarowe oczekują pod semaforem). Szybkie ujawnianie takich wycieków, a przede wszystkim zabezpieczanie miejsc zwiększonego ryzyka (takich jak: kratki ściekowe, separatory, zbiorniki na ścieki niebezpieczne), regularne oczyszczanie i dekontaminacja są niezbędne. Przewoźnicy i zarządcy infrastruktury kolejowej odpowiadają jedynie za część z nich. Pozostałe mogą mieć miejsce na terenie zakładów produkcyjnych, bocznic, portów. Mimo tego trzeba je uwzględnić, analizując wpływ transportu kolejowego na środowisko.

Przedsiębiorstwa kolejowe mogą wpływać na swoich kontrahentów, żeby sprawnie usuwali oni nieprawidłowości, przynajmniej jeśli chodzi o tabor i tę część infrastruktury, która podlega nadzorowi zarządcy infrastruktury, mimo że nie jest jego własnością. Normy przewidują utratę pewnej ilości towaru podczas transportu (np. przez odparowanie paliwa, rozpuszczalników itp.), ale tam, gdzie to możliwe, należy im zapobiegać, stosując np. systemy odbioru oparów.

Obsługa przedsiębiorstw kolejowych wiąże się z przetwarzaniem dużych ilości dokumentów. Coraz częściej spotyka się rozwiązania przewidujące wyłącznie obieg dokumentów elektronicznych, ale droga do pełnego wycofania druków papierowych jest jeszcze daleka. Długo pozostaną one z nami np. jako bilety, dokumenty dla załóg pociągów albo… taśmy papierowe do prędkościomierzy rejestrujących. Na te pozornie drobne zaszłości trzeba spojrzeć przez pryzmat skali, a wtedy okaże się, że ich wpływ na środowisko jest większy, niż można by sądzić.

Firmy kolejowe korzystają z usług podwykonawców i dostawców zewnętrznych. Będąc dużym odbiorcą i poważnym kontrahentem, dysponują one narzędziem nacisku, które może skłonić inne przedsiębiorstwa do podnoszenia standardów i ograniczania emisji. Wiele dałoby wprowadzenie do dokumentacji przetargowych premii za stosowanie czystych technologii i materiałów. Przywiązywanie wagi wyłącznie do ceny odnosi przeciwny skutek. Dążenie do redukcji ceny przy zachowaniu zysku często wiąże się z tym, że oferenci proponują wykorzystanie materiałów gorszej jakości: nieprzyjaznych środowisku, zużywających więcej energii, uciążliwych w utylizacji. Dotyczy to całej gamy materiałów i usług: detergentów, środków czyszczących, czyściw, papieru, tworzyw sztucznych itp.