آیا می‌توان از باتری‌های بزرگ برای حرکت قطارها استفاده کرد؟

محققان به‌تازگی تحقیقی انجام داده و در آن بررسی کرده‌اند آیا می‌توان قطارها را با استفاده از باتری‌های عظیم حرکت داد یا خیر.

با سرعت چشمگیر توسعه‌ی وسایل نقلیه‌ی الکتریکی، احتمالا به جایی خواهیم رسید که حذف کامل انتشار کربن از یک نوع وسیله‌ی حمل‌و‌نقل امکان‌پذیر باشد؛ اما به‌نظر می‌رسد تمیز‌کردن ردپای آلودگی وسایل نقلیه‌ی دیگر از‌جمله هواپیما و قطار و کشتی بسیار دشوار باشد. به‌تازگی تحلیلی منتشر شده است که نشان می‌دهد چگونه می‌توانیم میزان آلودگی یکی از وسایل نقلیه‌ی گفته‌شده را کم کنیم.

این مطالعه را محققان مستقر در کالیفرنیا انجام داده‌اند و در آن، امکان برق‌رسانی حمل‌ونقل ریلی را بررسی کرده‌اند. نتیجه‌ی این تحقیق نشان می‌دهد فناوری تقریبا برای این کار آماده است. به‌علاوه، قرار‌دادن باتری‌های غول‌پیکر روی واگن‌های باری می‌تواند مزایای جانبی جالبی نیز به‌همراه داشته باشد.

حالت‌های مختلف جایگزین سوخت فسیلی

در‌حال‌حاضر، بیشتر بار در ایالات متحده آمریکا با لوکوموتیوهای دیزلی جابه‌جا می‌شود. در یک سال معمولی، این لوکوموتیوها حدود ۳۵ میلیون تُن دی‌اکسید‌کربن تولید می‌کنند و تخمین زده می‌شود بقیه‌ی آلاینده‌های تولید‌شده باعث مرگ زودرس ۱۰۰۰ نفر و ۶٫۵ میلیارد دلار خسارت به سلامت مردم می‌شود.

محققان چند گزینه برای کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای قطارها در نظر گرفته‌اند که یکی از آن‌ها برقی‌کردن کل سیستم با سیم‌کشی بالای مسیرها است؛ اما این امر مستلزم صرف هزینه‌های اولیه‌ی هنگفت و هزینه‌های نگه‌داری مداوم است. یکی دیگر از جایگزین‌ها می‌تواند تأمین انرژی پیل‌های سوختی با هیدروژن باشد. این راه‌حل قابلیت نسبتا ارزان‌بودن را دارد؛ اما به گسترش ظرفیت تولید هیدروژن درخورتوجهی نیازمند است که در حالت ایدئال شامل تقسیم آب با استفاده از برق تجدیدپذیر است. این ظرفیت احتمالا تا تبدیل‌شدن به واقعیت سال‌ها فاصله دارد.

آخرین گزینه استفاده از باتری‌ای است که می‌تواند با سیستم موجود یکپارچه شود. اکثر لوکوموتیوهای دیزلی از دیزل برای تغذیه ژنراتور الکتریکی استفاده می‌کنند که درنهایت، باعث تغذیه‌ی موتورها می‌شود. تغییر در سیم‌کشی به‌طور بالقوه می‌تواند به لوکوموتیوها اجازه دهد منبع انرژی خارجی مانند باتری را بپذیرند.

چند سال پیش، دانشمندان این احتمال را بررسی کردند؛ اما به‌دلایل فنی و اقتصادی رد شد. از آن زمان، باتری‌ها به‌طور درخورتوجهی بزرگ‌تر شده‌اند و قیمتشان در دهه‌ی گذشته ۸۷ کاهش یافته است. محققان در مطالعه‌ی جدید خود به این نتیجه رسیدند که ارزش دارد دوباره نگاهی به آن بیندازیم.

یک باتری روی چرخ

در ایالات متحده‌ی آمریکا، یک واگن باری معمولی هنگام کار به‌طور متوسط ​​۲۴۱ کیلومتر در روز را طی می‌کند؛ بنابراین، محققان باتری بزرگی ساختند تا بتواند به‌عنوان بخشی از قطار باری بزرگ (چهار لوکوموتیو و ۱۰۰ واگن باری و حدود ۷،۰۰۰ تن بار)، آن را جابه‌جا کند. آن‌ها دریافتند که لیتیوم آهن فسفات به هر یک از چهار لوکوموتیو اجازه می‌دهد با یک واگن باری که به‌عنوان باتری غول‌پیکر پیکربندی شده است، حرکت داده شود. این باتری، تنها ۴۰ درصد از حجم یک باکسکار معمولی را اشغال می‌کند.

به‌دلیل بهره‌وری از نیروی الکتریکی مستقیم، قطار فقط نیمی از انرژی مصرف‌شده‌ی موتور احتراق داخلی را استفاده می‌کند که یک ژنراتور داخلی را به‌حرکت در‌می‌آورد. مطمئنا یک بار شارژ برای سفری که مسیر آن بیشتر از متوسط باشد، کافی نیست؛ اما خوشبختانه قطارهای باری معمولا چندین بار در روز برای تعویض خدمه و سوخت‌گیری توقف می‌کنند و همین امر فرصتی ایجاد می‌کند که آن‌ها بتوانند با استفاده از شارژ سریع باتری وسیله‌ی نقلیه خود را شارژ کنند. درضمن، اگر آن‌ها قصد توقف طولانی‌تری را داشته باشند، خود باتری‌ها نیز تعویض‌شدنی هستند.

درحالی‌که این سیستم به لوکوموتیوهای جدید نیاز ندارد، باتری‌ها و زیرساخت شارژ موردنیاز آن هزینه‌های اولیه‌ی هنگفتی خواهد داشت. محققان تمام این هزینه‌ها را جمع‌آوری و سپس قیمت برق را محاسبه کردند. آن‌ها سعی کردند متوجه شوند چگونه می‌توان این فناوری را با قیمتی رقابتی عرضه کرد که بتواند از سوخت‌های فسیلی گزینه‌ی بهتری به نظر برسد.

عوامل مختلف برای جایگزینی باتری به‌جای سوخت فسیلی

جواب کوتاه این است: سیستم مذکور هنوز کاملا وجود ندارد؛ اما پاسخ طولانی این است: اقتصاد به بعضی از عوامل بسیار حساس است. یکی از آن‌‌ها قیمت گازوئیل است که اخیرا بسیار ارزان بوده است. اگر قیمت آن مانند گذشته شود، وضعیت تغییر چشمگیری خواهد کرد.

عوامل دیگر پیچیده‌تر هستند. هزینه‌ی کلی زیرساخت شارژ به دفعات استفاده از آن بستگی دارد. اگر شرکت‌های حمل‌و‌نقل بتوانند برنامه‌ریزی خود را طوری تنظیم کنند که شارژرها تقریبا نیمی از زمان استفاده شوند، اقتصاد کلی برق‌رسانی بهبود می‌یابد. همچنین، می‌توان با روش‌های دیگری قیمت شارژ را به‌میزان درخورتوجهی کاهش داد.

یکی دیگر از عوامل مهم که می‌‌تواند بازی را تغییر دهد، هزینه‌ی مشکلات بهداشتی ناشی از آلاینده‌های دیزلی است. با استفاده از یک معیار اقتصادی به نام «ارزش فعلی خالص»، محققان تعیین کردند که تغییر نیروی محرکه قطارها از سوخت فسیلی به باتری به‌تنهایی ۱۵ میلیارد دلار هزینه در پی دارد؛ اما اگر خسارات آلودگی آن را در نظر بگیریم، متوجه می‌شویم که با این کار ۴۴ میلیارد دلار پس‌انداز می‌شود.

با در‌نظر‌گرفتن خسارات اقلیمی نیز افزایش صرفه‌جویی به ۹۴ میلیارد دلار را شاهد هستیم. حتی اگر این آسیب‌ها نادیده گرفته شوند، عواملی مانند افزایش قیمت گازوئیل نیز می‌تواند به تصمیم‌ نهایی کمک کند.

سوددهی باتری‌های عظیم قطارها

هنگامی که محققان مسئله‌ی بار قطارها را کنار گذاشتند، به یکی از نکات بسیار جالب تحقیقشان رسیدند. می‌توان کارهای مختلفی با باتری‌های بزرگ و متحرک انجام داد؛ حتی اگر قرار نباشد حرکت کنند. شرکت‌های حمل‌ونقل می‌توانند حتی بدون حرکت‌دادن آن‌ها، از ظرفیتشان برای ارائه‌ی خدمات تثبیت شبکه استفاده کنند. هنگامی که قیمت افزایش پیدا می‌کند، حتی می‌توان برق را فروخت. در مواقع خاص، این سیستم می‌تواند حتی هزینه‌ی کل زیرساخت را بپردازد.

همچنین، می‌توان باتری‌ها را به مکان‌هایی منتقل کرد که بر‌اثر قطعی برق یا بلایای طبیعی دچار مشکل‌ شده‌اند. اگر با خود می‌گویید باتری‌های قطار ممکن است تا رسیدن به مکان‌های مدنظر تخلیه شوند، باید بگوییم که می‌توان آن‌ها را با لوکوموتیوهایی که با گازوئیل کار می‌کنند، به آنجا کشید.

در‌نهایت باید اشاره کنیم که این روش قابلیت فراوانی دارد و اگر بتوان آن را عملی کرد، فرایند کربن‌زدایی سیستم حمل‌ونقل سریع‌تر انجام خواهد شد؛ اما باید به این موضوع نیز توجه کرد که این تغییر یک‌شبه رخ نخواهد داد و برای رسیدن به آن، باید مراحل مختلفی را پشت‌سر گذاشت.