Federico Zenith er seniorforsker ved SINTEF IKT og ansvarlig for beregningene i studien.
Forskningsdirektør Steffen Møller-Holst har ledet arbeidet med SINTEFs jernbaneutredning.
Forslag om å gjøre Norges lengste jernbane, Nordlandsbanen, utslippsfri «på gammelmåten», er reist fra flere hold opp gjennom årene. Dette vil si elektrifisering ved hjelp av stolper og luftledninger – «kontaktledning» på fagspråket – som erstatning for dagens dieseldrift.
Nå anbefaler forskningsdirektør Steffen Møller-Holst i SINTEF at vanlige el-tog glemmes for denne strekningen, til fordel for batteri- eller hydrogentog.
Nylig la han og kolleger i SINTEF siste hånd på en rapport som viser at nullutslipp på dieselstrekningene Nordlandsbanen, Røros-, Solør- og Raumabanen blir billigere både med hydrogen- og batteridrevne tog enn med vanlig elektrifisering eller bruk av biodiesel.
Utslippsfri tungtransport kommer på norske veier
Tog med medbrakt kraftverk
Batteritog drives fram som elbiler.
Godstog i fokus
- SINTEFs studie har etter Jernbaneverkets ønske hatt fokus på godstrafikken. Det er nemlig denne som vil avgjøre valg av drivstoff/fremdriftssystem på de fleste banestrekninger, ettersom godstogene har størst betydning både for økonomi og utslipp.
- Økonomivurderingene i studien er basert på den tettheten godstogtrafikken har i dag.
- Med dagens trafikk blir tradisjonell elektrifisering dyrest på Nordlandsbanen. Dette fordi banen er lang og har lav trafikktetthet, det vil si få togavganger å fordele investeringskostnadene på.
- For å sjekke i hvilken grad resultatene endrer seg hvis trafikken øker, har SINTEF gjennomført det som kalles sensitivitetsanalyser.
- På Nordlandsbanen må trafikken fire- til femdobles før elektrifisering blir konkurransedyktig med batterier eller hydrogen, og en slik trafikkøkning ville krevd bygging av et stort antall nye krysningsspor eller i verste fall dobbeltspor hele veien, ifølge Federico Zenith, seniorforsker i SINTEF og ansvarlig for beregningene i studien.
Hydrogentog er også elektriske, men frakter med seg sitt eget kraftverk i form av brenselceller. Disse går på hydrogen, som lages mest miljøvennlig ved at elektrisitet spalter vann til hydrogen og oksygen.
I alt 50 hydrogendrevne persontog er bestilt i Tyskland. De første skal settes i drift allerede i 2018 og teknologien forventes å være klar for godstogdrift i første halvdel av 2020-årene.
Dette gjør oss til elbil-kjøpere
Guide til beste total-løsning
På oppdrag fra Jernbaneverket, har SINTEF vurdert ulike lav- og nullutslippsalternativ til dagens dieseldrift på de fire nevnte banestrekningene (se faktarute nederst i oppslaget).
Basert på forventninger fra spesialister i inn- og utland angir rapporten både hva de ulike løsningene vil koste, i hvilken grad de vil innfri kommende miljøkrav og regelverk, hvor fleksible/robuste de vil bli og når de blir tilgjengelige.
– Summen av ekspertuttalelser vi har innhentet i prosjektet, er entydig. Alt før 2020 bør biodiesel erstatte diesel, som en mellomløsning. Tidlig på 2020-tallet vil batteridrift være mest attraktivt. Fra midten av 2020-tallet er det hydrogen som i størst grad vil innfri de samlede kravene som vil gjelde for godstog i framtidas jernbanenett, sier Møller-Holst, som har ledet utredningsarbeidet.
Billigst alt i dag
Elektrisk drift ble innført etappevis på Dovrebanen. Her er det første elektriske togsettet fremme i Trondheim, høsten 1970. Etter dette har kun Arendalsbanen blitt elektrifisert her til lands. Foto: NTB / Scanpix
Studien viser at besparelsen ved å droppe tradisjonell elektrifisering blir størst på Nordlandsbanen.
Slik elektrifisering er allerede vedtatt for de 120 kilometerne mellom Trondheim og Steinkjer. Så i denne sammenhengen vil «Nordlandsbanen» si strekningen Steinkjer – Bodø.
Alt i dag ville en batteri- eller hydrogenløsning mellom Steinkjer og Bodø ha kostet rundt 300 millioner kroner mindre per år enn elektrifisering med kontaktledning – og rundt 100 millioner kroner mindre enn bruk av biodiesel, ifølge SINTEF-rapporten (se figur).
Flytende vind og gass til Japan?
Sparer penger – og miljøet
Mot 2050 vokser besparelsen til nær 400 millioner årlig i forhold til vanlig elektrifisering – og til rundt 200 millioner kroner i forhold til biodiesel.
– Også av miljøhensyn er alternative nullutslippsløsninger å foretrekke på Nordlandsbanen. For en kontaktledning gir visuell forurensning på fjellet og er sårbar for nedriving og ising vinterstid, sier Møller-Holst.
(Artikkelen fortsetter under figuren.)
Kostnadsanslag for Nordlandsbanen. Slik blir de årlige investerings- og driftskostnadene for de ulike framdriftsløsningene på Nordlandsbanen, ifølge SINTEFs studie. Elektrifisering av strekningen Trondheim – Steinkjer ble besluttet i 2013. Økonomivurderingene er derfor gjort for den resterende delen av banen, det vil si for strekningen Steinkjer – Bodø. For detaljer om alternativene, se faktaboks nederst på siden. Kilde: SINTEF
– Usikkert kostnadsbilde
Lise Nyvold er prosjektleder i Jernbaneverket. Under SINTEFs utredningsarbeid var det hun som representerte oppdragsgiveren.
Nyvold påpeker på prinsipielt grunnlag at det er vanskelig å si noe sikkert om kostnader for vanlig elektrifisering før avtaler om elektrifiseringen av Trønder- og Meråkerbanen er på plass i løpet av det nærmeste året.
– I analyser vi har gjort i strategiarbeidet vårt, ser Nordlandsbanen ut til å komme overraskende bra ut i nyttekostanalysen for tradisjonell elektrifisering. Men som sagt: før vi trekker endelige konkusjoner må vi ha et bedre grunnlag for å vurdere kostnadene, enn vi hadde i disse analysene. Det samme gjelder kostnadsbildet for alternative energikilder.
Nå kommer trådløs strøm både til lands og til vanns
Nye teknologier under modning
Studien forleder ingen til å tro at hydrogen kan tas i bruk i jernbanedrift over natta.
Den konkluderer riktignok med at hydrogenløsningen teknologisk sett er moden nok til å tas i bruk. Samtidig peker den på at erfaring fra bruk av hydrogen til jernbanedrift er svært begrenset, at levetiden for brenselceller er en utfordring, og at det i dag ikke finnes regelverk for hydrogendrift.
Biodiesel som mellomløsning
- Biodiesel er høyaktuell som mellomløsning på dagens dieselstrekninger inntil batteri – og hydrogenløsninger forventes å bli klare i 2020-årene, ifølge SINTEF-studien.
- Utover på 2020-tallet blir biodiesel-tog slått av batterier og hydrogen på "aktualitetsskalaen" som studien munner ut i. Dette fordi drivstoff og vedlikehold forventes å bli dyrere for biodiesel enn for batteri- og hydrogentog.
- Biodiesel brukes i forbrenningsmotorer. Batteri- og hydrogentog, på sin side, kan gå på billig strøm fra det nordiske kraftmarkedet som forventes å få et betydelig kraftoverskudd.
Men rapporten konkluderer med at alt dette forventes å være på plass innen 2025.
Høyere godskapasitet
Så hva bør da en jernbaneoperatør gjøre om det skal investeres i nytt materiell tidlig på 2020-tallet?
SINTEFs Steffen Møller-Holst svarer slik:
– Handler det om en lang strekning, kan operatøren for eksempel velge å vente noen år på hydrogentogene for å få høyere godskapasitet. For trass i ekspertenes forventninger om kraftig økning i batteriers energitetthet framover, viser studien at batterier vil kreve minst to vogner for å få godstog fram på Nordlandsbanen. Hydrogentanker og brenselceller, derimot, får plass i én vogn.
Norge er Europas billigste batteri
– Spennende funn
– Funnene er veldig spennende, sier pressesjef Thor Erik Skarpen i Jernbaneverket. – De gir oss viktig kunnskap når vi skal anbefale fremtidige løsninger for de banestrekningene som ikke har elektrisk drift i dag.
– Der det ikke er aktuelt å elektrifisere, fremstår hydrogenhybrid som en god løsning. Det er klimavennlig og kan bli en økonomisk gunstig løsning både for staten og for togselskapene. Økonomien i dette må ikke undervurderes. Diesel, også biodiesel, er dyrt for togselskapene. Strøm fra ledning er billigst for togselskapene. Men elektrifisering av alle de gjenværende banestrekningene innebærer store investeringskostnader for staten, sier Skarpen.
Disse togene er vurdert
Ni ulike fremdriftsløsninger er analysert i SINTEFs togstudie:
Fortsatt drift med diesel-elektriske tog (referanse i studien):
- Dieseltog er vanligvis dieselelektriske, dvs. at dieselmotoren driver en generator. Denne produserer strøm til elektromotorer som står for framdriften. Slipper ut partikler og NOx.
- Lett tilgjengelig drivstoff. Lang rekkevidde. I forhold til elektriske tog: Høyere vekt = høyere trekkraft. Lavere effekt = lavere fart. Pluss høyere drivstoff- og vedlikeholdskostnader.
Tradisjonell elektrisk drift med kontaktledning (KL) (referanse i studien):
- Står for 80 prosent av norsk togtransport. Har lave drivstoff- og vedlikeholdskostnader, mens infrastrukturkostnadene er høye. Gir ingen utslipp.
- El-drift er besluttet fra Trondheim til Steinkjer. Elektrifisering av resten av Nordlandsbanen forventes å koste minst ti milliarder NOK da strekningen har mange tunneler og bruer.
Hydrogendrevne tog:
- Elektromotor besørger framdriften. Strømmen kommer fra ei brenselcelle, et kraftverk plassert på en togvogn. Kraftverket går på hydrogen, med rent vann som eneste utslipp.
- Drivstoffet fremstilles i fyllestasjoner, der strøm spalter vann til hydrogen og oksygen. Hydrogen og brenselceller veier mindre og krever mindre plass enn batterier.
Hydrogen-hybride tog:
- Tog der hydrogen- og brenselcelle-systemet har batterier i tillegg.
- For Nordlandsbanen viser studien at trass i kraftig stigning opp til/utforbakke ned fra Saltfjellet, så er det lite penger å spare på hybridisering. Men energieffektiviteten økes noe.
Batteri-elektriske tog:
- Energien i batteriene driver en elektromotor, akkurat som i elbiler. Batteriene lades ved endestasjonene.
- Har lave energikostnader. Batterier slites imidlertid og må skiftes i løpet av få år. Det er dyrt. Men den teknologiske utviklingen vil øke batterienes levetid betraktelig mot 2050.
Batterier kombinert med kontaktledning (KL):
- På Nordlandsbanen var "caset" i studien at 80 km elektrifiseres, og at batteriene lades i rundt en time under kjøring.
- Ifølge Sintef-studien vil en slik kort strekning med kontaktledning midt på Nordlandsbanen koste mer enn det smaker.
Batterier med mellomlading:
- Toget hurtiglades i rundt en time, på en stasjon der det er sterkt nett. På Nordlandsbanen ville Mosjøen vært et mulig sted for dette.
- Men for Nordlandsbanen viser studien viser at det ikke er noe å tjene på å stoppe for hurtiglading.
Naturgass:
- Norsk pionerarbeid på regelverk for LNG (flytende nedkjølt naturgass) banet vei for gassdrevne skip. Tilsvarende regelverk for tog kan komme raskt.
- Nær null partikler og NOx. 10 – 20 prosent lavere CO2-utslipp enn diesel. Men anses som mindre aktuell for tog fra midten av 2020-tallet, grunnet forventede tøffe CO2-krav.
Biodiesel:
- Jernbaneverket utredet bruk av biodiesel på tog i 2006. Konklusjon: Opptil 50 prosent slik biodiesel kan tilsettes vanlig diesel. Studien legger bruk av 2.generasjon biodrivstoff til grunn.
- Biodrivstoff anses som nøytralt i de fleste klimaregnskap. Studien forutsetter gjenspeiling av dette i miljøavgifter. Biodiesel scorer derfor noe bedre enn diesel på økonomi i studien.
Kilde: SINTEF
