Na vedľajšej koľaji

Pri jazde vlakom sa často stane, že sa na vedľajšej či náprotivnej koľaji míňame s nákladným vlakom. Plne naložená súprava ťažkých vozňov môže bežne vyvolávať dojem neohrabanej, pomalej a zastaranej techniky.

V skutočnosti práve v nákladnej železničnej doprave prebieha tichá technologická revolúcia. Batériové lokomotívy schopné uložiť sedem megawatthodín energie, vodíkové vlaky emitujúce iba vodnú paru, autonómne súpravy riadené zo vzdialenosti stoviek kilometrov a digitálne automatické spojky postupne transformujú celý systém.

Nielen emisie

Podľa údajov Európskej environmentálnej agentúry emitujú železnice v prepočte na tonu a kilometer oveľa menej CO₂ ako kamiónová doprava. Emisný faktor intermodálnej železničnej prepravy (meria emisie pri preprave nákladu kombináciou viacerých druhov dopravy, pričom hlavná časť trasy ide po železnici) je o 60 až 70 % nižší ako pri preprave iba po ceste (pozri Quark 11/2025). Za novinkami však nestojí iba snaha znižovať emisie, ale aj pokrok vo fyzike materiálov, elektrotechnike, informatike a energetike.

Ani moderná dieselová lokomotíva nepoháňa kolesá priamo spaľovacím motorom. Ten iba poháňa generátor elektrickej energie pre elektromotory pri jednotlivých nápravách. Samotné kolesá teda roztáča elektrina, nie nafta. Takéto riešenie má viacero výhod. Elektrický prenos výkonu nahrádza klasickú mechanickú prevodovku a spojku, ktoré by pri rozjazde ťažkého vlaku boli extrémne namáhané. Elektromotor tiež poskytuje maximálny krútiaci moment už pri rozjazde a jeho regulácia je veľmi presná.

Veľa tepla, málo pohybu

Maximálna rýchlosť nákladných vlakov sa zvyčajne pohybuje iba medzi 80 až 120 km/h. Dôvodom nie je nedostatok výkonu, ale obrovská hmotnosť. Bežný európsky nákladný vlak váži 2- až 3-tisíc ton, v Austrálii či Severnej Amerike môžu súpravy presiahnuť aj 20-tisíc ton. Najväčším problémom je adhézia: schopnosť kolies preniesť hnaciu silu na koľajnicu bez prešmykovania. Aj preto sú lokomotívy vybavené elektronickými systémami, ktoré sledujú sklz a otáčky náprav a upravujú krútiaci moment alebo výkon trakčných motorov.

Liter motorovej nafty obsahuje približne 36 MJ energie (asi 10 kWh). Z energetického hľadiska ide o veľmi koncentrované palivo. Veľké dieselové motory však premieňajú na mechanickú energiu iba približne 40 až 45 % chemickej energie paliva a zvyšok sa stratí vo forme tepla. Elektromotory dosahujú účinnosť viac ako 90 %, čo je ďalší z dôvodov, prečo sa vývoj čoraz viac orientuje týmto smerom. Elektrická energia sa však musí niekde vyrobiť, uložiť alebo preniesť a práve to je jednou z najväčších technických výzev. Konštruktéri batérií pre lokomotívy riešia ich kapacitu, hmotnosť, chladenie, bezpečnosť, nabíjanie aj životnosť.

Vláčik na batérie

Batériové lokomotívy používajú lítiovo-iónové akumulátory podobné tým, aké poznáme z elektromobilov. Rozdiel je v ich veľkosti. Batéria bežného elektromobilu má kapacitu 50 až 100 kWh, lokomotíva môže niesť akumulátory s kapacitou niekoľko MWh. Súčasné stroje majú batérie s kapacitou 2 až 7 MWh, čo zodpovedá 20 až 70 elektromobilom. Takáto batéria váži desiatky ton, na železnici to však neprekáža. Lokomotíva musí byť aj tak ťažká, aby jej hnacie kolesá priľnuli ku koľajniciam. Hmotnosť batérie zlepšuje adhéziu.