Analisi delle prestazioni e dei costi della trazione ad idrogeno

The aim of this thesis is to investigate and analyze the characteristics of hydrogen traction in the railway sector, with a particular focus on evaluating the energy efficiency in the implementation of a hydrogen railway system for a railway line characterized by variations in slope, including uphill and downhill sections, as well as flat terrain. This study provides information that will be valuable for future decisions, economic and environmental analyses, thus assisting both public and private institutions in the decision-making process. Special attention is given to calculating the energy required for the vehicle to traverse uphill and downhill sections of the track, as well as recovering potential energy during descent through a regenerative braking system to improve energy efficiency and reduce associated operational costs. Further insights will be dedicated to analyzing the sizing of the battery and its limits in terms of dimensions and weight based on the maximum amount of storable energy and, consequently, potential energy savings. Delving into these considerations is essential both for an analysis of the practical and logistical implications associated with sizable batteries, considering, for example, their placement within the train and the impact on movement dynamics, and for developing sustainable implementation strategies to determine the optimal balance between battery capacity and specific needs of railway operations. The thesis concludes by emphasizing the growing importance of hydrogen trains as a sustainable solution for railway transportation. The adoption of this technology can significantly contribute to reducing greenhouse gas emissions and improving the sustainability of the railway sector. Continuous research and development are essential to address remaining challenges and fully harness the potential of hydrogen in future railways.

L'obiettivo di questa tesi è quello di indagare e analizzare le caratteristiche della trazione ad idrogeno in ambito ferroviario e in particolare valutare l’efficienza energetica nell’introduzione di un sistema ferroviario ad idrogeno per una linea ferroviaria caratterizzata da variazioni di pendenza, con tratti in salita e in discesa, oltre che in piano. Questo studio, dunque, fornisce informazioni che saranno utili per decisioni future, analisi economiche e ambientali, assistendo così sia le istituzioni pubbliche che private nel processo decisionale. Particolare attenzione viene posta al calcolo dell’energia necessaria al veicolo per percorrere tratti del tracciato in salita e in discesa, e quindi al recupero dell’energia potenziale in discesa attraverso un sistema di frenata rigenerativa al fine di migliorare l'efficienza energetica e ridurre i relativi costi operativi. Ulteriori approfondimenti saranno dedicati all'analisi del dimensionamento della batteria e ai suoi limiti in termini di dimensioni e peso in funzione della quantità massima di energia immagazzinabile e, di conseguenza, dei potenziali risparmi energetici. L'approfondimento di queste considerazioni è essenziale sia per un'analisi delle implicazioni pratiche e logistiche associate a batterie di dimensioni considerevoli, considerando ad esempio il loro posizionamento all'interno del treno e l'impatto sulle dinamiche di movimento sia per sviluppare strategie di implementazione sostenibili e per determinare il punto ottimale tra la capacità della batteria e le esigenze specifiche dell'operazione ferroviaria. La tesi si conclude sottolineando l'importanza crescente dei treni a idrogeno come soluzione sostenibile per il trasporto ferroviario. L'adozione di questa tecnologia può contribuire in modo significativo alla riduzione delle emissioni di gas serra e a migliorare la sostenibilità del settore ferroviario. La ricerca e lo sviluppo continuo sono essenziali per affrontare le sfide rimanenti e per sfruttare appieno il potenziale dell'idrogeno nelle ferrovie del futuro