200多年來，柴油和蒸汽動力火車一直在世界各地運送乘客和貨物——同時向大氣排放溫室氣體。為了實現更綠色的未來，許多國家和公司都在關注更多可再生的運動來源。總部位于匹茲堡的Wabtec公司最近推出了一種電池電動混合動力列車，他們說這種列車可以“每列列車兩位數”減少排放。更雄心勃勃的是，一些人正在開發氫動力火車，它不會排放溫室氣體，只會產生水蒸氣和水滴。

該技術有可能幫助各國實現溫室氣體減排目標并減緩氣候變化的進程。但是，用氫氣發電也有其自身的挑戰。例如，燃料電池需要額外的重型轉換器來管理其寬電壓范圍。這些笨重的轉換器的重量最終會縮小列車的航程。

在最近的一項進展中，英國的研究人員設計了一種新的轉換器，它比最先進的氫電池轉換器更輕、更緊湊。他們描述了8月25日發表在IEEE工業電子學報上的研究中的新設計。

伯明翰大學教授PietroTricoli參與了這項研究。他指出，需要更輕的轉換器來幫助最大限度地擴大氫動力火車的行駛里程。因此，他的團隊開發了更新、更輕的轉換器，他們在論文中將其描述為“開創性的”。

它使用半導體器件以受控方式從燃料電池中汲取能量并將其輸送到火車的電機。他們的轉換器直接管理燃料電池中的任何電壓變化，而不會影響電機電流。傳統系統需要兩個獨立的轉換器來實現這一點。通過將電力轉換為交流電，火車的電機可以從再生制動中受益，從而在火車減速時收集和回收能量。

研究人員首先通過模擬測試了他們的設計，然后通過代表火車牽引系統的小型實驗室原型對其進行了驗證。結果證實，新轉換器可以促進理想的速度和加速度，并實現再生制動。

左：新型氫電池轉換器的原型。右圖：用于轉換器核心的模塊

與最先進的[氫燃料電池轉換器]相比，轉換器的主要優勢是體積和重量的減少。主要的缺點是新的轉換器設計需要更多的半導體器件，以及更復雜的電路和監控系統。

Tricoli說，在優化系統方面還有很多工作要做，最終要實現全尺寸原型。目前的計劃是與火車制造商和牽引設備制造商合作，為氫氣火車建造第二個[原型]。

去年春天標志著一個激動人心的里程碑，在538天的試驗期結束后，兩輛氫動力列車在德國成功運送了180,000公里的乘客，同時車輛零排放。

隨著諸如上述氫技術的更多進步，更高效的氫動力列車成為可能。