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Tren de hidrógeno

Debut del Alstom Coradia iLint , un tren de pasajeros propulsado por hidrógeno, en InnoTrans 2016

En el ámbito del transporte, el término genérico original (2003) "hidrail" incluye trenes de hidrógeno , unidades múltiples de emisión cero o ZEMU , términos genéricos que describen vehículos ferroviarios , grandes o pequeños, que utilizan combustible de hidrógeno a bordo como fuente de energía para alimentar los motores de tracción , o los auxiliares , o ambos. Los vehículos Hydrail utilizan la energía química del hidrógeno para la propulsión, ya sea quemando hidrógeno en un motor de combustión interna de hidrógeno o haciendo reaccionar el hidrógeno con oxígeno en una celda de combustible para hacer funcionar motores eléctricos , como el tren de celda de combustible de hidrógeno . El uso generalizado del hidrógeno para alimentar el transporte ferroviario es un elemento básico de la economía del hidrógeno propuesta . El término ha sido utilizado por investigadores y técnicos de todo el mundo. [1] [2] [3] [4] [5] [6]

Los vehículos Hydrail suelen ser vehículos híbridos con almacenamiento de energía renovable , como baterías o supercondensadores , para el frenado regenerativo , lo que mejora la eficiencia y reduce la cantidad de almacenamiento de hidrógeno necesaria. Las posibles aplicaciones de Hydrail incluyen todo tipo de transporte ferroviario : trenes de cercanías , trenes de pasajeros , trenes de carga , trenes ligeros , trenes de tránsito rápido , ferrocarriles mineros , sistemas ferroviarios industriales , tranvías y recorridos especiales en tren en parques y museos.

Se cree que el término hydrail se remonta al 22 de agosto de 2003, a partir de una presentación invitada en el Centro de Sistemas de Transporte Volpe del Departamento de Transporte de los EE. UU. en Cambridge, MA. [7] Allí, Stan Thompson, un ex futurista y planificador estratégico de la empresa de telecomunicaciones estadounidense AT&T, realizó una presentación titulada Mooresville Hydrail Initiative. [8] Sin embargo, según los autores Stan Thompson y Jim Bowman, el término apareció impreso por primera vez el 17 de febrero de 2004 en el International Journal of Hydrogen Energy como una palabra de destino de motor de búsqueda para permitir que los académicos y técnicos de todo el mundo que trabajan en el área del ferrocarril de hidrógeno publiquen y localicen más fácilmente todo el trabajo producido dentro de la disciplina. [9]

Desde 2005 se han celebrado anualmente las Conferencias Internacionales sobre Hydrail. Organizadas por la Appalachian State University y la Cámara de Comercio de Mooresville South Iredell, junto con universidades y otras entidades, las Conferencias tienen como objetivo reunir a científicos, ingenieros, líderes empresariales, expertos industriales y operadores que trabajan o utilizan la tecnología en todo el mundo con el fin de acelerar el despliegue de la tecnología por razones medioambientales, climáticas, de seguridad energética y de desarrollo económico. Entre los presentadores de estas conferencias se han incluido agencias nacionales y estatales/provinciales de los EE. UU., Austria, Canadá, China, Dinamarca, la UE, Alemania, Francia, Italia, Japón, Corea, Rusia, Turquía, el Reino Unido y las Naciones Unidas (ONUDI-ICHET). [ cita requerida ] En sus primeros años, estas conferencias estaban dominadas en gran medida por los campos académicos; sin embargo, en 2013, se informó de que un número cada vez mayor de empresas y figuras industriales habían asistido. [10]

Durante la década de 2010, varios operadores de transporte de varios países, como China, Alemania, Japón, Taiwán, el Reino Unido y los Estados Unidos, han adoptado tanto las pilas de combustible como los equipos de generación de hidrógeno. Muchas de las mismas tecnologías que se pueden aplicar a los vehículos hidráulicos también se pueden aplicar a otras formas de transporte, como los vehículos de carretera. [10] [8]

Tecnología

El hidrógeno es un elemento común y fácil de encontrar , dado que cada molécula de agua tiene dos átomos de hidrógeno por cada átomo de oxígeno presente. [10] El hidrógeno se puede separar del agua a través de varios medios, incluido el reformado con vapor (que normalmente implica el uso de combustibles fósiles ) y la electrólisis (que requiere grandes cantidades de electricidad y se usa con menos frecuencia). Una vez aislado, el hidrógeno puede servir como una forma de combustible. [10] Se ha propuesto que el hidrógeno para alimentar vehículos hidráulicos se puede producir en depósitos de mantenimiento individuales, lo que requiere solo un suministro constante de electricidad y agua; luego se puede bombear a tanques presurizados en el vehículo. [10]

El desarrollo de pilas de combustible más ligeras y con mayor capacidad ha aumentado la viabilidad de los vehículos propulsados ​​por hidrógeno. Según la empresa canadiense Hydrogenics, en 2001, su pila de combustible de 25 kW pesaba 290 kg y tenía una eficiencia que oscilaba entre el 38 y el 45 por ciento; sin embargo, en 2017, estaban produciendo pilas de combustible más potentes y compactas que pesaban 72 kg y tenían una eficiencia de entre el 48 y el 55 por ciento, un aumento de aproximadamente cinco veces en la densidad de potencia. [10] Según Rail Engineer, el uso de propulsión de hidrógeno en ciertos tipos de trenes, como locomotoras de carga o trenes de alta velocidad, es menos atractivo y más desafiante que en aplicaciones de menor potencia, como locomotoras de maniobras y unidades múltiples. [10] La publicación también observa que es probable que la presión para reducir las emisiones dentro de la industria ferroviaria desempeñe un papel en estimular la demanda de la adopción de hydrail. [10]

Una tecnología clave de un sistema típico de propulsión de hidrógeno es la pila de combustible . Este dispositivo convierte la energía química contenida en el hidrógeno para generar electricidad, así como agua y calor. [10] Como tal, una pila de combustible funcionaría de una manera que es esencialmente inversa al proceso de electrólisis utilizado para crear el combustible; consumiendo hidrógeno puro para producir electricidad en lugar de consumir energía eléctrica para producir hidrógeno, aunque incurriendo en cierto nivel de pérdidas de energía en el intercambio. [10] Según se informa, la eficiencia de convertir electricidad en hidrógeno y viceversa es de poco menos del 30 por ciento, aproximadamente similar a los motores diésel contemporáneos pero menor que la tracción eléctrica convencional que utiliza cables catenarios aéreos . La electricidad producida por la pila de combustible a bordo se introduciría en un motor para propulsar el tren. [10] Los costos de electrificación de cables aéreos son de alrededor de 2 millones de euros/km, por lo que la electrificación no es una solución rentable para rutas con poco tráfico, y las soluciones de baterías e hidrorail pueden ser alternativas. [11]

La publicación industrial ferroviaria Railway Engineer ha teorizado que la creciente prevalencia de la energía eólica ha llevado a algunos países a tener excedentes de energía eléctrica durante las horas nocturnas, y que esta tendencia podría ofrecer un medio de energía de bajo costo y altamente disponible con el que el hidrógeno podría producirse convenientemente a través de electrólisis. [10] Por lo tanto, se cree que la producción de hidrógeno utilizando electricidad fuera de las horas pico disponible en las redes eléctricas de los países será una de las prácticas más económicas disponibles. A partir de enero de 2017, el hidrógeno producido a través de electrólisis comúnmente cuesta aproximadamente lo mismo que el gas natural y cuesta casi el doble del precio del combustible diésel; sin embargo, a diferencia de cualquiera de estos combustibles fósiles, la propulsión de hidrógeno produce cero emisiones de vehículos. [10] Un informe de la Comisión Europea de 2018 afirma que si el hidrógeno se produce mediante reformado de metano con vapor , las emisiones de los trenes hidráulicos son un 45% más bajas que las de los trenes diésel. [11]

Según Rail Engineer y Alstom, un parque eólico de 10 MW es capaz de producir cómodamente 2,5 toneladas de hidrógeno al día, suficiente para alimentar una flota de 14 trenes iLint a lo largo de una distancia de 600 km al día. [10] Según se informa, a partir de enero de 2017, la producción de hidrógeno en todo el mundo ha aumentado en cantidad y disponibilidad, lo que ha aumentado su atractivo como combustible. Es probable que la necesidad de construir una red de distribución capaz de suministrar hidrógeno, que a su vez requiere inversiones sustanciales, desempeñe un papel en la restricción del crecimiento del hidrógeno al menos en el corto plazo. [10]

Railway Technology observó que la industria ferroviaria ha sido históricamente lenta en adoptar nuevas tecnologías y relativamente conservadora en sus perspectivas; sin embargo, una implementación exitosa a gran escala de esta tecnología por parte de un adoptante temprano puede ser decisivo para superar las actitudes de renuencia y tradicionalismo. [8] Además, podría haber beneficios significativos en la transición de la propulsión diésel a la hidráulica. Según los resultados de un estudio realizado por un consorcio de Hitachi Rail Europe , la Universidad de Birmingham y Fuel Cell Systems Ltd, los vehículos hidráulicos en forma de unidades múltiples diésel repotenciadas podrían ser capaces de generar reducciones significativas en el consumo de energía; según se informa, su modelo indicó un ahorro de hasta el 52 por ciento en la línea Norwich a Sheringham en comparación con la tracción convencional. [10] Un paso intermedio que utiliza tecnología familiar para el ferrocarril es quemar una mezcla de diésel e hidrógeno en motores convencionales, aunque esto no es de emisión cero, el objetivo final. [12]

Hidrolley

Un hidrocarril es un término que designa a un tranvía o tranvía impulsado por tecnología hidráulica. El término (para tranvía de hidrógeno ) fue acuñado en la Cuarta Conferencia Internacional de Hidrail, Valencia, España, en 2008, como una palabra clave para simplificar la investigación en los motores de búsqueda. La energía derivada del hidrógeno a bordo elimina la necesidad de brazos elevados de tranvía y la electrificación de las vías, lo que reduce en gran medida el costo de construcción, reduce la contaminación visual y elimina el gasto de mantenimiento de la electrificación de las vías. El término "hidrocarril" se prefiere a "tren ligero hidráulico" u otras combinaciones que podrían connotar electrificación externa. [ cita requerida ]

Seguridad

El hidrógeno es combustible en una amplia gama (4%–74%) de mezclas con aire, y explosivo en 18–59%. [13]

Proyectos y prototipos

Trenes en funcionamiento por país

Alemania

En septiembre de 2018, entró en servicio en Baja Sajonia ( Alemania) el primer tren de pasajeros comercial del mundo propulsado por hidrógeno . El tren, desarrollado por Alstom, utiliza una pila de combustible de hidrógeno que no emite dióxido de carbono . [50] En agosto de 2022, se inauguró en Bremervörde (Baja Sajonia) la primera línea ferroviaria totalmente operada por trenes propulsados ​​por hidrógeno, donde los 15 trenes diésel de la ruta están siendo reemplazados gradualmente. [51]

Desventajas

En octubre de 2022, el estado alemán de Baden-Württemberg anunció que no consideraría seguir utilizando trenes de hidrógeno, ya que un estudio que encargó determinó que eran hasta un 80% más caros que los trenes eléctricos alimentados por baterías o cables aéreos. [52]

Véase también

Referencias

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