Toyota suministrará pilas de combustible de hidrógeno para trenes cero emisiones

Cerca de la mitad de las líneas ferroviarias de la Unión Europea están electrificadas, lo que permite un transporte ferroviario sin emisiones. En el resto de las líneas, se emplean trenes con motor diésel. En el marco del proyecto UE FCH2RAIL —Fuel Cell Hybrid Power Pack for Rail Applications—, un consorcio con socios de Bélgica, Alemania, España y Portugal está desarrollando y poniendo a prueba un nuevo prototipo de tren sin emisiones, mediante un sistema bimodal híbrido que combina el suministro eléctrico de la red aérea con un grupo de alimentación híbrido de pila de combustible, que consta de pilas de combustible de hidrógeno y baterías y que funciona de forma independiente del primero.

El proyecto FCH2RAIL se lanzó el pasado mes de enero y ahora se han definido las rutas de referencia y los escenarios operativos para el prototipo.

Red aérea y sistema híbrido: desplazamiento bimodal y sin emisiones

Siempre que esté disponible la red aérea, el tren se alimenta de la energía proporcionada por ésta, mientras que cuando no existe esta opción, la energía se obtiene del sistema de pila de combustible y batería, denominado grupo de alimentación híbrido de pila de combustible —Fuel Cell Hybrid Power Pack—. "Queremos demostrar que este tipo de tren bimodal es una alternativa competitiva y respetuosa con el medio ambiente al tren diésel", explica Holger Dittus, responsable del proyecto e investigador del Centro Aerospacial Alemán-Instituto de Prototipos de Automoción (DLR).

Actualmente, se están montando redes aéreas en muchas líneas ferroviarias europeas, un proyecto bastante costoso y a largo plazo que depende de las condiciones geográficas. Una alternativa son los trenes propulsados únicamente por baterías, pero tienen una autonomía limitada —de 30 a 70 kilómetros—, que depende además de las características de la ruta y de las temperaturas ambiente. Los actuales trenes diésel presentan un menor rendimiento, en términos de velocidad máxima y aceleración, que los vehículos propulsados por motores eléctricos alimentados desde redes aéreas.

"Nuestro sistema híbrido bimodal de pila de combustible y batería combina las ventajas de ambas tecnologías: la energía procedente de las líneas aéreas o del sistema a bordo. De ese modo, el transporte ferroviario resulta aún más sostenible y energéticamente eficiente", asegura Sergio Gascon, Jefe de Proyecto Técnico de Construcciones y Auxiliar de Ferrocarriles (CAF).

El sistema de suministro energético debe diseñarse de tal modo que tanto la potencia como la autonomía se puedan ampliar sobre la base de un principio modular. Así, el número de módulos de pila de combustible y batería condiciona la potencia de tracción, mientras que la cantidad de depósitos de hidrógeno determina la autonomía en líneas no electrificadas. Por tanto, la unidad tractora se puede diseñar para el transporte de pasajeros como para el transporte de mercancías.

Con un presupuesto de 14 millones de euros, el proyecto tiene como objetivo desarrollar, demostrar y validar este sistema en un plazo de cuatro años. El proyecto cuenta con una financiación de 10 millones de euros por parte de la unión empresarial Fuel Cells and Hydrogen 2 Joint Undertaking (FCH 2 JU). “Nuestros estudios sobre el hidrógeno y las pilas de combustible en el entorno ferroviario han demostrado que existe en ese ámbito un potencial considerable para las tecnologías FCH, y que los trenes a base de hidrógeno serán un elemento importante de un futuro sistema de transporte europeo sostenible”, declara Bart Biebuyck, Director Ejecutivo de FCH 2 JU. “La Comisión Europea ha dejado claro en su estrategia de hidrógeno que este combustible constituye una opción prometedora allí donde la electrificación sea más difícil, como por ejemplo en tramos concretos de la red ferroviaria. El proyecto FCH2RAIL demostrará que la tecnología proporciona una solución flexible y sin emisiones para sustituir los trenes diésel en esas zonas, y será interesante ver los resultados”, apunta Biebuyck.

Implementación: pruebas funcionales con un tren de cercanías convertido

Para conocer bien el impacto medioambiental de este sistema, desde su producción, pasando por su uso y hasta su desguace, y para evaluar el rendimiento en condiciones reales, está previsto convertir un tren de cercanías eléctrico CIVIA, fabricado por la empresa española CAF, e instalar en este un grupo de alimentación híbrido de pila de combustible. Renfe por su parte, proporcionará el tren. Uno de los componentes esenciales del sistema energético a bordo son los modulos integrados de pila de combustible de Toyota Motor Europe (TME), mientras que las baterías y los convertidores eléctricos serán suministrados por CAF.

Las primeras pruebas se realizarán en las redes ferroviarias española y portuguesa con el apoyo de los administradores de infraestructuras —Administrador de Infraestructuras Ferroviarias (ADIF) e Infraestructuras de Portugal (IP) —. El Centro Nacional de Hidrógeno (CNH2), con sede en Puertollano (Ciudad Real), ha recibido el encargo de construir una estación de hidrógeno para repostar el prototipo durante las pruebas del prototipo, previo a la integración en los trenes. “Queremos aprovechar esta oportunidad de trabajar con el consorcio para llevar nuestra tecnología de pila de combustible a otro tipo de aplicación del hidrógeno. El hidrógeno tiene un importante papel que desempeñar en ayudar a descarbonizar la red ferroviaria europea, y estamos muy contentos de poder integrar los módulos de pila de combustible de Toyota en el grupo de alimentación híbrido de pila de combustible”, declaró Thiebault Paquet, Director de la División de Pila de Combustible de Toyota Motor Europe (TME).

Diseño y control del sistema, gestión energética y homologación

Hasta la realización de las primeras pruebas piloto, el equipo internacional del proyecto tiene ante sí una serie de aspectos tecnológicos a resolver. Por ejemplo, en el apartado del diseño, los módulos de pila de combustible y batería deben combinarse y controlarse de tal modo que el sistema cumpla todos los requisitos, y además pueda instalarse con un coste eficiente.

Además, debe poder aprovecharse el calor residual de los módulos de pila de combustible de manera eficiente para la calefacción y el aire acondicionado del tren. Como parte del proyecto, el fabricante de equipos de aire acondicionado Faiveley / Stemmann Technik (STT) y DLR están investigando soluciones innovadoras para reducir la demanda energética de los sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC). El proyecto examina asimismo normas y estándares en los campos del hidrógeno y el transporte ferroviario para garantizar una interacción segura entre la tecnología de hidrógeno y la catenaria. Sobre esa base, el equipo del proyecto está elaborando propuestas para que las autoridades pertinentes puedan autorizar con mayor facilidad estos trenes en toda la UE en un futuro próximo.