Expertos de la industria hablan sobre el hidrógeno para el ferrocarril

Las aplicaciones ferroviarias se encuentran entre las muchas que se investigan para la energía de las pilas de combustible de hidrógeno. El hidrógeno (H₂) fue un tema central en la reciente Conferencia de Innovación en Ferrocarriles Inteligentes, organizada por el Consorcio Canadiense de Investigación e Innovación en Tránsito Urbano (CUTRIC), una organización sin fines de lucro. En una sesión, varios expertos del sector debatieron sobre la viabilidad de las pilas de combustible para impulsar el ferrocarril sostenible en Canadá.

“El ferrocarril propulsado por hidrógeno está surgiendo como una solución muy prometedora para descarbonizar no solo el sector del transporte de Canadá, sino de todo el mundo, en particular para las regiones donde la electrificación no es viable o rentable”, dijo Maike Althaus, directora ejecutiva de Hydrogen Ontario y moderadora de la sesión.

Descarbonización en Canadá

Alexandre Lampron es director de estrategias y desarrollo de Hydrogène Québec, una organización sin fines de lucro dedicada al desarrollo del ecosistema del hidrógeno en la provincia canadiense. Sentó las bases al abordar los objetivos de descarbonización de Quebec.

El Coradia iLint de Alstom, que según la compañía fue el primer tren de pasajeros propulsado por hidrógeno en Norteamérica. (Foto: Alstom)

“Quebec trabaja en varios objetivos de descarbonización”, afirmó. “Una reducción de las emisiones de GEI (gases de efecto invernadero): el objetivo es del -37,5 % para 2030 y la neutralidad de carbono para 2050. Es el futuro”.

El objetivo de GEI se refiere a los niveles de 1990. Lampron afirmó que, en ese momento, el transporte representaba casi el 44 % de los GEI en Quebec. Según datos gubernamentales actuales, ese porcentaje se sitúa actualmente en el 39 %.

Los objetivos de Quebec reflejan los de Canadá en general, incluidas las emisiones netas cero para 2050 como parte de la Ley de Responsabilidad de Emisiones Netas Cero del país.

Lampron afirmó que los objetivos de descarbonización de Québec están respaldados por la Estrategia de Hidrógeno Verde y Bioenergía 2030 de la provincia, que se dio a conocer en 2022. La estrategia tiene como objetivo reducir el uso de combustibles fósiles en diversos sectores, incluido el ferroviario, reemplazándolos en parte con hidrógeno verde.

La estrategia, ambiciosa pero realista —seamos sinceros—, establece nuestras directrices para fomentar la producción y el uso de hidrógeno verde como sustituto de los combustibles fósiles.

El objetivo específico de reducción de combustibles fósiles es de 1.000 millones de litros para 2030, lo que se traduce en el 16 por ciento del objetivo de reducción de emisiones de GEI para 2030, dijo Lampron.

Proyectos ferroviarios de hidrógeno

Lampron abordó un reciente proyecto ferroviario de hidrógeno en Québec que se alineaba con los objetivos de reducción de GEI de la provincia: un tren de hidrógeno Coradia iLint fabricado por el proveedor de movilidad ecológica Alstom y lanzado en 2023 en Charlevoix, una región de Québec.

En agosto de 2023, Power Progress informó que el Coradia iLint transportó a sus primeros pasajeros en junio del año anterior y que estaba propulsado por pilas de combustible de Accelera de Cummins. Alstom indicó que el modelo Coradia iLint se lanzó en InnoTrans 2016.

El tren de pasajeros Stadler FLIRT H2, que entrará en servicio en San Bernardino, California, bajo el nombre de ZEMU (Unidad Múltiple de Emisiones Cero). (Foto: Stadler)

Lampron afirmó que el tren enseñó mucho a Quebec sobre el ferrocarril eléctrico de pila de combustible. Los pasajeros no solo expresaron curiosidad sobre el H₂ como fuente de combustible, sino que, según Lampron, muchos elogiaron el funcionamiento silencioso del tren, "porque es una gran ventaja sobre los trenes diésel".

Stadler Rail también está explorando el uso del hidrógeno en aplicaciones ferroviarias en todo el mundo. Uno de sus casos de éxito más recientes es el tren eléctrico de pila de combustible FLIRT, acrónimo de Tren Regional Innovador, rápido y ligero. El tren llegó a San Bernardino, California, el año pasado , a la espera de su puesta en servicio por parte de la Autoridad de Transporte del Condado de San Bernardino (SBCTA).

“El SBCTA FLIRT H2, o ZEMU (Unidad Múltiple de Cero Emisiones), como lo llaman, acaba de finalizar su período de pruebas”, declaró Kaden Killpack, gerente de producto comercial de Stadler Rail. “Ya está listo para entrar en servicio y estamos a la espera de la autorización final de la Administración Federal de Ferrocarriles de Washington D. C.”.

Killpack explicó el diseño del FLIRT.

“El FLIRT es un vehículo muy modular”, explicó Killpack. “Lo construimos con un sistema de alimentación central, que puede conmutarse por hidrógeno, baterías o diésel renovable, en el caso de algunos de nuestros clientes”.

Lampron señaló que, con respecto al Coradia iLint, pocos pasajeros expresaron preocupación por la seguridad del H₂ como combustible. Killpack coincidió con esa opinión.

“Un aspecto muy emocionante de nuestro proyecto ha sido la gestión de la seguridad”, dijo. “Los vehículos son extremadamente seguros.

Killpack continuó: «Trabajamos en mitigaciones para todo tipo de riesgos utilizando el estándar militar estadounidense 882B, que analiza la probabilidad y la gravedad de los peligros, y cómo mitigamos ambas para que los riesgos sean aceptables, y qué podemos cambiar en nuestras condiciones de aplicación relacionadas con la seguridad para garantizar la máxima seguridad en el vehículo».

Desafíos de infraestructura

Althaus señaló que, a pesar de varios proyectos que investigan la viabilidad del H2 para el ferrocarril, existen desafíos importantes.

“La cadena de valor del hidrógeno aún no está completamente desarrollada, lo que sería necesario para respaldar operaciones a gran escala”, afirmó.

En particular, el tren de hidrógeno Coradia iLint dejó al descubierto algunos de estos desafíos.

“Por lo tanto, estamos viendo una falta de infraestructura para el hidrógeno”, dijo Lampron. “También estamos considerando los costos económicos y energéticos. Actualmente, cuesta mucho dinero en comparación con el diésel por kilómetro”.

Linde Engineering, a través de su división Linde Hydrogen FuelTech, está impulsando el repostaje de hidrógeno para la movilidad. En 2022, el proyecto de la compañía en Bremervörde (Alemania) creó la primera estación de repostaje de H₂ para trenes del mundo que utiliza hidrógeno gaseoso comprimido (cGH₂).

“Fue una primicia mundial al ser la primera estación de repostaje de hidrógeno dedicada específicamente al repostaje del transporte ferroviario”, afirmó Thomas Acher, jefe de diseño y desarrollo de procesos de Linde.

Con una demanda diaria de hidrógeno de 1.600 kg (1,57 toneladas), Acher explicó: «Estamos abasteciendo de combustible a 14 trenes de pasajeros de hidrógeno que están en servicio en el estado de Baja Sajonia, en el norte de Alemania».

Al igual que en Quebec, los trenes eléctricos de pila de combustible que utilizan la estación son Coradia iLints.

La estación tiene una capacidad máxima de almacenamiento de 4.590 kg (4,5 toneladas) de hidrógeno, que se suministra mediante un remolque.

“Pero en el siguiente paso de este proyecto, se planea tener una producción de hidrógeno cercana que abastezca el reabastecimiento de hidrógeno [desde] allí”, dijo Acher.

Según Acher, la instalación de la estación de servicio fue una experiencia de aprendizaje.

“Por supuesto, tuvimos la oportunidad de aprovechar estos aprendizajes y utilizarlos para todos los demás proyectos de reabastecimiento de hidrógeno de alta potencia que realizamos posteriormente”, afirmó.

Abastecimiento de hidrógeno líquido

Entre esos proyectos se encuentra el último enfoque de Linde para el reabastecimiento de H2: la tecnología de hidrógeno líquido subenfriado, o sLH2.

“Actualmente, esta tecnología está pensada para el transporte por camión”, dijo Acher sobre el enfoque desarrollado en colaboración con Daimler Truck. “Pero ya teníamos nuestra primera solicitud para adaptarla a otros medios de transporte, en concreto, trenes, aviación y transporte marítimo”.

Un camión eléctrico de pila de combustible Mercedes-Benz reposta con tecnología sLH2. (Foto: Daimler Truck)

El enfoque sLH2 implica llenar el tanque de un vehículo con hidrógeno subenfriado a una temperatura de aproximadamente -247 ºC (-413 ºF) a presiones de hasta 1,6 MPa (232 psi).

“Se trata de una tecnología de reabastecimiento muy sencilla que ofrece un rendimiento superior a los 400 kg por hora con la configuración que ya hemos desarrollado y comercializado”, afirmó Acher. “Resulta muy beneficiosa en términos de costos de inversión y operación”.

Según Acher, la tecnología sLH2 resuelve los problemas inherentes al abastecimiento de combustible con H2 gaseoso para aplicaciones de servicio pesado.

“Cuando todo esto se basa en el suministro de hidrógeno gaseoso y la tecnología de repostaje gaseoso, surgen problemas”, dijo. “Para empezar, desde el punto de vista logístico, hay que transferir el hidrógeno a la estación. Y llega un momento en que resulta logísticamente inviable hacerlo con hidrógeno gaseoso, así que hay que cambiar a líquido de todas formas”.

Acher agregó que si bien es posible convertir el H2 licuado en su contraparte gaseosa para abastecer de combustible, hay aplicaciones en las que abastecer de combustible con H2 líquido tiene más sentido.

“Al usar el líquido directamente en el tanque del vehículo, se puede ahorrar mucho equipo y mucha complejidad en el proceso en la estación”, dijo. “Y esto se relaciona con el drástico aumento del costo de inversión. Ya no es necesario tener equipos de refrigeración en la estación. Ya no es necesario tener tanques de almacenamiento de alta presión. Esto también influye en el impacto ambiental”.

Por último, Acher señaló que el abastecimiento de combustible cGH2 requiere un rango de temperatura y presión específico fuera del cual el tanque del vehículo podría dañarse.

“Esto es mucho más fiable y estable si se utiliza hidrógeno líquido, ya que el proceso es mucho más parecido al llenado convencional de diésel o gasolina”, afirmó. “Solo hay que pulsar un botón, el líquido empieza a transportarse desde la estación de servicio hasta el vehículo, y una vez que el depósito del vehículo se llena, el proceso se detiene”.

Linde y Daimler alcanzaron un hito en febrero de 2024 con la apertura de la primera estación de servicio de sLH2. Suministra entre 400 y 500 kg por hora, con recargas automáticas que duran entre 12 y 15 minutos.