Especialistas do setor falam sobre hidrogênio para ferrovias

Aplicações ferroviárias estão entre as muitas que estão sendo investigadas para a geração de energia por células de combustível de hidrogênio. O combustível de hidrogênio (H2) esteve na pauta da recente Conferência de Inovação em Smart Rail, organizada pelo Consórcio Canadense de Pesquisa e Inovação em Transporte Urbano (CUTRIC), uma organização sem fins lucrativos. Em uma das sessões, vários especialistas do setor discutiram a viabilidade das células de combustível para impulsionar o transporte ferroviário sustentável no Canadá.

“A ferrovia movida a hidrogênio está emergindo como uma solução muito promissora para descarbonizar não apenas o setor de transporte do Canadá, mas em todo o mundo, especialmente para regiões onde a eletrificação não é viável ou econômica”, disse Maike Althaus, diretora executiva da Hydrogen Ontario e moderadora da sessão.

Descarbonização no Canadá

Alexandre Lampron é diretor de estratégias e desenvolvimento da Hydrogène Québec, uma organização sem fins lucrativos focada no desenvolvimento do ecossistema de hidrogênio na província canadense. Ele preparou o terreno ao abordar as metas de descarbonização de Québec.

O Coradia iLint da Alstom, que a empresa afirmou ser o primeiro trem de passageiros movido a hidrogênio na América do Norte. (Foto: Alstom)

“Québec está trabalhando em vários objetivos de descarbonização”, disse ele. “Uma redução nas emissões de GEE (gases de efeito estufa) — meta de -37,5% até 2030 e neutralidade de carbono até 2050. É amanhã.”

A meta de GEE faz referência aos níveis de 1990. Lampron afirmou que, naquela época, o transporte representava quase 44% das emissões de GEE em Quebec. Dados governamentais atuais indicam que essa porcentagem hoje é de 39%.

Os objetivos de Quebec refletem os do Canadá em geral, incluindo emissões líquidas zero até 2050, como parte da Lei de Responsabilidade por Emissões Líquidas Zero do país.

Lampron disse que as metas de descarbonização de Québec são apoiadas pela Estratégia de Hidrogênio Verde e Bioenergia 2030 da província, que foi revelada em 2022. A estratégia visa reduzir o uso de combustíveis fósseis em diversos setores, incluindo o ferroviário, substituindo-os em parte por hidrogênio verde.

“A estratégia, ambiciosa mas realista — sejamos honestos — define nossas diretrizes para incentivar a produção e o uso de hidrogênio verde como substituto dos combustíveis fósseis.”

A meta específica de redução de combustíveis fósseis é de 1 bilhão de litros até 2030, o que representa 16% da meta de redução de emissões de GEE para 2030, disse Lampron.

Projetos de trilhos de hidrogênio

Lampron abordou um projeto ferroviário H2 recente em Québec que se alinhava às metas de redução de GEE da província: um trem de hidrogênio Coradia iLint feito pelo fornecedor de mobilidade verde Alstom e lançado em 2023 em Charlevoix, uma região de Québec.

Em agosto de 2023, a Power Progress relatou que o Coradia iLint transportou seus primeiros passageiros em junho do ano anterior e que era movido por células de combustível fornecidas pela Accelera by Cummins. A Alstom informou que o modelo Coradia iLint foi lançado na InnoTrans 2016.

O trem de passageiros Stadler FLIRT H2, que entrará em serviço em San Bernardino, Califórnia, sob o nome de ZEMU (Unidade Múltipla de Emissão Zero). (Foto: Stadler)

Lampron disse que o trem ensinou muito a Québec sobre trens elétricos movidos a célula de combustível. Os passageiros não só expressaram curiosidade sobre o H2 como fonte de combustível, como Lampron disse que muitos elogiaram a operação silenciosa do trem, "porque é uma grande vantagem em relação aos trens a diesel".

A Stadler Rail também está explorando o H2 em aplicações ferroviárias em todo o mundo. Um de seus casos de sucesso mais recentes é o trem elétrico a célula de combustível FLIRT, sigla para Fast Light Innovative Regional Train (Trem Regional Inovador, Rápido e Leve). O trem chegou a San Bernardino, Califórnia, no ano passado , aguardando a oportunidade de ser colocado em serviço pela Autoridade de Transporte do Condado de San Bernardino (SBCTA).

“O SBCTA FLIRT H2, ou ZEMU, como o chamam — Unidade Múltipla de Emissão Zero —, acaba de concluir seu período de testes”, disse Kaden Killpack, gerente de produtos comerciais da Stadler Rail. “Agora está pronto para entrar em serviço comercial, e estamos aguardando a autorização final da Administração Ferroviária Federal de [Washington] DC.”

Killpack explicou o design do FLIRT.

“O FLIRT é um veículo muito modular”, explicou Killpack. “Nós o construímos com uma fonte de alimentação central, que pode ser alternada para hidrogênio, bateria ou diesel renovável, no caso de alguns dos nossos clientes.”

Lampron observou que, em relação ao Coradia iLint, poucos passageiros expressaram preocupações quanto à segurança do H2 como fonte de combustível. A Killpack compartilhou esse sentimento.

“Uma parte muito interessante do nosso projeto foi a gestão da segurança”, disse ele. “Os veículos são extremamente seguros.

Killpack continuou: “Trabalhamos em mitigações para todos os tipos de riscos usando o padrão militar dos EUA 882B, que analisa a probabilidade e a gravidade do risco e como mitigamos tanto a probabilidade quanto a gravidade para levar as coisas a riscos aceitáveis, e o que podemos mudar sobre nossas condições de aplicação relacionadas à segurança para garantir que tenhamos a máxima segurança no veículo.”

Desafios de infraestrutura

Althaus observou que, apesar de vários projetos investigarem a viabilidade do H2 para ferrovias, ainda existem desafios significativos.

“A cadeia de valor do hidrogênio ainda não está totalmente construída, o que seria necessário para dar suporte a operações em larga escala”, disse ela.

Em particular, o trem de hidrogênio Coradia iLint expôs alguns desses desafios.

“Portanto, estamos diante de uma falta de infraestrutura para hidrogênio”, disse Lampron. “Também estamos considerando os custos econômicos e energéticos. Custa muito dinheiro agora [em comparação com] o diesel por quilômetro.”

A Linde Engineering, por meio da divisão Linde Hydrogen FuelTech, está investindo no reabastecimento de hidrogênio para mobilidade. Em 2022, o projeto da empresa em Bremervörde, Alemanha, produziu o primeiro posto de abastecimento de H2 para trens do mundo usando hidrogênio gasoso comprimido (cGH2).

“Foi uma inovação mundial no sentido de ser o primeiro posto de reabastecimento de hidrogênio dedicado especificamente ao reabastecimento de transporte ferroviário”, disse Thomas Acher, chefe de design e desenvolvimento de processos da Linde.

Com uma demanda diária de hidrogênio de 1.600 kg (1,57 toneladas), Acher disse: “Estamos abastecendo 14 trens de passageiros movidos a hidrogênio que estão em serviço no estado da Baixa Saxônia, no norte da Alemanha”.

Assim como em Québec, os trens elétricos movidos a célula de combustível que utilizam a estação são Coradia iLints.

A estação tem capacidade máxima de armazenamento de 4.590 kg (4,5 toneladas) de hidrogênio, que é fornecido por meio de reboque.

“Mas na próxima etapa deste projeto, está planejado ter produção de hidrogênio nas proximidades, que abastecerá o reabastecimento de hidrogênio [de] lá”, disse Acher.

Segundo Acher, montar o posto de abastecimento foi uma experiência de aprendizado.

“É claro que tivemos a oportunidade de levar esses aprendizados e usá-los para todos os outros projetos de reabastecimento de hidrogênio pesado que tivemos depois”, disse ele.

Abastecimento de hidrogênio líquido

Entre esses projetos está a mais recente abordagem de reabastecimento de H2 da Linde: tecnologia de hidrogênio líquido sub-resfriado, ou sLH2.

“No momento, essa tecnologia é voltada para o transporte rodoviário”, disse Acher sobre a abordagem desenvolvida em parceria com a Daimler Truck. “Mas já recebemos [nossa] primeira solicitação para adaptá-la a outras formas de mobilidade, especificamente trens, aviação e transporte marítimo.”

Um caminhão elétrico com célula de combustível da Mercedes-Benz reabastece com tecnologia sLH2. (Foto: Daimler Truck)

A abordagem sLH2 significa encher o tanque de um veículo com hidrogênio sub-resfriado a uma temperatura de cerca de -247ºC (-413ºF) a pressões de até 1,6 MPa (232 psi).

“É uma tecnologia de reabastecimento muito simples que oferece uma vazão superior a 400 kg por hora com a configuração que já desenvolvemos e comercializamos”, disse Acher. “É significativamente vantajoso em termos de custos de investimento e custos operacionais.”

De acordo com Acher, a tecnologia sLH2 resolve problemas inerentes ao abastecimento com H2 gasoso para aplicações pesadas.

“Quando você baseia tudo isso em um suprimento de hidrogênio gasoso e em uma tecnologia de reabastecimento gasoso, você se depara com problemas”, disse ele. “Desde a logística inicial, você precisa transferir o hidrogênio para sua estação. E, em algum momento, torna-se logisticamente inviável fazer isso com hidrogênio gasoso, então você tem que mudar para o líquido de qualquer maneira.”

Acher acrescentou que, embora seja possível converter H2 liquefeito em sua contraparte gasosa para abastecimento, há aplicações em que o abastecimento com H2 líquido faz mais sentido.

“Com a etapa de usar o líquido diretamente no tanque do veículo, é possível evitar muitos equipamentos e muita complexidade em termos do processo no posto”, disse ele. “E isso se relaciona aos níveis drásticos do custo do investimento. Não é mais necessário ter equipamentos de refrigeração no posto. Não é mais necessário ter tanques de armazenamento de alta pressão. Isso também leva em consideração a pegada ecológica.”

Por fim, Acher observou que o abastecimento de cGH2 requer uma janela específica de temperatura e pressão, fora da qual o tanque do veículo pode ser danificado.

“Isso é muito mais confiável e estável se você optar pelo hidrogênio líquido, porque o processo é muito mais próximo do abastecimento convencional com diesel ou gasolina”, disse ele. “Basta apertar um botão, o líquido começa a ser transportado do posto para o veículo e, assim que o tanque do veículo estiver cheio, o processo para.”

A Linde e a Daimler alcançaram um marco em fevereiro de 2024 com a inauguração do primeiro posto de abastecimento sLH2. Ele entrega de 400 a 500 kg por hora, com abastecimentos automatizados que duram entre 12 e 15 minutos.