Hydrail es el término adjetivo genérico (no en mayúscula) que describe todas las formas de vehículos ferroviarios , grandes o pequeños, que utilizan combustible de hidrógeno a bordo como fuente de energía para alimentar los motores de tracción , 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 hidrógeno con oxígeno en una celda de combustible para hacer funcionar motores eléctricos . El uso generalizado de hidrógeno para alimentar el transporte ferroviario es un elemento básico de la propuestaeconomía del hidrógeno . El término es ampliamente 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 , mejorando la eficiencia y reduciendo la cantidad de almacenamiento de hidrógeno requerido. Las posibles aplicaciones del sistema hidráulico incluyen todos los tipos de transporte ferroviario : tren de cercanías ; tren de pasajeros ; ferrocarril de carga ; tren ligero ; tránsito rápido ferroviario ; ferrocarriles mineros ; sistemas ferroviarios industriales ; tranvías ; y paseos especiales en tren en parques y museos.
El término hydrail se mencionó por primera vez el 22 de agosto de 2003, en una presentación invitada en el Centro de Sistemas de Transporte Volpe del Departamento de Transporte de EE. UU. En Cambridge, MA. Allí, Stan Thompson, ex futurista y planificador estratégico de la empresa estadounidense de telecomunicaciones AT&T, realizó una presentación titulada Mooresville Hydrail Initiative. [7] 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 objetivo de motor de búsqueda para permitir que académicos y técnicos de todo el mundo trabajen en el ferrocarril del hidrógeno. área para publicar y localizar más fácilmente todo el trabajo producido dentro de la disciplina. [8]
Desde 2005, se han celebrado Conferencias Internacionales de Hydrail anuales. Organizadas por la Appalachian State University y la Cámara de Comercio de Mooresville South Iredell en conjunto con universidades y otras entidades, las Conferencias tienen el objetivo de reunir a científicos, ingenieros, líderes empresariales, expertos industriales y operadores que trabajan o utilizan la tecnología en todo el mundo en con el fin de acelerar el despliegue de la tecnología por motivos medioambientales, climáticos, de seguridad energética y de desarrollo económico. Los ponentes de estas conferencias 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 fueron dominadas en gran parte por campos académicos; sin embargo, para 2013, se informó que asistieron un número creciente de empresas e industrias. [9]
Durante la década de 2010, varios operadores de transporte en varios países, como China , Alemania , Japón , Taiwán , el Reino Unido y los Estados Unidos, han utilizado 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. [9] [7]
Tecnología
El hidrógeno es un común y fácil encontrar elemento , siendo que cada molécula de agua tiene dos átomos de hidrógeno por cada oxígeno átomo presente. [9] 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 combustible. [9] Se ha propuesto que el hidrógeno para la alimentación de vehículos hidráulicos puede producirse en depósitos de mantenimiento individuales, que solo requieren un suministro constante de electricidad y agua; luego se puede bombear a tanques presurizados sobre el vehículo. [9]
El desarrollo de pilas de combustible más ligeras y capaces 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, para 2017, estaban produciendo celdas de combustible más potentes y compactas que pesaban 72 kg y con una eficiencia de entre el 48 y el 55 por ciento, un aumento de aproximadamente cinco veces en la densidad de potencia. [9] 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 maniobra y unidades múltiples. [9] La publicación también observa que es probable que la presión para reducir las emisiones dentro de la industria ferroviaria desempeñe un papel en la estimulación de la demanda para la absorción de hidrocarburos. [9]
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, agua y calor. [9] Como tal, una celda de combustible funcionaría de una manera que es esencialmente inversa al proceso de electrólisis utilizado para crear el combustible; consumir 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. [9] Según se informa, la eficiencia de convertir la electricidad en hidrógeno y viceversa es apenas inferior al 30 por ciento, más o menos similar a la de 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 alimentaría a un motor para propulsar el tren. [9] Los costes de electrificación por cable aéreo rondan los 2 millones de euros / km, por lo que la electrificación no es una solución rentable para rutas con poco tráfico, y las soluciones de batería e hidrail pueden ser alternativas. [10]
La publicación industrial de ferrocarriles 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 alta disponibilidad con la que el hidrógeno podría ser convenientemente utilizado. producido por electrólisis. [9] De esta manera, se cree que la producción de hidrógeno utilizando electricidad fuera de horas pico disponible en las redes eléctricas de los países probablemente será una de las prácticas más económicas disponibles. En enero de 2017, el hidrógeno producido por electrólisis cuesta aproximadamente lo mismo que el gas natural y casi el doble que el combustible diesel; sin embargo, a diferencia de cualquiera de estos combustibles fósiles, la propulsión de hidrógeno produce cero emisiones vehiculares. [9] Un informe de la Comisión Europea de 2018 establece que si el hidrógeno se produce mediante reformado de metano con vapor , las emisiones de los hidrocarburos son un 45% más bajas que las de los trenes diésel. [10]
Según Rail Engineer y Alstom, un parque eólico de 10MW es capaz de producir cómodamente 2,5 toneladas de hidrógeno por día; suficiente para impulsar una flota de 14 trenes iLint a una distancia de 600 km por día. [9] Según se informa, a enero de 2017, la producción de hidrógeno en todo el mundo se ha expandido en cantidad y disponibilidad, aumentando su atractivo como combustible. Es probable que la necesidad de construir una red de distribución de hidrógeno capaz, que a su vez requiera inversiones sustanciales, contribuya a frenar el crecimiento de hidrocarburos, al menos a corto plazo. [9]
Railway Technology observó que la industria ferroviaria ha sido históricamente lenta en la adopción de nuevas tecnologías y relativamente conservadora en su perspectiva; sin embargo, un despliegue exitoso a gran escala de esta tecnología por parte de uno de los primeros usuarios puede ser decisivo para superar las actitudes de desgana y tradicionalismo. [7] Además, la transición de la propulsión diésel a la propulsión hidráulica podría tener importantes beneficios. 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 recargables podrían 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 de Norwich a Sheringham sobre la tracción convencional. [9]
Hydrolley
A hydrolley es un término para un tranvía o tranvía (trolley) accionado por tecnología hydrail. El término (por hidro Gen tro lley ) fue acuñado en la Cuarta Conferencia Internacional Hydrail, Valencia, España, en 2008, como un motor de búsqueda de la palabra objetivo de investigación-simplificación. La energía a bordo derivada del hidrógeno elimina la necesidad de brazos de carro elevados y electrificación de vías, lo que reduce en gran medida los costos de construcción, reduce la contaminación visual y elimina el gasto de mantenimiento de la electrificación de vías. Se prefiere el término "hidrolimpiadora" a "tren ligero hidráulico" u otras combinaciones que puedan 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%. [11]
Proyectos y prototipos
- En 2002, se demostró en Val-d'Or , Quebec , la primera locomotora minera de hidrógeno de 3,6 toneladas y 17 kW impulsada por Nuvera Fuel Cells para Placer Dome . [12]
- En abril de 2006, se desarrolló el primer vagón de ferrocarril hidráulico del mundo, que fue desarrollado por East Japan Railway Company . [13] [9]
- En octubre de 2006, el Instituto de Investigación Técnica Ferroviaria de Japón llevó a cabo pruebas en un raíl de pila de combustible, un tren interurbano de 70 toneladas propulsado por Nuvera Fuel Cells. [14]
- En abril de 2007, la combinación del minihidrail del Museo Nacional de Ciencia y Tecnología de Taiwán y la Asociación de Celdas de Combustible de Taiwán realizó su primer viaje educativo. [15]
- En 2007, el Instituto de Investigación Técnica Ferroviaria de Japón construyó dos automóviles de pasajeros de 62 toneladas, cada uno con una celda de combustible PEM de 450 kW y una batería de 150 kW. [dieciséis]
- En 2008, la East Japan Railway Company en Japón probó su tren híbrido experimental " NE Train " equipado con dos celdas de combustible PEM de 65 kW y baterías de iones de litio de 19 kWh durante un corto período en el área de Nagano. [ cita requerida ]
- En 2009, BNSF Railway presentó su Vehicle Projects HH20B , una locomotora de conmutación impulsada por celdas de combustible de hidrógeno y desarrollada en conjunto con el Cuerpo de Ingenieros del Ejército de EE. UU. Y Vehicle Projects Inc. [17] Se informó que realizó su primera ejecución durante 2010. [9 ]
- En 2010, se propuso en Indonesia una línea hidráulica de alta velocidad de 357 kilómetros (222 millas). [18] El enlace ferroviario, ahora en estudio de viabilidad, conectaría varias ciudades de Java con un sistema de levitación magnética impulsado por hidrógeno. [19] [20]
- En 2011, FEVE y la Universidad de Valladolid (CIDAUT) lanzaron el Proyecto FC Tram H2 en Asturias utilizando un FABIOLOS serie 3400 reconvertido de SNCV . [21] [9] Puede transportar hasta 30 pasajeros con una velocidad máxima de 20 km / h.
- Durante 2012, el Proyecto del Tren de Hidrógeno en Dinamarca inició sus esfuerzos para desarrollar y construir el primer tren propulsado por hidrógeno de Europa utilizando hidrógeno en un motor de combustión interna . [22] [23]
- En 2012, el Mini-Hydrail Hydrogen Pioneer Train de la Universidad de Birmingham , un sistema de propulsión a escala para pruebas de configuración. [24] [25]
- Entre 2012 y 2014, se realizaron pruebas sobre el concepto de hydrail en China . [26] En noviembre de 2010, la Universidad Southwest Jiaotong hizo una demostración de su primer prototipo de hydrail. [27]
- Durante 2012, Anglo American Platinum (Amplats) en Sudáfrica y Vehicle Projects Inc. lanzaron 5 locomotoras PEMFC Trident de la nueva era en la mina Dishaba con almacenamiento reversible de hidruro metálico para pruebas. [28] [29]
- En 2014, los estados alemanes de Baja Sajonia , Renania del Norte-Westfalia , Baden-Württemberg y las autoridades de transporte público de Hesse firmaron una carta de intención con Alstom Transport para realizar pruebas con 2 trenes Alstom Coradia de pila de combustible para 2018. [30]
- Durante 2015, la Universidad de Warwick comenzó a trabajar en una locomotora impulsada por hidrógeno. [ cita requerida ] Ese mismo año, el tranvía del centro de Oranjestad en Aruba entró en servicio; El proyecto del tranvía del centro de Dubai está destinado a entrar en servicio alrededor de Burj Khalifa y el Dubai Mall en Dubai . [31] En 2015, CSR Sifang Co Ltd. mostró su primer tranvía de 380 pasajeros en Qingdao , China. [32]
- Durante septiembre de 2016, Alstom reveló su tren iLint recientemente desarrollado, producido en su fábrica en Salzgitter . En noviembre de 2017, la autoridad de transporte local del estado de Baja Sajonia ordenó una flota inicial de 14 iLints. Las pruebas y la aprobación por parte de la Autoridad Ferroviaria Federal Alemana Eisenbahn-Bundesamt comenzaron a finales de 2016. [33]
- 2016 - CRRC TRC (Tangshan) desarrolló el primer tranvía híbrido de pila de combustible comercial del mundo y completó su primera prueba de funcionamiento en la operación de demostración de turismo industrial de Nanhu en 2017.
- 2018 - Un par de trenes prototipo Ilint entrarán en servicio regular de ingresos en la región de Buxtehude – Bremervörde – Bremerhaven – Cuxhaven. Schleswig-Holstein tiene la intención de electrificar la totalidad de su red de 1.100 km utilizando una flota de 60 vehículos iLint hydrail para 2025. [7] A partir de enero de 2018, se prevé que todos los vehículos se mantengan en un depósito en Bremervorde, que será el más importante del mundo. primer depósito de reabastecimiento de trenes de hidrógeno; El hidrógeno se generará in situ mediante turbinas eólicas locales. [9]
- En septiembre de 2017, Alstom propuso una prueba del tren propulsado por pila de combustible de hidrógeno en la nueva línea de Liverpool a Chester en Inglaterra , cuya apertura está programada para diciembre de 2018. Alstom tiene una nueva instalación en Halebank en el borde de Liverpool adyacente a la línea. con hidrógeno disponible en la cercana refinería de Stanlow . [34]
- En marzo de 2018, el gobierno del estado de Sarawak en Malasia propuso que el sistema de tránsito ferroviario ligero de Kuching funcionaría con pilas de combustible de hidrógeno y se espera que esté terminado para 2024. [35] Sin embargo, en septiembre de 2018, el Ministro Principal de Sarawak anunció que el El proyecto se ha puesto en espera, citando que los fondos se necesitaban en otra parte. [36]
- En junio de 2019, East Japan Railway Company anunció que está invirtiendo en el desarrollo de un tren de dos vagones con tecnología de pila de combustible de hidrógeno de Toyota , con la esperanza de comenzar las pruebas en 2021 y tener la tecnología comercialmente viable lista para 2024. Toyota ha estado usando combustible tecnología celular en los coches Mirai . [37]
- En noviembre de 2019, se encargó al fabricante suizo Stadler Rail el primer tren de pila de combustible de hidrógeno en los Estados Unidos para el servicio en la futura línea ferroviaria Arrow entre Redlands, California y San Bernardino, California . [38]
- El 17 de marzo de 2021, French Railway Company anunció que se operarán 15 Hydrail en la línea Caen - Alençon - Le Mans - Tours (noroeste de Francia ) en los próximos 5 años. La línea se opera exclusivamente con Tren Diesel (X 72500 y XGC ). [39]
- En abril de 2021, la Compañía Ferroviaria Francesa encargó 14 Hydrail (2 de los cuales opcionales) a Alstom por un importe de 200 millones de euros. Los trenes serán operados en 2025 en 4 regiones ( Auvergne-Rhône-Alpes , Bourgogne-Franche-Comté , Grand Est et Occitanie ). [40] Estos trenes tienen 600 km de autonomía sin emisión directa de CO2 . [41]
Funcionamiento de trenes por país
Alemania
En septiembre de 2018, el primer tren comercial de pasajeros impulsado por hidrógeno del mundo entra en servicio en Baja Sajonia , Alemania . El tren desarrollado por Alstom utiliza una pila de combustible de hidrógeno que no emite dióxido de carbono . [42]
Ver también
- Vehículo de hidrógeno
- Lista de vehículos de pila de combustible
- Cronología de las tecnologías de hidrógeno
Referencias
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Los trenes de pila de combustible de hidrógeno también son más caros que los diésel (+ 30%) porque sus costes energéticos son actualmente más elevados y son menos eficientes que los trenes eléctricos. Sin embargo, sus emisiones de GEI son un 45% más bajas que las del diésel, incluso si el hidrógeno se produce mediante reformado de metano con vapor. Estas 58 emisiones pueden disminuir a niveles casi insignificantes cuando se usa hidrógeno verde y bajo en carbono.
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enlaces externos
- Proyecto HyRail del 6º PM de la UE
- Hydrail.org Universidad Estatal de los Apalaches