Tren de hidrógeno

En el transporte, el término genérico original (2003) "tren de hidrógeno" incluye trenes de hidrógeno , unidades múltiples de cero emisiones o ZEMU, términos genéricos que describen vehículos ferroviarios , grandes o pequeños, que utilizan hidrógeno como combustible a bordo para alimentar los motores de tracción , los auxiliares o ambos. Los vehículos de hidrógeno utilizan la energía química del hidrógeno para la propulsión, ya sea quemándolo en un motor de combustión interna de hidrógeno o haciéndolo reaccionar con oxígeno en una pila de combustible para alimentar motores eléctricos , como el tren de pila de combustible de hidrógeno . El uso generalizado de 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 hidráulicos suelen ser híbridos, con sistemas de almacenamiento de energía renovable , como baterías o supercondensadores , para el frenado regenerativo , lo que mejora la eficiencia y reduce la cantidad de hidrógeno necesaria. Entre las posibles aplicaciones de los vehículos hidráulicos se incluyen todo tipo de transporte ferroviario : trenes de cercanías , trenes de pasajeros , trenes de mercancías , trenes ligeros , trenes de tránsito rápido , ferrocarriles mineros , sistemas ferroviarios industriales , tranvías y atracciones especiales en parques y museos.

Se cree que el término hydrail se remonta al 22 de agosto de 2003, a partir de una presentación a la que fue invitado en el Centro de Sistemas de Transporte Volpe del Departamento de Transporte de los Estados Unidos en Cambridge, Massachusetts. ^{[ 7 ]} Allí, Stan Thompson, ex futurista y planificador estratégico de la empresa de telecomunicaciones estadounidense AT&T, presentó una ponencia titulada «Iniciativa Hydrail de Mooresville». ^{[ 8 ]} Sin embargo, según los autores Stan Thompson y Jim Bowman, el término apareció por primera vez impreso el 17 de febrero de 2004 en el International Journal of Hydrogen Energy como palabra clave para un motor de búsqueda, con el fin de facilitar a académicos y técnicos de todo el mundo que trabajan en el área del ferrocarril de hidrógeno la publicación y localización de todos los trabajos producidos dentro de la disciplina. ^{[ 9 ]}

Desde 2005, se celebran anualmente las Conferencias Internacionales Hydrail. Organizadas por la Universidad Estatal de los Apalaches y la Cámara de Comercio de Mooresville South Iredell, en colaboración 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 su implementación por razones ambientales, climáticas, de seguridad energética y de desarrollo económico. Entre los ponentes de estas conferencias se incluyen agencias nacionales y estatales/provinciales de EE. UU., Austria, Canadá, China, Dinamarca, la UE, Alemania, Francia, Italia, Japón, Corea, Rusia, Turquía, el Reino Unido y las Naciones Unidas (ONUDI-ICHET). En sus inicios, estas conferencias estuvieron dominadas principalmente por el ámbito académico; sin embargo, para 2013, se ha observado una creciente asistencia de empresas y figuras de la industria. ^{[ 10 ]}

Durante la década de 2010, tanto las pilas de combustible como los equipos de generación de hidrógeno fueron adoptados por varios operadores de transporte en diversos países, como China, Alemania, Japón, Taiwán, el Reino Unido y Estados Unidos. Muchas de las 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 ]}

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 mediante varios métodos, incluyendo 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. ^{[ 10 ]} Se ha propuesto que el hidrógeno para alimentar vehículos hidráulicos se puede producir en depósitos de mantenimiento individuales, que solo requieren 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 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 (34 hp) pesaba 290 kg (640 lb) y tenía un rango de eficiencia de entre el 38 y el 45 por ciento; sin embargo, para 2017 sus pilas de combustible pesaban 72 kg (159 lb) con una eficiencia del 48 al 55 por ciento, un aumento de aproximadamente cinco veces en la densidad de potencia. ^{[ 10 ]} Según Rail Engineer, el uso de la propulsión de hidrógeno en ciertos tipos de trenes (como locomotoras de carga o trenes de alta velocidad) es menos atractivo y más difícil que en aplicaciones de menor potencia (como locomotoras de maniobras y unidades múltiples). ^{[ 10 ]} La publicación también observa que la presión para reducir las emisiones dentro de la industria ferroviaria probablemente juegue un papel en el estímulo de la demanda para 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 ]} Por lo tanto, una pila de combustible funcionaría de manera 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 con cierto nivel de pérdidas de energía en el intercambio. ^{[ 10 ]} Según se informa, la eficiencia de la conversión de electricidad a hidrógeno y viceversa es ligeramente inferior al 30 por ciento, aproximadamente similar a la de los motores diésel contemporáneos, pero inferior a la de la tracción eléctrica convencional mediante catenarias aéreas . La electricidad producida por la pila de combustible a bordo se alimentaría a un motor para propulsar el tren. ^{[ 10 ]} Los costes de electrificación mediante catenarias rondan los 2 millones de euros/km, por lo que la electrificación no es rentable para rutas de bajo tráfico y las soluciones de baterías e hidráulicas pueden ser alternativas. ^{[ 11 ]}

La publicación industrial ferroviaria Railway Engineer ha teorizado que la creciente prevalencia de la energía eólica ha llevado a que algunos países tengan 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 producirse convenientemente mediante electrólisis. ^{[ 10 ]} Por lo tanto, se cree que la producción de hidrógeno utilizando electricidad fuera de las horas pico disponible de las redes eléctricas de los países será una de las prácticas más económicas disponibles. A enero de 2017, el hidrógeno producido mediante electrólisis generalmente costaba aproximadamente lo mismo que el gas natural y casi el doble que el diésel; sin embargo, a diferencia de cualquiera de estos combustibles fósiles, la propulsión con hidrógeno no produce emisiones vehiculares. ^{[ 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 % menores 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 t (2,5 toneladas largas; 2,8 toneladas cortas) de hidrógeno al día, suficiente para alimentar una flota de 14 trenes iLint a lo largo de una distancia de 600 km (370 millas) al día. ^{[ 10 ]} Al parecer, a partir de enero de 2017, la producción mundial de hidrógeno ha ido en aumento en cantidad y disponibilidad, incrementando su atractivo como combustible. La necesidad de construir una red de distribución de hidrógeno eficiente, que a su vez requiere inversiones sustanciales, probablemente influirá en la contención del crecimiento del transporte hidráulico, al menos a corto plazo. ^{[ 10 ]}   

Railway Technology observó que la industria ferroviaria históricamente ha sido 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 un pionero podría ser decisivo para superar las actitudes de reticencia y tradicionalismo. ^{[ 8 ]} Además, podría haber beneficios significativos al pasar 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 de Norwich a Sheringham en comparación con la tracción convencional. ^{[ 10 ]} Un paso intermedio que utiliza la tecnología ferroviaria existente es quemar una mezcla de diésel e hidrógeno en motores convencionales, aunque esto no es de cero emisiones. ^{[ 12 ]}

• En 2002, se presentó en Val-d'Or , Quebec , la primera locomotora minera de hidrógeno de 3,6 t (3,5 toneladas largas; 4,0 toneladas cortas) , 17 kW (23 hp) , alimentada por celdas de combustible Nuvera para Placer Dome . ^{[ 14 ]}   
• En abril de 2006, se desarrolló el primer automotor hidráulico del mundo, desarrollado por East Japan Railway Company . ^{[ 15 ] [ 10 ]}
• En octubre de 2006, el Instituto de Investigación Técnica Ferroviaria de Japón realizó pruebas en un tren hidráulico de pila de combustible, un tren interurbano de 70 t (68,9 toneladas largas; 77,2 toneladas cortas) propulsado por pilas de combustible Nuvera. ^{[ 16 ]} 
• En abril de 2007, el mini-hidráulico fruto de la colaboración entre el Museo Nacional de Ciencia y Tecnología de Taiwán y la Asociación de Pilas de Combustible de Taiwán realizó su primer recorrido educativo. ^{[ 17 ]}
• En 2007, el Instituto de Investigación Técnica Ferroviaria de Japón construyó dos vagones de pasajeros de 62 t (61,0 toneladas largas; 68,3 toneladas cortas) , cada uno con una pila de combustible PEM de 450 kW (600 hp) y una batería de 150 kW (200 hp) . ^{[ 18 ]}     
• En 2008, la compañía ferroviaria East Japan Railway Company de Japón probó durante un breve período en la zona de Nagano su tren híbrido experimental " NE Train ", equipado con dos pilas de combustible PEM de 65 kW (87 hp) y baterías de iones de litio de 19 kWh (68 MJ) .    
• En 2009, BNSF Railway presentó su Vehicle Projects HH20B , una locomotora de maniobras alimentada por celdas de combustible de hidrógeno y desarrollada en conjunto con el Cuerpo de Ingenieros del Ejército de los Estados Unidos y Vehicle Projects Inc. ^{[ 19 ]} Según se informa, realizó su primer recorrido durante 2010. ^{[ 10 ]}
• En 2010, se propuso en Indonesia una línea de tren de alta velocidad de 357 kilómetros (222 millas) . ^{[ 20 ]} El enlace ferroviario, actualmente en estudio de viabilidad, conectaría varias ciudades de Java con un sistema de levitación magnética impulsado por hidrógeno. ^{[ 21 ] [ 22 ]} 
• En 2011, FEVE y la Universidad de Valladolid (CIDAUT) pusieron en marcha el FC Tram H₂ Proyecto enAsturiasutilizando un FABIOLOS serie 3400 convertido deSNCV. ^{[ 23 ] [ 10 ]} Puede transportar hasta 30 pasajeros con una velocidad máxima de20km/h (12mph).  
• Durante 2012, el Proyecto Tren de Hidrógeno en Dinamarca inició sus esfuerzos para desarrollar y construir el primer tren de Europa propulsado por hidrógeno utilizando hidrógeno en un motor de combustión interna . ^{[ 24 ] [ 25 ]}
• En 2012, el mini-hydrail Hydrogen Pioneer Train de la Universidad de Birmingham , un tren de potencia a escala para pruebas de configuración. ^{[ 26 ] [ 27 ]}
• Entre 2012 y 2014, se realizaron pruebas del concepto de hydrail en China . ^{[ 28 ]} En noviembre de 2010, la Universidad Jiaotong del Suroeste presentó su primer prototipo de hydrail. ^{[ 29 ]}
• Durante 2012, Anglo American Platinum (Amplats) en Sudáfrica y Vehicle Projects Inc. lanzaron 5 locomotoras Trident de nueva generación con PEMFC en la mina Dishaba con almacenamiento reversible de hidruro metálico para pruebas. ^{[ 30 ] [ 31 ]}
• 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 intenciones con Alstom Transport para realizar pruebas con dos trenes Alstom Coradia de pila de combustible antes de 2018. ^{[ 32 ]}
• Durante 2015, la Universidad de Warwick comenzó a trabajar en una locomotora de hidrógeno. Ese mismo año, el tranvía del centro de Oranjestad en Aruba entró en servicio; el proyecto del tranvía del centro de Dubái está previsto que entre en servicio en los alrededores del Burj Khalifa y el Dubai Mall en Dubái . ^{[ 33 ]} En 2015, CSR Sifang Co Ltd. presentó su primer tranvía de 380 pasajeros en Qingdao , China. ^{[ 34 ]}
• En septiembre de 2016, Alstom presentó su nuevo tren iLint, fabricado en su planta de Salzgitter . En noviembre de 2017, la autoridad de transporte local del estado de Baja Sajonia encargó una flota inicial de 14 trenes iLint. Las pruebas y la homologación por parte de la Autoridad Federal de Ferrocarriles de Alemania ( Eisenbahn-Bundesamt) comenzaron a finales de 2016. ^{[ 35 ]}
• 2016 – CRRC TRC (Tangshan) desarrolló el primer tranvía híbrido de pila de combustible comercial del mundo y completó su primera prueba en la operación de demostración de turismo industrial de Nanhu en 2017.
• 2018 – Dos trenes prototipo Ilint entrarán en servicio regular en la región Buxtehude–Bremervörde–Bremerhaven–Cuxhaven. Schleswig-Holstein tiene previsto electrificar la totalidad de su red de 1100 km (680 millas) con una flota de 60 vehículos hidráulicos iLint para 2025. ^{[ 8 ]} A partir de enero de 2018, está previsto que todos los vehículos reciban mantenimiento en un depósito en Bremervörde, que será el primer depósito de repostaje de trenes de hidrógeno del mundo; el hidrógeno se generará in situ mediante turbinas eólicas locales. ^{[ 10 ]}  
• En septiembre de 2017, Alstom propuso una prueba de un tren propulsado por pila de combustible de hidrógeno en la nueva línea de Liverpool a Chester en Inglaterra , cuya inauguración está prevista para diciembre de 2018. Alstom cuenta con una nueva planta en Halebank , en las afueras de Liverpool, junto a la línea, con hidrógeno disponible procedente de la cercana refinería de Stanlow . ^{[ 36 ]}
• En marzo de 2018, el gobierno del estado de Sarawak en Malasia propuso que el sistema de tren ligero de Kuching funcionara con pilas de combustible de hidrógeno y que estuviera terminado para 2024. ^{[ 37 ]} Sin embargo, en septiembre de 2018, el Ministro Principal de Sarawak anunció que el proyecto se había suspendido, alegando que los fondos se necesitaban para otros fines. ^{[ 38 ]}
• En junio de 2019, East Japan Railway Company anunció que está invirtiendo en el desarrollo de un tren de dos vagones que utiliza tecnología de pila de combustible de hidrógeno de Toyota , con la esperanza de comenzar las pruebas en 2021 y tener una tecnología comercialmente viable lista para 2024. Toyota ha estado utilizando tecnología de pila de combustible en los vagones Mirai . ^{[ 39 ]}
• En junio-julio de 2019, el Ministerio de Desarrollo Económico de Italia recabó la opinión de las partes interesadas sobre proyectos de despliegue de hidrógeno en varios sectores, incluido el transporte ferroviario. ^{[ 40 ]} Estos incluían la conversión de diésel a hidrógeno de un enlace ferroviario de 310 km (190 mi) que atraviesa cuatro regiones del centro de Italia, desde Sansepolcro (Toscana) hasta Sulmona (Abruzzo). Desarrollado por la italiana Cinque International junto con la estadounidense AECOM , la española Iberdrola y otros socios locales, ^{[ 41 ]} el proyecto se incluyó en la lista de prioridades del Ministerio de Transportes de Italia ^{[ 42 ]} y en la cartera de proyectos de la Alianza Europea del Hidrógeno Limpio . El 20 de diciembre de 2021, la oficina del Primer Ministro asignó 50 millones de euros para la compra de material rodante y para tres plantas de producción de hidrógeno renovable a lo largo del ferrocarril, aunque limitadas a la ruta Terni-Rieti-L'Aquila-Sulmona . ^{[ 43 ]}  
• En noviembre de 2019, se encargó al fabricante suizo Stadler Rail el primer tren de pila de combustible de hidrógeno de Estados Unidos para prestar servicio en el servicio ferroviario de cercanías Arrow , que pronto se inauguraría entre Redlands, California , y San Bernardino, California . ^{[ 44 ]}
• El 17 de marzo de 2021, la Compañía de Ferrocarriles Franceses anunció que 15 Hydrail operarían en la línea Caen - Alençon - Le Mans - Tours (noroeste de Francia ) en los próximos 5 años. La línea utilizaba exclusivamente locomotoras diésel X 72500 y XGC . ^{[ 45 ]}
• En abril de 2021, la compañía ferroviaria francesa Alstom encargó 14 trenes Hydrail (dos de ellos opcionales) por un importe de 200 millones de euros. Los trenes entrarán en funcionamiento en 2025 en cuatro regiones ( Auvergne-Rhône-Alpes , Bourgogne-Franche-Comté , Grand Est y Occitanie ). ^{[ 46 ]} Estos trenes tienen una autonomía de 600  km sin emisiones directas _de CO₂ . ^{[ 47 ]}
• En septiembre de 2022, Caltrans y CalSTA realizaron un pedido de 29 trenes de pila de combustible de hidrógeno (cuatro de pedido oficial y 25 opcionales) a Stadler. Estos trenes se utilizarán en los servicios de Amtrak California. ^{[ 48 ]}
• Locomotoras de hidrógeno : BNSF , Caterpillar , Progress Rail y Chevron se asociaron en 2021 para desarrollar un prototipo de locomotora de pila de combustible de hidrógeno . ^{[ 49 ] [ 50 ]} CSX y Canadian Pacific se unieron en 2023 para desarrollar kits de conversión de hidrógeno para adaptar locomotoras diésel a hidrógeno. ^{[ 51 ]}
• El servicio ferroviario de cercanías Valley Link propuesto en el norte de California planea utilizar trenes de hidrógeno de cero emisiones para sus operaciones. ^{[ 52 ] [ 53 ]}
• 2024: Un tren de pasajeros con pila de combustible de hidrógeno desarrollado por el fabricante suizo de vehículos ferroviarios Stadler Rail ha logrado un nuevo récord mundial Guinness, viajando sin parar durante una distancia de 1741,7 millas (2803,0 km) en dos días. ^{[ 54 ]}  
• El proyecto Hympulso es una iniciativa española anunciada en 2024 y liderada por Talgo, centrada en el desarrollo del primer tren de alta velocidad del mundo propulsado por hidrógeno. Además, el proyecto busca analizar la viabilidad de alimentar con hidrógeno toda la red ferroviaria española, que representa la segunda red de alta velocidad más grande del mundo. ^{[ 55 ]}
• La fábrica Integral Coach , en asociación con los ferrocarriles indios , planea convertir un DHMU en un tren basado en celdas de combustible de hidrógeno. Está previsto que entre en funcionamiento a finales de 2025 y se utilice en la ruta histórica Kalka-Shimla. ^{[ 56 ] [ 57 ]}
• Los Ferrocarriles Indios han comenzado una serie de pruebas para un prototipo de tren de hidrógeno en Jind , Haryana. Construido con ocho vagones, el tren de hidrógeno alcanzó una velocidad máxima de 70 km/h (43 mph) durante su prueba inaugural el 2 de marzo de 2026. ^{[ 58 ]}  

• Unidad múltiple eléctrica de batería
• Locomotora ferroviaria de ciclo combinado
• Autobús de pila de combustible
• Vehículo de hidrógeno
• Central eléctrica de pila de combustible de hidrógeno
• Lista de vehículos de pila de combustible
• Cronología de las tecnologías del hidrógeno

• Proyecto HyRail del VI Programa Marco de la UE. Archivado el 31 de enero de 2009 en Wayback Machine.
• Hydrail.org Universidad Estatal de los Apalaches