Descarbonizar el transporte ferroviario: Creación de soluciones innovadoras para complementar las operaciones

El transporte ferroviario es el modo de transporte más eficaz en la lucha contra el calentamiento global. Debido a la baja resistencia a la rodadura entre las ruedas de acero y los rieles, el transporte ferroviario es intrínsecamente uno de los modos más sostenibles de transporte masivo de personas y mercancías. Dicho esto, todavía hay operaciones ferroviarias que ofrecen posibilidades de descarbonización para apoyar los esfuerzos mundiales por frenar el cambio climático. La industria ferroviaria ha reconocido este potencial y está haciendo grandes esfuerzos para mejorar la sostenibilidad.

Han surgido tres grandes opciones tecnológicas para ayudar a cumplir los objetivos de sostenibilidad: sistemas de contacto, de baterías y de hidrógeno. Cada uno de ellos ofrece ventajas y desventajas potenciales que deben evaluarse cuidadosamente en función de las operaciones ferroviarias. Hatch está trabajando en la vanguardia de estas implementaciones tecnológicas y colabora con nuestros clientes para seleccionar la tecnología adecuada para sus operaciones.  

Distribución de energía eléctrica por contacto 

El método más eficaz y establecido para proporcionar un transporte ferroviario sostenible es utilizar la distribución de energía eléctrica por contacto, como los sistemas de contacto aéreos o el tercer riel. Los principales inconvenientes de esta tecnología son el elevado costo inicial de su construcción y la necesidad de grandes esfuerzos políticos para implementarla, debido a problemas normativos y de las partes interesadas. Como consecuencia, la mayor parte de la red ferroviaria norteamericana no está electrificada, sino que depende de la energía de combustibles fósiles para funcionar. Actualmente, las operaciones con alta densidad de tráfico ferroviario, como las líneas de metro, son las que tienen más probabilidades de ser electrificadas, ya que los beneficios se obtienen más rápidamente que en las redes de transporte de mercancías menos transitadas.

Almacenamiento de energía mediante baterías 

Debido a las dificultades que plantea la implantación de sistemas basados en el contacto, los operadores han optado recientemente por almacenar energía limpia a bordo de los vehículos ferroviarios. La principal tecnología que se está estudiando es el almacenamiento de energía basado en baterías. Hatch lleva décadas contribuyendo al despliegue de esta tecnología, apoyando proyectos como los tranvías de Estados Unidos, que utilizan baterías que se cargan mediante sistemas de contacto tradicionales y se desplazan con la energía de la batería a través de cortos tramos sin cable. Los principales inconvenientes de las baterías son su baja densidad energética, los requisitos de la infraestructura de carga, [los largos tiempos de carga] (https://www.hatch.com/About-Us/Publications/Blogs/2023/04/Investing-in-our-planet-How-safe-and-sustainable-transportation-is-driving-a-greener-future), y su gran peso. Estos factores limitan la autonomía que pueden ofrecer los vehículos ferroviarios impulsados por baterías, por lo que son útiles principalmente para operaciones de corta distancia y baja densidad de tráfico. 

Hidrógeno 

Los trenes de hidrógeno ofrecen una mayor autonomía que los diseños basados en baterías y pueden repostar mucho más rápido que el tiempo necesario para cargar los sistemas de almacenamiento de energía basados en baterías. Los principales inconvenientes del hidrógeno están relacionados con la menor eficiencia energética, la sostenibilidad de la producción de hidrógeno, el abastecimiento de combustible y los requisitos de infraestructura. Hay pérdidas de eficiencia que se producen cuando los vehículos impulsados por hidrógeno convierten la energía química del gas hidrógeno en energía eléctrica; en el proceso de electrólisis, se pierde automáticamente alrededor de una cuarta parte de la electricidad. Además, el hidrógeno [no suele encontrarse como elemento químico natural] (https://www.hatch.com/About-Us/Publications/Blogs/2023/11/The-hydrogen-conundrum-Unraveling-the-pros-and-cons-of-blue-and-green-hydrogen-production), lo que complica el proceso de "generación al consumidor". En cambio, el hidrógeno tiene que extraerse de compuestos como el agua o el metano, lo que requiere una inmensa cantidad de energía, y su producción puede generar emisiones en el proceso.  Por estas razones, el hidrógeno se aplica mejor en rutas de mayor autonomía para aprovechar sus ventajas, y en operaciones con menor densidad de tráfico para limitar el efecto de la reducción de la eficiencia. 

Modelado energético para el transporte inteligente y la sostenibilidad  

Para ayudar a nuestros clientes a evaluar las ventajas e inconvenientes de cada una de estas tecnologías, Hatch desarrolló la herramienta de simulación líder del sector, Modelado para el Transporte Inteligente y la Sostenibilidad (EMITS, por sus siglas en inglés). EMITS se ha utilizado para modelar todo tipo de operaciones ferroviarias, incluido el transporte de mercancías y pasajeros. Hatch utiliza EMITS para realizar análisis comparativos entre estas tres tecnologías y determinar la solución óptima para cada uno de nuestros clientes. Es fundamental evaluar las implicaciones financieras, operativas, de personal y de infraestructura de cada tecnología.  Deben evaluarse numerosos escenarios tecnológicos alternativos; dado que una solución tecnológica puede beneficiar desproporcionadamente a una parte de una organización, como las operaciones, pero tener requerimientos de infraestructura complicados, por ejemplo, es vital ponderar las compensaciones utilizando un enfoque cuádruple para seleccionar una solución óptima. 

EMITS: Simulación Transformadora del Transporte
EMITS evalúa vehículos de diésel, gasolina, gas natural, electricidad, baterías, combustibles mezclados o hidrógeno. Tiene en cuenta variables como el peso del vehículo, la antigüedad de la batería, el clima, la pendiente de la carretera, etc. Los clientes obtienen una visión global de la transición a una tecnología de emisiones cero o bajas emisiones, lo que les permite tomar decisiones estratégicas. 

EMITS realiza estudios de viabilidad, informes de planificación y simulaciones personalizadas. Desarrolla perfiles de velocidad precisos, modela los vehículos basándose en principios físicos y automatiza las simulaciones con algoritmos de control inteligentes.  

Con un enfoque colaborativo y libre de conflictos, EMITS es un socio innovador a la hora de recomendar tecnologías y soluciones adaptadas a las necesidades específicas de los clientes. 

¿Y ahora? 

A finales del año pasado, Hatch visitó Quebec para dar un paseo en el primer vehículo ferroviario de pasajeros impulsado por hidrógeno de Norteamérica. Este tren de hidrógeno llevaba funcionando en una línea ferroviaria alemana desde 2019 y se importó a Quebec como demostración, y los operadores ferroviarios de California también recibirán trenes impulsados por hidrógeno en un futuro próximo.

A medida que aumentan las amenazas del cambio climático, es alentador ver cómo el sector ferroviario sigue explorando opciones para la descarbonización. Prevemos que los sistemas de contacto, batería e hidrógeno serán cada vez más frecuentes y que la tecnología seguirá mejorando. 

Hatch está preparado para apoyar a la industria aprovechando nuestras décadas de experiencia y herramientas de vanguardia para proporcionar a cada operador la confianza de que la tecnología seleccionada es la que mejor se adapta a sus operaciones.