Actualmente, aproximadamente la mitad de las líneas ferroviarias de la Unión Europea están electrificadas, lo que permite el transporte ferroviario libre de emisiones siempre que el origen de esa electricidad sea renovable. El impacto ambiental del ferrocarril viene en el resto de las líneas en las que los operadores ferroviarios emplean trenes diésel.

En el marco del proyecto FCH2RAIL de la UE, el consorcio formado por socios de Bélgica, Alemania, España y Portugal, está desarrollando un nuevo prototipo de tren de cero emisiones. En el corazón del proyecto se encuentra un sistema de propulsión bimodo híbrido, que alterna la alimentación eléctrica de la catenaria con la alimentación desde un módulo autónomo, que hibrida la energía de las pilas de hidrógeno y de baterías, y que opera de forma independiente de la catenaria.

El proyecto FCH2RAIL, liderado técnicamente por CAF, arrancó en enero y ya ha dado sus primeros resultados, habiéndose definido las rutas de referencia y escenarios operativos para el prototipo. El tren aprovecha la energía de la catenaria cuando está disponible. En cambio, cuando el tren circula en vías sin catenaria se alimenta desde el módulo híbrido formado por pilas de combustible y baterías.

En la actualidad, son muchas las líneas ferroviarias en Europa que se están electrificando con catenaria, un proyecto muy costoso y a largo plazo que depende de las condiciones geográficas locales. Existe la alternativa de trenes alimentados exclusivamente de baterías, pero su autonomía operativa es limitada, de 30 kilómetros a 70 kilómetros, dependiendo del perfil de la ruta y las temperaturas exteriores.

Sustituir al diésel 

Los trenes diésel actuales proporcionan prestaciones inferiores en términos de velocidad punta y aceleración en comparación con los trenes propulsados por motores eléctricos alimentados desde la catenaria. "Nuestro sistema bimodo híbrido de pila de combustible y baterías combina las ventajas de ambas tecnologías, al poder emplear tanto la energía de la catenaria como la energía a bordo", afirma el responsable técnico del proyecto Sergio Gascon, de CAF.

El sistema de alimentación de energía embarcado se diseña de forma que su potencia y autonomía pueda ampliarse de acuerdo con un principio modular: El número de pilas de combustible y baterías afecta a la potencia de propulsión, mientras el número de depósitos de hidrógeno determina la autonomía operativa en líneas no electrificadas. Por tanto, la capacidad del sistema puede adaptarse para su uso en transporte tanto de pasajeros como de mercancías.

"Nuestro estudio sobre el hidrógeno y las pilas de combustible en el entorno ferroviario demostró que existe un potencial significativo para las tecnologías FCH en el ámbito ferroviario, y que los trenes alimentados con hidrógeno constituirán una parte importante en la construcción de un sistema europeo de transporte sostenible", declara Bart Biebuyck, director Ejecutivo de FCH 2 JU. 

Para entender el impacto de este sistema en el entorno, desde su producción hasta su fin de vida pasando por su uso, y para evaluar sus prestaciones en condiciones reales, se prevé convertir un tren de cercanías eléctrico de la familia Civia, fabricado por CAF, integrando en el mismo el módulo híbrido de pila de combustible y baterías. Renfe suministrará el material rodante.

Pilas de combustible y baterías

Uno de los componentes básicos del sistema de energía autónomo son los módulos de pila de combustible suministrados por Toyota, mientras que las baterías y convertidores de potencia serán suministrados por CAF. Los ensayos funcionales iniciales y los trayectos de prueba se llevarán a cabo en vías españolas y portuguesas con el apoyo de los gestores de infraestructuras ADIF e IP. Se ha confiado al Centro Nacional de Hidrógeno la construcción de la estación de repostaje de hidrógeno y los ensayos del módulo híbrido de pila de combustible y baterías, previamente a su integración en el tren.

Antes de los primeros trayectos de pruebas, el equipo de proyecto internacional debe resolver todavía una serie de desafíos tecnológicos: El diseño debe permitir el control y la combinación de los módulos de pila de combustible y baterías de forma que el sistema cumpla todos los requisitos y pueda implantarse de forma eficiente. Por otra parte, esa eficiencia se puede incrementar mediante el aprovechamiento del calor residual de los módulos de pila de combustible de forma eficaz para la calefacción y el aire acondicionado del tren. 

El proyecto también analiza la regulación y normativa en los campos del hidrógeno y el transporte ferroviario, con el objetivo de garantizar una integración segura entre la tecnología del hidrógeno y la catenaria en todo momento. Teniendo todo ello en cuenta, el equipo de proyecto está desarrollando propuestas para que las autoridades competentes puedan homologar de una forma más fácil este tipo de trenes en toda la UE en un futuro próximo.