Por Fabián Figueroa
La “electromovilidad ferroviaria” históricamente ha permitido posicionar al ferrocarril como un medio de transporte altamente eficiente, de alto desempeño, y como una solución moderna de movilidad; siendo un elemento principal en las medidas de mitigación de efectos ambientales en el sector transporte de muchos países.
La principal razón en el desarrollo de nuevas tecnologías es la búsqueda de una operación más sustentable en servicios ferroviarios que operan en vías no electrificadas, principalmente en casos de renovación de flota (trenes antiguos del tipo diésel-eléctrico, diésel-hidráulico o diésel-mecánico) como también en la operación de los trenes de carga dependiendo de los grados de autonomía que este sistema puede entregar.
Trenes a Baterías
Actualmente todos los trenes poseen baterías para almacenar energía, que en general suelen ser pequeñas y destinadas a alimentar los sistemas auxiliares del tren, y en el mejor de los casos, permitir una operación muy limitada en caso de emergencias. Sin embargo, los trenes a baterías incorporan una “gran batería de tracción”, capaz de almacenar grandes cantidades de energía y proveer una mayor autonomía y desempeño en la operación.
Ventajas:
- Es un sistema altamente probado y presente en el mercado.
- Trenes con igual desempeño como si estuviese alimentado por el sistema de catenarias.
- Operación libre de emisiones contaminantes siempre y cuando la energía provenga de fuentes no contaminantes.
Desventajas:
- Mayor rigidez frente a posibles futuros cambios en un tren.
- Mayor peso (incluso 15 toneladas adicionales).
- Mayor costo de inversión del material rodante (sobre un 25%).
- Autonomía decreciente conforme se llega al fin de la vida útil de las baterías (entre 8 a 10 años dependiendo del tipo de operación ferroviaria).
- Tanto la fabricación como la deposición final de las baterías generan material contaminante y altas emisiones.
Trenes a Hidrógeno
Aquí la energía eléctrica se obtiene mediante la electrólisis (reacción entre el hidrógeno y el oxígeno) que se lleva a cabo en unos dispositivos llamados celdas de hidrógeno que se instalan en los trenes. Debido a que la demanda energética de los motores de tracción no es igual al rendimiento de producción de energía eléctrica de las celdas de hidrógeno, es necesario contar con un “puente”, el cual consiste en una batería que almacena la energía producida tanto por la celda como también desde el freno regenerativo.
Ventajas:
- Mayor rango de autonomía que trenes a baterías.
- Trenes con igual de desempeño como si estuviese alimentado por el sistema de catenarias.
- Operación libre de emisiones contaminantes e independiente de otras fuentes de energía (siempre y cuando la producción de hidrógeno haya sido realizada sin emisiones).
- Debido al poder calorífico, se requiere menos cantidad de hidrógeno que de diésel para poder producir la misma cantidad de energía necesaria para mover un tren (casi tres veces menos).
- Al final de su vida útil, gran parte de los elementos de la celda de hidrógeno se pueden reciclar.
Desventajas:
- Fuertemente dependiente del desarrollo de la industria de obtención de hidrógeno (suministro de hidrógeno), y por ello los costos son sensibles a la variación de precio de producción y suministro de hidrógeno.
- Las celdas de hidrógeno tienen una vida útil menor que el tren y por lo tanto debe considerarse su reemplazo.
- Se requieren de condiciones idóneas para el almacenamiento y transporte de hidrógeno (el hidrógeno es la sustancia más inflamable conocida).
¿Cuándo es recomendable optar por una u otra tecnología?
Las variables de decisión principalmente están asociadas a las definiciones y requisitos de los servicios ferroviarios, el contexto en donde se desenvuelven y las características propias de la operación. Algunos indicadores que permiten definir la tecnología más adecuada están vinculadas a la extensión del tramo objetivo, topografía, situaciones de última milla, uso o no de tramos ya electrificados, modelo operacional, modelo de mantenimiento y estrategia de repuestos, provisión de energía (hidrógeno o recarga de energía eléctrica de baterías), análisis TCO (Total Cost of Ownership) y financiamiento.
Algunas consideraciones se detallan a continuación:
Ambas tecnologías siguen siendo muy jóvenes y por ende tienen aún un enorme potencial de desarrollo.
Cabe mencionar, que a lo anterior se pueden incorporar al análisis casos híbridos en donde los sistemas diésel conviven con baterías o incluso sistemas diésel-eléctricos de mayor eficiencia, mejor control de emisiones, o incluso el uso de combustibles alternativos como el “E-Fuel”. También es importante contrastar con el clásico escenario de electrificación, el cual sigue siendo aún un método muy efectivo.
Realidad americana
Si bien, las tecnologías antes descritas se han ido desarrollando inicialmente en Europa y Asia, el continente americano posee ciertas particularidades donde la aplicación de estas tecnologías puede tener incluso un mayor potencial e interés:
- Infraestructura ferroviaria: Muy pocos kilómetros de vías electrificadas en comparación con Europa o Asia. Por lo tanto, el uso de estas tecnologías podría llegar a otras modalidades no contempladas anteriormente. Hay que considerar para los servicios ferroviarios, que las distancias entre las ciudades son mucho mayores en América que en Europa y/o en Asia, por ende, sea necesario un mayor grado de autonomía.
- Recursos: Grandes reservas de Litio (principal compuesto de las baterías) a nivel mundial: Bolivia, Argentina, Chile, México y Perú tienen el 67% de las reservas mundiales. Podrían permitir una disminución en los costos de fabricación de baterías de Litio.
- Energía: La región ha presentado ya estrategias a largo plazo para la producción de hidrógeno (verde, y azul o “Low-Carbon”) con más de 25 proyectos incluyendo algunos a escala “Gigawatt”. Dependiendo de la implementación de estos proyectos y la consolidación de la industria, podría provocar que el precio del hidrógeno (producción, transporte y almacenamiento) caiga por debajo del precio del diésel.
Fabián Figueroa Valle
Experto en infraestructura, tecnología y gestión del sistema ferroviario. Miembro del Instituto Ferroviario de Chile, constructor Civil (USM Chile), Magíster en Infraestructura e Instalaciones Ferroviarias (UPC España) y candidato a magister en tecnología ferroviaria y gestión del sistema ferroviario (FH St. Pölten Austria)