Cidaut participa en la puesta en marcha del primer tranvía alimentado con hidrógeno

Cristina G. Pedraz/DICYT La unión de dos puntos del territorio mediante ferrocarril puede ser una labor compleja si se trata, por ejemplo, de una zona de interés paisajístico donde la instalación de catenarias no es apropiada o un trayecto de baja demanda cuya electrificación supone una costosa inversión poco rentable. Esta situación se produce entre la Estación de Llovio y la localidad de Ribadesella, en el Principado de Asturias, una zona que recibe a numerosos turistas en época estival para realizar el descenso en canoa del río Sella. Allí se ha planteado una alternativa: la comunicación de ambos puntos con un tranvía de pila de combustible alimentado con hidrógeno.

El experimento surge a iniciativa de la empresa pública Feve (Ferrocarriles Españoles de Vía Estrecha) y del centro tecnológico Cidaut (Fundación para la Investigación y Desarrollo en Transporte y Energía) de Valladolid, quienes se encargarán de la integración del nuevo equipo de potencia en el tranvía.

No obstante, el proyecto incluye “todo el ciclo”, de modo que la compañía Biogas Fuel Cell se encargará de la obtención del hidrógeno de forma renovable a partir de reformado de biogás y el Instituto Nacional del Carbón, perteneciente al Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), de purificarlo para su aplicación en pila de combustible.

Adios a las catenarias

Roberto Campo, director gerente de Fabricación y Mantenimiento de Trenes de Feve, señala que el resultado del proyecto será “un prototipo que permitirá demostrar la viabilidad de esta tecnología”. En la misma línea Alberto Montes, responsable por parte de Cidaut, asegura que la iniciativa es “pionera” a nivel nacional, mientras que a escala internacional existen algunos ensayos, en concreto en Estados Unidos, Dinamarca o Japón. No obstante, la suya será “la primera demostración a tamaño real” en el ámbito ferroviario, donde aún “no hay ninguna aplicación” centrada en pila de combustible en España.

Como valor añadido, el investigador de Cidaut destaca además que será un vehículo “silencioso y no contaminante”, puesto que arrojará solo agua como residuo, y que aportará mejoras estéticas “con la eliminación de catenarias”, un campo en el que se trabaja en la actualidad con el uso de acumuladores de energía eléctrica. A diferencia de este sistema, que precisa tramos provistos de catenaria o estaciones de carga fijas, como las paradas, el prototipo de tranvía ideado es completamente “autónomo”.

“Las pilas de combustible se alimentan con botellas de hidrógeno a presión que proporcionan la energía necesaria para circular por un recorrido determinado”, subraya Montes. Así, el proyecto “apuesta por un nuevo modo de suministro de energía eléctrica que no existe hoy en el mercado y que puede ser aplicable a los trenes que se vayan construyendo en el futuro”. Roberto Campo incide en que ésta es una de las bases del trabajo. “No es un prototipo para que quede ahí, es un elemento de futuro con un sistema de tracción que es posible incorporar en el resto de flota del parque de Feve”.

El vehículo servirá como laboratorio de pruebas para evaluar la viabilidad de la tecnología y solucionar posibles defectos. También permitirá realizar mejoras y abrir líneas de trabajo a partir de un demostrador “real” y no desde la teoría, como hasta el momento.

Por otro lado, la posibilidad de compatibilizar la alimentación de catenaria y la pila de combustible brinda una gran versatilidad al operador ferroviario. Por ejemplo, la pila de combustible puede suplir el abastecimiento tradicional de energía eléctrica en un trayecto de unos kilómetros, como el que atraviesa un casco histórico, donde la instalación de catenarias no es apropiada visualmente. “De cara a la explotación este sistema permite optimizar las infraestructuras que se ejecutan, algo que no ocurre a día de hoy”, resalta Campo.

Características técnicas

Para llevar a cabo el proyecto se utilizará un vehículo de “segunda mano” compuesto por tres coches. De ellos se tomará uno, que se modificará tanto externa como internamente con la anulación de los elementos eléctricos tradicionales y su sustitución por la nueva planta de potencia, basada en pila de combustible, batería y supercondensadores.

Cada uno de estos tres componentes ejercerá una función específica dentro del sistema de tracción. La energía necesaria será aportada en su totalidad por la pila de combustible, mientras que la batería dotará de potencia al vehículo en determinados picos, como los de aceleración. Los supercondensadores absorberán la energía procedente del frenado regenerativo, por el cual se transforma parte de la energía cinética en energía eléctrica para su aprovechamiento posterior, y la batería apoya a éstos en caso necesario.

La masa total estimada del vehículo es de 23 toneladas y se prevé que alcance velocidades de 25 kilómetros por hora, con una aceleración/deceleración máxima cercana a los 0’4 metros por segundo al cuadrado. El recorrido será de unos cinco kilómetros ida y vuelta, entre la Estación de Llovio y Ribadesella, con paradas intermedias del orden de 60-90 segundos. En cuanto al dimensionamiento, se instalarán dos pilas de combustible de pequeña potencia, 12 kilovatios; la batería será de 110 kilovatios y los supercondensadores estarán en torno a los 75. El tren contará con cuatro motores de 25 kilovatios, es decir, tendrá unos 100 de potencia de tracción. Las dimensiones planteadas, explica Alberto Montes, tienen en cuenta las características del trazado y el modo de operación, como la cantidad de viajes necesarios o las paradas previstas.

Reformado de biogás

Cidaut cuenta con una línea de trabajo centrada en las tecnologías del hidrógeno. Además de la integración de estos sistemas en diferentes sectores, como el ferroviario, o el desarrollo de algunos componentes de pila de combustible, el centro investiga la obtención de hidrógeno a través de reformado de biogás y mediante electrólisis, proceso se utiliza electricidad para descomponer el agua y extraer el hidrógeno.   En el caso del tranvía proyectado, el hidrógeno que abastecerá la pila de combustible se obtendrá a partir de reformado de biogás, apartado del que se encargarán la empresa Biogas Fuel Cell y el Instituto Nacional del Carbón. Según detalla Roberto Campo, con el uso de esta energía renovable el proyecto cierra un ciclo que es “totalmente limpio”.   Respecto al funcionamiento de la pila de combustible, se trata de un dispositivo electroquímico que transforma directamente la energía de una reacción química en electricidad y calor, sin necesidad de combustión. A diferencia de una pila convencional, que se acaba y tiene la posibilidad de recargarse, la de combustible puede abastecer de energía de forma continua siempre que le sean administrados desde el hidrógeno y el oxígeno que necesita desde un punto externo.   Entre las ventajas que conlleva se encuentra la ausencia de emisiones contaminantes, ya que tan sólo libera vapor de agua; la alta eficiencia en la utilización del combustible, que es mayor o menor dependiendo del sistema de pila, o el funcionamiento silencioso. Por el contrario, las dificultades que encuentra el desarrollo de esta tecnología se centran en la complejidad de la producción de hidrógeno y su tamaño relativamente grande. Los investigadores esperan que, en los próximos años, la apuesta por el coche eléctrico sea el paso “intermedio” para su desarrollo definitivo.