Toyota probará su tecnología de pila de combustible de hidrógeno también en trenes

El fabricante japonés ha demostrado a lo largo de varias décadas que la eficiencia a nivel industrial es clave. Por ello su apuesta por la pila de combustible de hidrógeno se está haciendo multidisciplinar. No solo tienen una segunda generación de pila de automóviles en el nuevo Mirai, tienen una visión a muy largo plazo.

Toyota ya está haciendo pruebas de su pila de combustible de hidrógeno de nueva generación en camiones Kenworth, en el barco Energy Observer, en autobuses Sora e incluso tienen un proyecto de vehículo lunar. En octubre de 2020 se anunció el desarrollo de trenes a base de hidrógeno en colaboración con East Japan Railway Company e Hitachi.

La compañía ha anunciado hoy su participación en otro proyecto, esta vez en Europa, donde están implicadas empresas españolas, concretamente Renfe, ADIF y CAF. Se trata del proyecto UE FCH2RAIL(Fuel Cell Hybrid Power Pack for Rail Applications), enfocado a la sustitución de los trenes con motor diésel.

Módulos de pila de combustible de Toyota Tipo I y Tipo II

Sí, hoy día se siguen utilizando trenes con motores de combustión porque no todas las vías están electrificadas por vía aérea (catenaria), así que el tren tiene que llevar su «propia» energía a bordo y realizar la conversión en movimiento. Por cierto, los trenes diésel son híbridos en serie, la tracción sigue siendo eléctrica, evitándose el uso de embragues y cajas de cambio.

Las vías más antiguas no están electrificadas y no siempre resulta sencillo cambiar eso, por eso seguimos dependiendo de trenes diésel para algunos servicios, como Media Distancia y Mercancías

La alternativa con trenes eléctricos a baterías de momento no parece muy viable, ya que solo pueden efectuar recorridos muy cortos en tramos sin catenaria, unas decenas de kilómetros. Pero la pila de combustible de hidrógeno puede ser la solución. Ahora bien, eso hay que probarlo, y de eso trata este proyecto, ver si se trata de una solución viable.

Entre los múltiples problema de ingeniería a resolver está la potencia necesaria -hacen falta más o menos módulos de pila de combustible-, y cuánto hidrógeno se puede transportar en el convoy -determina la autonomía-. Por otra parte, el sistema de climatización (calefacción/aire acondicionado) tiene que aprovechar la energía al máximo para que sea un sistema eficiente.

La pila de combustible produce electricidad en corriente continua (DC/DC) para el sistema de tracción (motores), el sistema de energía auxiliar (luces, climatización, paneles informativos...) y una batería electroquímica que se queda con los excedentes

Toyota Motor Europe participa en el proyecto aportando los módulos de pila de combustible. En febrero mostró dos modelos para aplicaciones universales, el Tipo I o vertical, y el Tipo II u horizontal. Cada módulo pesa entre 240 y 250 kg y es capaz de dar una potencia nominal de 60 a 80 kilovatios con un voltaje de 400 a 750 V.

Estos módulos integran la refrigeración -a base de agua-, la limpieza del aire de admisión -de donde se saca el oxígeno-, la bomba de hidrógeno -que depende de un depósito externo- y la propia pila. Esta es la que se encarga de convertir el oxígeno y el hidrógeno en energía eléctrica y producir un residuo de solo vapor de agua.

Aunque el rendimiento final de una pila de combustible es inferior al de una batería electroquímica, resulta evidente que a nivel de emisiones el hidrógeno es mucho más respetuoso con el medio ambiente que los motores diésel empleados en transporte ferroviario. No solo eso, esta solución es más eficiente del pozo a la rueda que emplear motores térmicos.

Los trenes de Renfe Cercanías de tipo CIVIA dependen totalmente de la red eléctrica -captan la electricidad con el pantógrafo superior-, pero con pila de combustible podrían circular por vías antiguas que carecen de catenaria

El proyecto UE FCH2RAIL evaluará el impacto ambiental del sistema desde su fabricación hasta su desguace. Para las pruebas se empleará un tren cercanías CIVIA -fabricado por CAF y aportado por Renfe- con baterías electroquímicas y convertidores eléctricos también de CAF. De esta forma el convoy podría circular por vías donde no hay catenaria.

El proyecto tiene un presupuesto de 14 millones de euros, de los cuales 10 son aportados por Fuel Cells and Hydrogen 2 Joint Undertaking (FCH 2 JU)

El tren prototipo será alimentado por el Centro Nacional de Hidrógeno (CNH2) ubicado en Puertollano (Ciudad Real), que con el apoyo de Administrador de Infrastructuras Ferroviarias (ADIF) e Infraestruturas de Portugal (IP), construirán lo necesario para el repostaje de hidrógeno del tren. Si la fase de prototipo es satisfactoria se harán pruebas más adelante con pasajeros, como otro tren en uso comercial.

A largo plazo, los trenes de hidrógeno tendrán bastantes beneficios. No solamente contaminan menos y son más eficientes, también son mucho más silenciosos, lo cual tiene un impacto positivo en todos aquellos tramos por los que circulan y especialmente cerca de las estaciones y nodos de comunicaciones. Irónicamente, el vapor vuelve a estar asociado al ferrocarril, aunque de forma diferente.

Los módulos FC de Toyota se han diseñado para un gran abanico de necesidades de energía. Es un sistema escalable y modular. Cuanta más energía hace falta, más módulos son necesarios

¿Por qué se mete Toyota en el sector del ferrocarril?

Aunque Toyota es y va a seguir siendo un fabricante de automóviles, que no de trenes, la participación en este proyecto le permite ampliar las economías de escala. Las pilas de combustible son todavía muy caras por todos los componentes que necesitan, son delicados y escasos.

En el objetivo a largo plazo de la compañía de emisiones nulas antes de 2050 -Beyond Zero- la pila de combustible de hidrógeno es fundamental. Cuantas más aplicaciones se puedan resolver con este sistema, más se reparten los costes de su implementación, por lo que facilitará que sea asequible y por tanto realmente universal.

De hecho, el hidrógeno es una solución a tener en cuenta para cualquier aplicación que necesite un suministro de energía de gran potencia pero no pueda alimentarse de la red eléctrica o no dependa de combustibles fósiles o generación a base de energías renovables. Los trenes que circulan por vías no electrificadas son un ejemplo perfecto.