Las asociaciones público-privadas son clave para impulsar la adopción de tecnologías de energía sostenible y combustibles alternativos
El mundo está buscando formas de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero, y la industria del transporte presenta una enorme oportunidad para ofrecer soluciones sostenibles. La red ferroviaria mundial es una parte clave de la respuesta. Los ferrocarriles son el medio más limpio y eficiente de transportar personas y mercancías por tierra. El transporte de mercancías por ferrocarril en lugar de camiones reduce las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) en promedio en un 75%.
Si bien ya ocupan una posición de liderazgo en materia de sostenibilidad, la industria ferroviaria y Wabtec se centran en la mejora continua, con el objetivo de lograr una red ferroviaria sin emisiones. La serie Evolution Tier 4 de Wabtec fue la primera locomotora de carga que cumplió con los estrictos estándares de emisiones de nivel 4 de la Agencia de Protección Ambiental (EPA) de los Estados Unidos. Casi 10 años después de entregar la primera locomotora de nivel 4, la industria ferroviaria está en la cúspide de los avances tecnológicos para alimentar las flotas de locomotoras con fuentes de energía alternativas, como baterías y, eventualmente, pilas de combustible de hidrógeno.
Wabtec está invirtiendo y desarrollando tecnologías de energía alternativas necesarias para descarbonizar la industria ferroviaria. Resolver el rompecabezas de la descarbonización es algo más que introducir tecnologías innovadoras. La verdadera descarbonización de la industria ferroviaria requiere que varias piezas del rompecabezas encajen. La industria necesita que la tecnología demuestre que funciona en el mundo real, seguida de una infraestructura de apoyo y, finalmente, la adopción comercial y las aprobaciones reglamentarias, por nombrar algunas.
El progreso no se puede lograr si las partes interesadas actúan por sí solas. Por eso, Wabtec colabora con un grupo diverso de socios (clientes, proveedores, instituciones académicas, laboratorios nacionales y agencias gubernamentales) para promover tecnologías de energía alternativa para la industria ferroviaria. La inversión en asociaciones público-privadas que reúnan a estas diversas partes interesadas podría ser transformadora para la industria ferroviaria, ya que busca descarbonizar y desarrollar una infraestructura de energía limpia para ayudar a sus clientes a mantenerse en movimiento.
Para que todas las piezas del rompecabezas encajen, la tecnología, la infraestructura y el entorno regulatorio deben avanzar por caminos paralelos. En la posición única de Wabtec como líder innovador en la industria ferroviaria, la empresa se ha asociado con las principales partes interesadas para impulsar la innovación de los combustibles alternativos, apoyar el desarrollo de la infraestructura y, al mismo tiempo, trabajar con los organismos reguladores para gestionar estas tecnologías emergentes.
Wabtec se asocia para promover la eficiencia energética y los combustibles alternativos
El camino hacia la descarbonización del transporte tiene muchos caminos. Wabtec contribuye a un mundo más sostenible a través de un número creciente de iniciativas. Algunas están teniendo un impacto inmediato y otras tienen horizontes más amplios. Todas ellas implican que Wabtec trabaje en asociación con sus proveedores, clientes, expertos externos, el mundo académico, el gobierno y otros participantes en la cadena de valor del transporte.
La transición a los biocombustibles reduce significativamente las emisiones de carbono al utilizar más biodiésel (B20) y diésel renovable (R55) en las locomotoras de Wabtec. Wabtec se ha asociado con BNSF Railway, Union Pacific Railroad y otros ferrocarriles de clase 1 para probar estos combustibles bajos en carbono que pueden reducir inmediatamente las emisiones de carbono en la actualidad. La variedad de pruebas y combustibles permitirán a la empresa aprobar el uso de hasta un 20% de biodiésel y hasta un 100% de diésel renovable en los cuatro tipos principales de locomotoras de Wabtec.
La nueva locomotora a batería FLxDrive de Wabtec es en sí misma el producto de una asociación pionera entre el sector público y el privado. Con una subvención de 22,6 millones de dólares de la Junta de Recursos Atmosféricos de California, Wabtec, BNSF y el Distrito de Control de la Contaminación del Aire del Valle de San Joaquín colaboraron en la puesta a prueba de la primera locomotora de carga pesada del mundo que funciona 100% con baterías de iones de litio y funciona con 18 000 pilas de iones de litio. El éxito de esa prueba piloto aceleró la comercialización del FLxDrive, que recibió pedidos de clientes de Australia, Brasil, Canadá y los Estados Unidos.
La descarbonización no se limita solo a las locomotoras de carga de Wabtec. La empresa se asoció con Deutsche Bahn para probar el primer sistema de aire acondicionado de la industria ferroviaria que utiliza un refrigerante R290 natural, limpio y respetuoso con el medio ambiente. Están desarrollando aún más el sistema de aire ecológico con operaciones inteligentes que apagan la climatización cuando se abren las puertas de los vagones para ahorrar costes y reducir las emisiones de carbono.
Participando en el desarrollo de la infraestructura de combustible de hidrógeno
Mirando hacia el futuro, propulsar locomotoras con combustible de hidrógeno es una de las opciones de energía alternativa más prometedoras para la descarbonización del ferrocarril. Wabtec está explorando dos enfoques. El primero consiste en convertir los motores de combustión interna para que funcionen con una mezcla de hidrógeno y diésel. La segunda consiste en alimentar locomotoras con pilas de combustible de hidrógeno.
El trabajo que Wabtec está llevando a cabo con sus socios les permite demostrar una prueba de concepto para locomotoras de conmutación alimentadas con hidrógeno a finales de esta década. Las locomotoras de la línea principal llegarán rápidamente a partir de entonces.
Hoja de ruta de tecnología de locomotoras para la sostenibilidad
El hidrógeno es una opción de energía limpia con un enorme potencial, pero la transición es un esfuerzo complejo que supera las capacidades de una sola empresa. Las asociaciones público-privadas sobre hidrógeno de Wabtec incluyen acuerdos colaborativos de investigación y desarrollo con Oak Ridge, Argonne y Sandia National Labs, tres centros multidisciplinarios de investigación científica e ingeniería que son centros de excelencia en soluciones relacionadas con la energía.
Wabtec también está trabajando con la Oficina de Ciencias del Departamento de Energía para instalar una locomotora monocilíndrica y doble combustible en el Centro Nacional de Investigación del Transporte del campus del Laboratorio Nacional de Oak Ridge. Esta colaboración presenta interesantes posibilidades para la industria ferroviaria. Hay una gran base instalada de más de 20 000 locomotoras, que podrían adaptarse para quemar hidrógeno. Esta opción permitiría a los ferrocarriles maximizar la inversión en sus flotas actuales y, al mismo tiempo, convertir las locomotoras en una fuente de energía limpia.
El trabajo del Laboratorio Nacional de Argonne se centra en modelar la inyección y combustión de hidrógeno. El proyecto, de cuatro años de duración, utilizará las computadoras de alto rendimiento del laboratorio en colaboración con el desarrollador de software Convergent Science, Inc., para desarrollar software de simulación. El equipo podrá probar y predecir el comportamiento de los motores de combustión en condiciones de funcionamiento cambiantes y modificaciones del hardware, lo que acelerará el proceso de desarrollo a un costo menor para optimizar la eficiencia del motor.
El laboratorio nacional de Sandia, financiado con una subvención federal, desarrollará las normas y reglamentos sobre hidrógeno propuestos para la industria ferroviaria. La Administración Federal de Ferrocarriles y el grupo asesor técnico sobre licitaciones de combustibles alternativos de la Asociación de Ferrocarriles de los Estados Unidos también participaron en la investigación del Laboratorio Nacional de Sandia sobre los requisitos de seguridad y diseño de las locomotoras que funcionan con combustible de hidrógeno.
Wabtec también está trabajando en el desarrollo de locomotoras propulsadas por pilas de combustible de hidrógeno. El objetivo final de este esfuerzo es una locomotora sin emisiones para reemplazar las locomotoras diésel-eléctricas actuales. Las pilas de combustible de hidrógeno aún no tienen la densidad de potencia necesaria para alimentar una locomotora de carretera. Wabtec está trabajando con varios proveedores para desarrollar soluciones de pilas de combustible para aplicaciones de locomotoras.
¿Qué infraestructura se necesita para la energía de hidrógeno?
Las locomotoras impulsadas por hidrógeno son solo una parte de lo que se necesitará para que este combustible alternativo sea comercialmente viable. Requerirá una revisión completa de la infraestructura.
Las principales barreras para una industria ferroviaria impulsada por hidrógeno en la actualidad incluyen:
- El elevado coste del hidrógeno ecológico en comparación con el combustible diésel
- La falta de instalaciones de almacenamiento y repostaje que brinden acceso al combustible a lo largo de las rutas ferroviarias
- Los cambios operativos de los ferrocarriles en torno a los procedimientos de seguridad, la capacitación de la tripulación y la embarcación, los acuerdos sindicales, el mantenimiento, la coordinación con los socorristas en caso de incidentes y accidentes, y más
Para impulsar la economía del hidrógeno, la Ley de Empleo e Inversión en Infraestructura (IIJA), promulgada por el presidente Biden en 2021, destinó 8 000 millones de dólares de fondos federales al desarrollo del programa de centros regionales de hidrógeno en el Departamento de Energía. Este programa tiene como objetivo desarrollar los componentes clave de la infraestructura de hidrógeno en siete centros regionales de producción de hidrógeno. El objetivo de estos centros es producir hasta un tercio del hidrógeno que se necesita en el mercado.
Wabtec apoyó el Programa de Hidrógeno del Departamento de Energía, contribuyendo al desarrollo de su estrategia de implementación de centros de hidrógeno. Wabtec también apoyó algunas solicitudes para garantizar una parte de la financiación gubernamental de los centros de hidrógeno. Trabajaron con HyVelocity, una colaboración entre organizaciones de investigación sin fines de lucro y el mundo académico de la costa del Golfo. Del mismo modo, apoyaron la Alianza Machh2 para el centro regional de hidrógeno del Medio Oeste.
Wabtec se está asociando con sus clientes para garantizar que se comprendan bien las necesidades de la industria ferroviaria, ya que esta nueva infraestructura se desarrolla en centros de hidrógeno regionales. El uso del hidrógeno para propulsar las locomotoras hoy en día sería un desafío sin avances tecnológicos e infraestructuras significativos.
Cargar combustible a una locomotora llevaría mucho tiempo. Actualmente se necesitan menos de 30 minutos para llenar un tanque de diésel de 5,000 galones. Repostar una cantidad equivalente de hidrógeno gaseoso llevaría 6,5 horas, lo que interrumpiría la logística y afectaría negativamente a la utilización de los activos.
Sin embargo, incluso antes de poder abordar el problema del repostaje, los operadores de locomotoras necesitan una infraestructura que brinde acceso a hidrógeno con bajas emisiones de carbono. La mayor parte del hidrógeno se produce mediante electrólisis, lo que requiere agua y electricidad abundantes y asequibles. Rara vez estos recursos de producción de hidrógeno se encuentran cerca de los astilleros, lo que crea un desafío de transporte y almacenamiento.
Con las medidas de seguridad adecuadas y el respaldo regulatorio, el ferrocarril podría ser el «oleoducto virtual» para la economía del hidrógeno del futuro. El ferrocarril podría conectarse fácilmente a las instalaciones de producción de hidrógeno con redes de distribución que alimentarían las locomotoras y otros modos de transporte. El transporte de hidrógeno por ferrocarril es más rentable, más rápido de implementar y ofrece una mayor flexibilidad en comparación con los oleoductos que con camiones. El transporte ferroviario acerca el combustible a los usuarios a través de la infraestructura existente. Los vagones utilizados para transportar hidrógeno también pueden funcionar como tanques de almacenamiento in situ para reducir aún más los costos de construcción de la infraestructura. La infraestructura también necesitará equipos que cumplan con los estándares ferroviarios para aplicaciones pesadas a gran escala.
En última instancia, los ferrocarriles que utilizan locomotoras alimentadas con hidrógeno de Wabtec también estarán entre los usuarios de este combustible alternativo, lo que cerrará el círculo de la cadena de valor del hidrógeno.
Superar los obstáculos reglamentarios
Las nuevas tecnologías a veces se enfrentan a problemas regulatorios complejos e imprevistos que requieren la asociación y la cooperación entre los reguladores y la industria. «Como líder mundial en tecnología ferroviaria, es importante que Wabtec apoye sus sólidos conocimientos y experiencia, ya que la comunidad reguladora busca desarrollar nuevas regulaciones y estándares que se apliquen a la economía del hidrógeno», afirma Jennifer Shea, vicepresidenta corporativa de regulación de Wabtec. «Los esfuerzos de investigación y desarrollo de la empresa en colaboración con laboratorios e instituciones académicas nacionales, así como nuestra participación en las principales coaliciones industriales, brindan oportunidades únicas para demostrar el papel de Wabtec a la hora de facilitar las tecnologías que conducirán a la descarbonización de la industria ferroviaria».
Pensando en el futuro, Wabtec y Sandia National Laboratories documentaron la evaluación de riesgos del diseño y el repostaje de locomotoras y licitaciones de hidrógeno, un proyecto que brinda a la comunidad reguladora y a la industria información vital a la hora de desarrollar estándares técnicos para la economía del hidrógeno.
La empresa también participa activamente en la Asociación de Pilas de Combustible y Energía del Hidrógeno para informar sobre las políticas federales, así como sobre los reglamentos, los códigos y las normas.
Un compromiso con las asociaciones que impulsan la adopción de combustibles alternativos
«Estamos deseando que la infraestructura de hidrógeno se construya para su uso en el ferrocarril», afirma Philip Moslener, vicepresidente corporativo de tecnologías avanzadas de Wabtec. «Es vital que hoy reduzcamos las emisiones de carbono. Apoyamos a los clientes con soluciones de energía limpia que pueden implementar ahora, que también aumentan la eficiencia de sus operaciones y benefician sus ganancias».
Es fácil dejarse atrapar por la exageración de las diversas opciones de energía alternativa. Como los productos de Wabtec son el punto de encuentro entre la rueda y el raíl, el papel de la empresa es hacer realidad estas visiones. Eso significa entender la tecnología y saber qué tiene sentido desde el punto de vista práctico. Wabtec está realizando inversiones prudentes en proyectos de investigación y desarrollo bien gestionados y trabaja con socios gubernamentales e industriales cuidadosamente seleccionados. La filosofía de Wabtec es que el éxito no se mide por la ambición, sino por lo que consiguen para la red ferroviaria mundial.
Gracias a la colaboración con los gobiernos y los socios de la industria, Wabtec impulsará los avances que preparen al mercado para la descarbonización. A medida que esto suceda, Wabtec ya cuenta con los productos que el mercado necesita para avanzar hacia un futuro más ecológico.