Parcerias público-privadas são fundamentais para impulsionar a adoção de tecnologias de energia sustentável e combustíveis alternativos
O mundo está procurando maneiras de reduzir as emissões de gases de efeito estufa, e o setor de transporte apresenta uma grande oportunidade de oferecer soluções sustentáveis. A rede ferroviária global é uma parte fundamental da resposta. As ferrovias são o meio mais limpo e eficiente de transportar pessoas e mercadorias por terra. Transportar cargas por ferrovia em vez de caminhões reduz as emissões de gases de efeito estufa (GEE) em média em 75%.
Embora já estejam em uma posição de liderança em sustentabilidade, o setor ferroviário e a Wabtec estão focados na melhoria contínua, com o objetivo de uma rede ferroviária com emissão zero. A Série Evolution Tier 4 da Wabtec foi a primeira locomotiva de carga a atender aos rigorosos padrões de emissão Tier 4 da Agência de Proteção Ambiental dos EUA (EPA). Quase 10 anos depois de entregar a primeira locomotiva de nível 4, o setor ferroviário está à beira dos avanços tecnológicos para abastecer frotas de locomotivas com fontes alternativas de energia, como baterias e, eventualmente, células de combustível de hidrogênio.
A Wabtec está investindo e desenvolvendo tecnologias alternativas de energia necessárias para descarbonizar o setor ferroviário. Resolver o quebra-cabeça da descarbonização é mais do que apenas introduzir tecnologias inovadoras. A verdadeira descarbonização do setor ferroviário exige que várias peças do quebra-cabeça se encaixem. O setor precisa que a tecnologia demonstre que funcione no mundo real, seguida pela infraestrutura de suporte e, eventualmente, pela adoção comercial e pelas aprovações regulatórias, para citar algumas.
O progresso não pode ser alcançado se as partes interessadas agirem sozinhas. É por isso que a Wabtec está colaborando com um grupo diversificado de parceiros — clientes, fornecedores, instituições acadêmicas, laboratórios nacionais e agências governamentais — para promover tecnologias de energia alternativa para o setor ferroviário. O investimento em parcerias público-privadas que reúnam essas diversas partes interessadas pode ser transformador para o setor ferroviário, pois busca descarbonizar e desenvolver infraestrutura de energia limpa para ajudar a manter seus clientes em movimento.
Para que todas as peças do quebra-cabeça se juntem, a tecnologia, a infraestrutura e o ambiente regulatório devem progredir em caminhos paralelos. Na posição única da Wabtec como líder inovadora no setor ferroviário, a empresa está fazendo parcerias com as principais partes interessadas para impulsionar a inovação de combustíveis alternativos, apoiar o desenvolvimento de infraestrutura e, ao mesmo tempo, trabalhar com os órgãos reguladores para lidar com essas tecnologias emergentes.
Parceria da Wabtec para promover a eficiência energética e combustíveis alternativos
O caminho para descarbonizar o transporte tem muitos caminhos. A Wabtec está contribuindo para um mundo mais sustentável por meio de um número crescente de iniciativas. Alguns estão tendo um impacto imediato e outros têm horizontes mais longos. Todos eles envolvem o trabalho da Wabtec em parceria com seus fornecedores, clientes, especialistas externos, academia, governo e outros participantes da cadeia de valor do transporte.
A transição para biocombustíveis reduz significativamente as emissões de carbono por meio do uso de mais biodiesel (B20) e diesel renovável (R55) nas locomotivas Wabtec. A Wabtec está fazendo parceria com a BNSF Railway, a Union Pacific Railroad e outras ferrovias Classe 1 para testar esses combustíveis de baixo carbono que podem reduzir imediatamente as emissões de carbono atualmente. A variedade de testes e combustíveis permitirá que a empresa aprove o uso de até 20% de biodiesel e até 100% de diesel renovável nos quatro principais tipos de motores de locomotivas da Wabtec.
A nova locomotiva a bateria FlxDrive da Wabtec é em si o produto de uma parceria público-privada pioneira. Com uma doação de 22,6 milhões de dólares do Conselho de Recursos Aéreos da Califórnia, a Wabtec, a BNSF e o Distrito de Controle da Poluição do Ar do Vale de San Joaquin trabalharam juntos em um piloto da primeira locomotiva de carga pesada 100% movida a bateria do mundo, alimentada por 18.000 células de bateria de íon-lítio. O sucesso desse piloto acelerou a comercialização do FlxDrive, com pedidos de clientes na Austrália, Brasil, Canadá e Estados Unidos.
A descarbonização não se limita apenas às locomotivas de carga da Wabtec. A empresa fez uma parceria com a Deutsche Bahn para testar o primeiro sistema de ar condicionado do setor ferroviário que usa um refrigerante R290 natural limpo e ecológico. Eles estão desenvolvendo ainda mais o Green Air System com operações inteligentes que desligam o HVAC quando as portas dos vagões se abrem para economizar custos e reduzir as emissões de carbono.
Participando do desenvolvimento da infraestrutura de combustível de hidrogênio
Olhando ainda mais para o futuro, abastecer locomotivas com combustível de hidrogênio é uma das opções de energia alternativa mais promissoras para a descarbonização da ferrovia. A Wabtec está explorando duas abordagens. O primeiro envolve a conversão de motores de combustão interna para trabalhar com uma mistura de hidrogênio e diesel. A segunda é alimentar locomotivas com células de combustível de hidrogênio.
O trabalho que a Wabtec está fazendo com seus parceiros os coloca no caminho certo para demonstrar a prova de conceito de locomotivas de comutação movidas a hidrogênio no final desta década. As locomotivas da linha principal seguirão rapidamente a partir de então.
Roteiro de tecnologia de locomotivas para a sustentabilidade
O hidrogênio é uma opção de energia de queima limpa com enorme potencial, mas a transição é um empreendimento complexo que está além das capacidades de qualquer empresa. As parcerias público-privadas de hidrogênio da Wabtec incluem acordos colaborativos de pesquisa e desenvolvimento com Oak Ridge, Argonne e Sandia National Labs, três centros multidisciplinares de pesquisa científica e de engenharia que são centros de excelência em soluções relacionadas à energia.
A Wabtec também está trabalhando com o Departamento de Ciências do Departamento de Energia para instalar um motor de locomotiva monocilíndrica bicombustível no Centro Nacional de Pesquisa de Transporte, no campus do Laboratório Nacional de Oak Ridge. Essa colaboração apresenta possibilidades empolgantes para o setor ferroviário. Há uma grande base instalada de mais de 20.000 locomotivas, que poderiam ser adaptadas para queimar hidrogênio. Essa opção permitiria que as ferrovias maximizassem o investimento em suas frotas atuais, ao mesmo tempo em que converteriam as locomotivas em uma fonte de energia de queima limpa.
O trabalho do Laboratório Nacional de Argonne está focado na modelagem da injeção e combustão de hidrogênio. O projeto de quatro anos usará os computadores de alto desempenho do laboratório em colaboração com a desenvolvedora de software Convergent Science, Inc., para desenvolver software de simulação. A equipe será capaz de testar e prever o comportamento do motor de combustão sob mudanças nas condições operacionais e modificações de hardware, acelerando o processo de desenvolvimento a um custo menor para otimizar a eficiência do motor.
O trabalho do Laboratório Nacional Sandia, financiado por um subsídio federal, desenvolverá propostas de padrões e regulamentos de hidrogênio para o setor ferroviário. A Administração Ferroviária Federal e o Grupo Consultivo Técnico de Licitações de Combustível Alternativo da Association of American Railroads também participaram da pesquisa do Sandia National Lab sobre requisitos de segurança e design para locomotivas a combustível de hidrogênio.
A Wabtec também está trabalhando em locomotivas movidas a células de combustível de hidrogênio. O objetivo final desse esforço é uma locomotiva de emissão zero para substituir as locomotivas elétricas a diesel de hoje. As células de combustível de hidrogênio ainda não têm a densidade de potência necessária para alimentar uma locomotiva rodoviária. A Wabtec está trabalhando com vários fornecedores para desenvolver soluções de células de combustível para aplicações em locomotivas.
Qual infraestrutura é necessária para a energia de hidrogênio?
As locomotivas movidas a hidrogênio são apenas uma parte do que será necessário para tornar esse combustível alternativo comercialmente viável. Isso exigirá uma revisão completa da infraestrutura.
As principais barreiras para um setor ferroviário movido a hidrogênio atualmente incluem:
- O alto custo do hidrogênio verde em comparação com o diesel
- Falta de instalações de armazenamento e reabastecimento que forneçam acesso ao combustível ao longo das rotas ferroviárias
- Mudanças operacionais ferroviárias em torno de procedimentos de segurança, treinamento de tripulantes e embarcações, acordos sindicais, manutenção, coordenação com socorristas em caso de incidentes e acidentes e muito mais
Para impulsionar a economia do hidrogênio, a Lei de Investimento e Empregos em Infraestrutura (IIJA), assinada pelo presidente Biden em 2021, reservou 8 bilhões de dólares em financiamento federal para o desenvolvimento do programa Regional Hydrogen Hub no Departamento de Energia. Este programa visa construir os principais componentes da infraestrutura de hidrogênio em sete centros regionais de produção de hidrogênio. Esses hubs têm como objetivo produzir até um terço do hidrogênio necessário no mercado.
A Wabtec apoiou o Programa de Hidrogênio do Departamento de Energia, contribuindo para o desenvolvimento de sua estratégia de implementação de hubs de hidrogênio. A Wabtec também apoiou alguns aplicativos para garantir uma parte do financiamento do hub de hidrogênio do governo. Eles trabalharam com a HyVelocity, uma colaboração de organizações de pesquisa sem fins lucrativos e universidades na Costa do Golfo. Eles também apoiaram a Aliança Machh2 para o hub regional de hidrogênio do Centro-Oeste.
A Wabtec está fazendo parceria com seus clientes para garantir que as necessidades do setor ferroviário sejam bem compreendidas, já que essa nova infraestrutura é desenvolvida em centros regionais de hidrogênio. Usar hidrogênio para alimentar locomotivas hoje seria um desafio sem avanços tecnológicos e de infraestrutura significativos.
Abastecer uma locomotiva seria demorado. Atualmente, leva menos de 30 minutos para encher um tanque de diesel de 5.000 galões. O reabastecimento de uma quantidade equivalente de hidrogênio gasoso levaria 6,5 horas, interrompendo a logística e afetando negativamente a utilização dos ativos.
No entanto, mesmo antes que o problema do reabastecimento possa ser resolvido, os operadores de locomotivas precisam de uma infraestrutura que forneça acesso ao hidrogênio com baixo teor de carbono. A maior parte do hidrogênio é produzida por eletrólise, o que requer água e eletricidade acessíveis e abundantes. Raramente esses recursos de produção de hidrogênio estão localizados perto de pátios ferroviários, criando um desafio de transporte e armazenamento.
Com os recursos de segurança adequados e o suporte regulatório, a ferrovia pode ser a “tubulação virtual” para a economia de hidrogênio do futuro. A ferrovia poderia se conectar facilmente às instalações de produção de hidrogênio com redes de distribuição que abastecerão locomotivas e outros meios de transporte. O transporte ferroviário de hidrogênio é mais econômico, mais rápido de implementar e oferece maior flexibilidade em relação aos dutos do que usar caminhões. O transporte ferroviário aproxima o combustível dos usuários por meio da infraestrutura existente. Os vagões usados para transportar hidrogênio também podem funcionar como tanques de armazenamento no local para reduzir ainda mais os custos de construção da infraestrutura. A infraestrutura também precisará de equipamentos que atendam aos padrões ferroviários para aplicações pesadas de maior escala.
Em última análise, as ferrovias que operam locomotivas movidas a hidrogênio da Wabtec também estarão entre as usuárias desse combustível alternativo, fechando o ciclo da cadeia de valor do hidrogênio.
Superando obstáculos regulatórios
Às vezes, as novas tecnologias enfrentam questões regulatórias complexas e imprevistas que exigem parceria e cooperação entre os reguladores e a indústria. “Como líder global em tecnologia ferroviária, é importante que a Wabtec pondere sua forte expertise e experiência à medida que a comunidade regulatória busca desenvolver novos regulamentos e padrões que se apliquem à economia do hidrogênio”, diz Jennifer Shea, vice-presidente corporativa de regulamentação da Wabtec. “Os esforços de pesquisa e desenvolvimento da empresa em participação com laboratórios nacionais e instituições acadêmicas, bem como nossa participação nas principais coalizões do setor, oferecem oportunidades únicas para demonstrar o papel da Wabtec na capacitação de tecnologias que levarão à descarbonização do setor ferroviário.”
Pensando no futuro, os Laboratórios Nacionais Wabtec e Sandia documentaram a Avaliação de Risco de Projeto e Reabastecimento para Locomotivas e Licitações a Hidrogênio, um projeto que fornece à comunidade regulatória e à indústria informações vitais ao desenvolver padrões técnicos para a economia de hidrogênio.
A empresa também atua na Associação de Células de Combustível e Energia de Hidrogênio para informar políticas federais, juntamente com regulamentos, códigos e padrões.
Um compromisso com parcerias que estão impulsionando a adoção de combustíveis alternativos
“Estamos ansiosos para ver a infraestrutura de hidrogênio sendo construída para uso ferroviário”, diz Philip Moslener, vice-presidente corporativo de tecnologias avançadas da Wabtec. “É vital reduzirmos as emissões de carbono hoje. Estamos apoiando os clientes com soluções de energia limpa que eles podem implementar agora, que também aumentam a eficiência de suas operações e beneficiam seus resultados financeiros.”
É fácil se deixar levar pelo hype de várias opções de energia alternativa. Como os produtos da Wabtec são onde a roda encontra o trilho, o papel da empresa é transformar essas visões em realidade. Isso significa entender a tecnologia e saber o que faz sentido prático. A Wabtec está fazendo investimentos prudentes em projetos de pesquisa e desenvolvimento bem administrados e está trabalhando com parceiros cuidadosamente selecionados no governo e na indústria. A filosofia da Wabtec é que o sucesso não é medido pela ambição, mas pelo que eles realizam na rede ferroviária global.
É por meio do trabalho em conjunto com governos e parceiros do setor que a Wabtec avançará em desenvolvimentos que preparem o mercado para a descarbonização. Enquanto isso acontece, a Wabtec está pronta com os produtos de que o mercado precisa para avançar para um futuro mais verde.