Após o anúncio da recente intenção do governo britânico de remover trens a diesel de sua ferrovia até 2040, pesquisadores analisam como a Alstom desenvolveu um trem movido a hidrogênio, que será testado em até 2 anos.
No início de novembro, a Alstom e o governo do estado alemão de Niedersachsen (Baixa Saxônia) anunciaram o primeiro pedido, de 14 de suas novas unidades múltiplas, movidas a célula de combustível de hidrogênio ‘iLINT’.
O pedido vale cerca de € 90 milhões (£ 80 milhões) e inclui um contrato de manutenção de 30 anos. Niedersachsen está financiando € 81,3 milhões e o governo federal alemão o restante como parte de um programa nacional mais amplo de € 250 milhões para hidrogênio e tecnologia de células de combustível.
Doze dos novos trens serão construídos na fábrica da Alstom em Salzgitter (Alemanha) entre 2019 e 2021, para operar ao lado das duas unidades de protótipo Classe 654.1 que foram apresentadas na exposição Innotrans-2016, em Berlim, e obtiveram aprovação para serviço de teste de passageiros no final de 2017 .
Os protótipos começaram a ser usados na rota Buxtehude-Bremervörde-Bremerhaven-Cuxhaven a oeste de Hamburgo durante 2018. A Alstom já assinou cartas de intenções para até 44 mais trens regionais movidos a hidrogênio com três outros estados alemães.
O Hidrogênio na Europa:
A Alstom também confirmou que está procurando oportunidades de vender trens movidos a hidrogênio no Reino Unido, Holanda, Dinamarca e Noruega.
As aspirações da empresa são impulsionadas pelos 3 mil veículos do Reino Unido, que é o segundo maior número de DMUs convencionais na Europa (depois da Alemanha com mais de 4 mil).
Reduzindo emissões, carbono e partículas:
Um dos efeitos colaterais dos motores a diesel é que eles emitem não apenas gases de escape visíveis, mas também partículas invisíveis. Apesar dos grandes avanços no controle de emissões por meio do uso de filtros de particulados e outras tecnologias, os motores ainda são vistos como uma importante fonte de emissões de carbono e partículas minúsculas que são prejudiciais à saúde humana, especialmente em cidades congestionadas. O Banco Mundial estimou que o transporte produz globalmente cerca de 23% das emissões totais de CO2 e usa 28% de toda a energia.
A maior parte disso é o transporte rodoviário, com um bilhão de carros em todo o mundo agora, atualmente previsto para crescer para dois bilhões até 2050.
O governo francês classifica a poluição do ar como a terceira maior causa de mortes no país, e estudos recentes mostraram que 95% dos residentes de Londres experimentam uma qualidade do ar abaixo dos padrões mínimos legais. Vários pesquisadores independentes contestam essa informação, inclusive no Brasil.
Grandes cidades europeias, incluindo Londres e Paris, anunciaram seu compromisso de garantir que uma grande área de suas cidades tenha emissões zero até 2030. A ideia de restringir as emissões não é nova – o governo da cidade de Nova York, em 1903, proibiu locomotivas a vapor e com motor de combustão interna em ferrovias em Manhattan por motivos de saúde.
Por que hidrogênio?
Na Alemanha, as células a combustível de hidrogênio foram apresentadas como uma alternativa à eletrificação aérea de linhas regionais no estado de Schleswig-Holstein, no norte, onde o governo de coalizão da região está promovendo o conceito para reduzir o custo da eletrificação aérea. Portanto, o governo alemão tem investido pesado para trocar o diesel pela eletricidade, e agora, pelo hidrogênio.
Trens movidos a vento?
Os ministros dos transportes alemães sugeriram que o hidrogênio poderia ser 25% mais barato que o diesel e ser totalmente livre de emissões. Se ele é livre de carbono depende da fonte de eletricidade usada para fazer o hidrogênio. O hidrogênio é abundante na natureza, fazendo parte da composição química da água junto com o oxigênio, mas separar o hidrogênio requer eletrólise – se a eletricidade vem da energia eólica ou solar, o hidrogênio produzido pode ser genuinamente livre de emissões (este é o caso de Schleswig-Holstein plano, pois existem centenas de turbinas eólicas em terra e ainda mais no mar).
Como o hidrogênio abastece um trem?
Como você deve se lembrar das aulas de ciências na escola, o hidrogênio pode ser muito perigoso, pois pode reagir de forma brusca – o uso de hidrogênio em aeronaves (para fornecer sustentação em vez de combustível) terminou após vários acidentes desastrosos, o mais famoso é o Hindenburg em Lakehurst, Nova Jersey. em 1937. Então, como pode ser usado com segurança para mover um trem (ou um ônibus ou caminhão)?
Assim como as locomotivas diesel-elétrica usam o motor diesel para gerar eletricidade, que alimenta os motores de tração, a nova geração de trens movidos a hidrogênio usa uma célula a combustível de hidrogênio para gerar eletricidade para os motores de tração, que também acumulam energia por frenagem, capaz de armazenar em baterias para fornecer ainda mais energia. O ‘iLINT’ da Alstom tem duas células de combustível de 200kW montadas no teto, mas 1.300kW de armazenamento de energia da bateria de íon-lítio, tornando-o efetivamente uma UEM potente para dois carros.
A célula de combustível de hidrogênio
A parte crucial de um sistema movido a hidrogênio é a célula de combustível, que reúne moléculas de hidrogênio e oxigênio e converte a energia potencial química (energia armazenada em ligações moleculares) em energia elétrica, misturando (de forma simplista) as moléculas dentro da célula de combustível para gerar uma corrente elétrica contínua.
As células a combustível usadas para aplicações de transporte usam a tecnologia de membrana de troca de prótons, que tem uma membrana eletrolítica de polímero – em termos simples, um filme plástico fino em água – como eletrólito. O polímero é um composto químico (semelhante ao Teflon, que será familiar para a maioria dos leitores como revestimento para panelas).
A tecnologia não é nova – a NASA desenvolveu células a combustível de hidrogênio e as usou no programa espacial dos Estados Unidos desde o início da década de 1960, e há ônibus movidos com células de hidrogênio em Londres há vários anos. Além disso, algumas empresas de entrega do Reino Unido estão usando vans movidas a hidrogênio.
Atualmente, duas empresas – ambas canadenses – são líderes mundiais na produção de células a combustível de hidrogênio para uso ferroviário. A Alstom está trabalhando com Hydrogenics, enquanto a Siemens anunciou separadamente planos para desenvolver uma versão movida a hidrogênio de seu novo projeto EMU ‘Mireo’ com a Ballard, que fornece células de combustível há cinco anos que foram usadas em experimentos iniciais alimentando locos e bondes na China.
‘ILINT’ da Alstom
O protótipo ‘iLINT’ de dois carros é baseado na carroceria e nos truques do DMU ‘Coradia LINT54’ existente (Classe 622 alemã). A moquete de assento interna incorpora o símbolo químico para água (H2O), pois o trem funciona com uma mistura de hidrogênio e oxigênio e produz apenas água limpa como uma emissão de ‘exaustão’.
O ‘iLINT’ pesa 107 toneladas sem passageiros – nove toneladas a mais que até mesmo a versão DMU mais poderosa (que tem três unidades de alimentação a diesel), refletindo o peso das células de combustível e água mais as baterias para armazenar energia ‘sobressalente’. O ‘iLINT’ Classe 654 de 140 km / h usa duas células de combustível de hidrogênio montadas no teto e baterias a bordo para alimentar dois motores de tração.
Reabastecimento
O ‘iLINT’ é projetado para serviços regionais e deve ter um alcance de 800-1.000 km entre as paradas de reabastecimento. Os primeiros testes sugerem que o ‘iLINT’ usam 0,25 kg de hidrogênio por quilômetro. O reabastecimento inicial para a operação de teste na Alemanha será feito em instalações de armazenamento temporário trazidas por estrada.
O gás hidrogênio é comprimido e está sob grande pressão (350 bar ou mais de 5.000 psi), portanto, levará cerca de 15 minutos para reabastecer os dois módulos de combustível por trem. Cada módulo de combustível pode conter 90 kg de hidrogênio comprimido e cada trem de dois vagões tem dois módulos de armazenamento de combustível e duas células de combustível
Segurança
A Alstom destaca que o hidrogênio é muito seguro se manuseado corretamente, mas se não for usado corretamente ou se o sistema for danificado acidentalmente, e vazar, há risco de incêndio ou explosões. Os projetistas da Alstom pensaram nisso e cada veículo tem seu próprio sistema de combustível – não há conexões de hidrogênio entre veículos.
A Alstom deliberadamente colocou os tanques de hidrogênio no teto do trem para que, no caso de um vazamento, o gás fosse liberado para o ar e eventualmente se dissipasse. A lógica de montagem no telhado e ventilação para cima também significa que em um cenário de desastre, onde os tanques de combustível pegassem luz, as chamas também subiriam, o que daria aos passageiros e tripulantes chance de escapar.
Prós e contras
Um trem movido a hidrogênio pode oferecer benefícios ambientais e possivelmente até mesmo de desempenho em comparação com um DMU convencional. Com baterias potentes, ele funciona mais como uma EMU e também pode ser mais barato operar por quilômetro a longo prazo.
Existem também algumas desvantagens potenciais. O uso seguro do hidrogênio em um ambiente ferroviário ainda não foi demonstrado, e alguns observadores questionaram se um trem com tanques de hidrogênio no telhado pode ser usado com segurança em túneis. Curiosamente, as rotas de teste na Alemanha a serem operadas pelo novo ‘iLINT’ não possui túneis.
KEITH FENDER
