Las 5 razones principales por las que el hidrógeno tiene un lugar en el futuro del ferrocarril

La foto es cortesía de Alstrom

Cummins Inc. es la única compañía en el mundo que impulsa los trenes de hidrógeno en operación comercial. En 2016, Cummins se asoció con el cliente Alstom, un fabricante francés de equipos ferroviarios, para diseñar, suministrar e integrar la solución de células de combustible de hidrógeno en sus trenes Coradia iLint. Los trenes entraron en servicio comercial en 2018 y pueden transportar hasta 150 pasajeros sentados y 150 pasajeros de pie. Comenzarán a operar a fines de este año a través de 2022 en Baja Sajonia, y hay interés de otros Estados federales alemanes y otros países europeos de usar los trenes para pistas no electrificadas.

Si bien muchos conceptos de propulsión alternativos todavía están en fase de desarrollo e investigación, el hidrógeno para la aplicación ferroviaria ya está aquí. ¿Por qué el hidrógeno ha estado por delante de la curva? En honor a los 2021 que se nombran el año europeo del ferrocarril, aquí hay cinco grandes razones por las que el hidrógeno tiene un lugar en el futuro de la industria ferroviaria.

  1. Los trenes impulsados por hidrógeno tienen cero emisiones en el punto de uso. La energía necesaria para los sistemas del tren se suministra a través de una célula de combustible, que genera energía al combinar el hidrógeno almacenado en el techo del tren con el oxígeno en el aire. No hay emisiones de dióxido de carbono en este proceso. También son eficientes: las células de combustible son hasta tres veces más eficientes que los motores de combustión interna.
  2. Los trenes de hidrógeno se pueden desplegar en cualquier lugar y reintegrarse en trenes y líneas existentes. La mayoría de las líneas en Europa y los EE. UU., en particular las líneas rurales y las líneas con poca demanda de los consumidores, aún no se han convertido para transportar trenes eléctricos. Los trenes de hidrógeno representan una alternativa rentable que no sacrifica la eficiencia ni las emisiones. Pueden funcionar simplemente en infraestructura ferroviaria existente sin el alto costo de agregar electrificación. Las soluciones de celdas de combustible de Cummins son flexibles y escalables en su configuración y pueden personalizarse para adaptarse a las necesidades de los clientes de manera óptima.
  3. Los trenes con célula de combustible de hidrógeno tienen un rango excepcionalmente largo de hasta 1000 kilómetros a una velocidad máxima de 140 km/h entre repostaje, diez veces más lejos que los trenes eléctricos alimentados por batería. Y el reabastecimiento de combustible es rápido: los trenes impulsados por hidrógeno pueden funcionar durante 18 o más horas después de menos de 20 minutos de reabastecimiento de combustible.
  4. Las pilas de combustible son rentables y de bajo mantenimiento. El costo total de propiedad de la vida útil ya es comparable para los trenes que se ejecutan en líneas de diésel o electrificadas, según un informe de la consultora Roland Berger. Hay una vida útil larga en comparación con la electrificación, y las reparaciones a menudo son tan simples como intercambiar un componente de plug-in por otro.
  5. Los trenes impulsados por hidrógeno son silenciosos y cómodos. El hidrógeno ofrece una experiencia de conducción suave y emite bajos niveles de ruido debido a que el escape es solo vapor y agua condensada. Esto es especialmente importante en áreas urbanas donde la contaminación acústica es un problema.

Para respaldar la continua expansión de los sistemas de combustible de hidrógeno, Cummins recientemente anunció la ruptura de un nuevo centro en Herten Germany para respaldar la producción de sistemas de pilas de combustible para que los cientos de trenes de hidrógeno estén en servicio durante los próximos años en Europa con Alstom. Actualmente, el centro está priorizando el montaje de los sistemas de pilas de combustible, a la vez que trabaja activamente en los planes de expansión para respaldar la renovación de pila de pilas de combustible.

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Catherine Morgenstern-Cummins Inc.

Catherine Morgenstern

Catherine Morgenstern es una periodista de la marca para Cummins, que cubre temas como la propulsión alternativa, la digitalización, la innovación en fabricación, la autonomía, la sostenibilidad y las tendencias en el lugar de trabajo. Tiene más de 20 años de experiencia en comunicaciones corporativas, ocupando posiciones de liderazgo más recientemente dentro del sector de bienes de capital industrial.

Catherine comenzó su carrera como escritora de mercadeo para una compañía de biotecnología, donde aprendió a tomar información complicada y altamente técnica y hacerla accesible a todo el mundo. Cree que el concepto de "narración de cuentos" es más que una palabra de moda y le encanta encontrar maneras para que sus lectores hagan conexiones personales con sus súbditos. Catherine tiene pasión por la tecnología y la innovación y por cómo su intersección puede tener un impacto en todas nuestras vidas.

Catherine recientemente regresó a su ciudad natal en el valle de Hudson, Nueva York luego de varias décadas en los Ángeles y Chicago. Se graduó de UCLA y disfruta de la jardinería y de pasar tiempo con su esposo y sus tres hijos.

En Esslingen, Alemania, se inaugura una sección urbana construida con energía renovable

Los electrolizadores de Cummins alimentan con energía un distrito urbano con clima neutro

En todo el mundo hay barrios urbanos renombrados-ciudades dentro de ciudades que capturan los corazones de los viajeros con su rica historia y arquitectura. Nueva Orleans tiene el histórico barrio francés, Cuba tiene nueva Habana y ahora Esslingen, Alemania, tiene el primer trimestre del mundo, en gran parte urbana, neutral en cuanto al clima, impulsado por los electrolizadores Cummins.

Este barrio urbano es considerado un proyecto "Faro", un proyecto de pequeña escala pero de gran imagen que servirá como modelo, o faro, para proyectos similares en el futuro. Desarrollado por científicos en Esslingen y Stuttgart y financiado por el Ministerio Federal de economía y tecnología de Alemania y el Ministerio Federal de educación e investigación, este proyecto Lighthouse combina la tecnología del hidrógeno y el sistema fotovoltanico para crear un centro de energía que conecta completamente todos los aspectos de la infraestructura con la vida urbana cotidiana.

Nombrado Neue Weststadt (que se traduce en New West Town), el nuevo trimestre se abre en un espacio de 100, 000 metros cuadrados con más de 450 apartamentos, edificios de oficinas y espacios comerciales. Un cuarto de la ciudad de este calibre nunca se ha intentado antes y es un hito histórico para una vida neutral en cuanto al clima. Han pasado tres años en la fabricación de transformar un antiguo astillero de carga en el futuro modelo para centros urbanos cercanos a cero emisiones.

Para hacer posible la neutralidad de Weststadt y del clima, el trimestre necesitaba integrar la tecnología de hidrógeno solar para su uso en el desarrollo urbano para lograr un suministro de energía que debería causar emisiones perjudiciales para el clima y reducir el consumo de energía sin reducir el confort de vida.

Levantar el Cummins HySTAT® 100-10 en el centro de energía subterránea
Levantar el Cummins HySTAT® 100-10 en el centro de energía subterránea | © Green hydrogen Esslingen GmbH

Impulsando el corazón de Esslingen

La energía fotovoltaica (PV) es la raíz del suministro de energía renovable del trimestre. Los sistemas fotovoltaicos se componen de uno o más paneles solares combinados con un inversor y hardware eléctrico y mecánico adicional para aprovechar la energía del sol para generar electricidad. Estos paneles se colocan en los tejados de los edificios de New Weststadt y trabajarán en conjunto con el corazón del centro de energía de los cuartos, los electróelectrozadores Cummins.

Esta instalación de nuestros electrolizadores, encargada en mayo, fue única desde el principio. El HySTAT® 100-10 se usa típicamente para proyectos de Electrostatos en interiores, pero para New Weststadt, instalamos los dos sistemas de electroelectrótizadores en el sótano inferior del Energy Center. Esto requería elementos de diseño únicos para la zonificación de hidrógeno, el acceso al sótano y la instalación de la línea de ventilación fuera del sótano para cumplir con las normas de seguridad. Cummins se adaptó a estos desafíos y fue capaz de instalar los sistemas de electroelectrómetro en el sótano antes del cierre del techo del sótano.

Pila de Electrómetro Cummins
Pila de Electrómetro Cummins | © Maximilian Kamps, Agency Blumberg GmbH

El Energy Center se encuentra en el centro de New Weststadt y fue construido como una estructura subterránea para cumplir con los requisitos de planificación urbana. Los dos electrolitos HySTAT® 100-10 tienen utilidades en patines separados (aire de instrumento, osmosis inversa). Están integrados con la gestión del calor para recuperar el calor excesivo del proceso de electrólisis y con la gestión eléctrica para regular la producción de H2 de la energía fotovoltaica.

Tomando el excedente de energía renovable de los sistemas fotovoltaicos y de la generación suprarregional, los electrolitos crearán hidrógeno verde a través de la electrólisis. El exceso de calor generado por el proceso de electrólisis es capturado y puesto de nuevo en la fuente de energía, mientras que el H2 verde se almacena para su uso posterior de acuerdo con las demandas energéticas del trimestre.

Conexión de energía, calor, enfriamiento y movilidad

La conexión de la cuarta parte del sector de la electricidad, la calefacción, la refrigeración y la movilidad se combinan a nivel local. La infraestructura de enlace cruzado cubre la demanda de calefacción y agua caliente en los edificios y proporciona energía de enfriamiento en el verano a través de sistemas de enfriamiento de absorción.

La energía almacenada del proceso de electrólisis se puede convertir rápida y fácilmente en electricidad en las plantas de calor y energía combinadas. El hidrógeno producido también se alimentará con la red de gas natural del trimestre para contribuir a la descarbonización del sector del gas. También hay planes futuros para construir una estación de llenado H2 y una estación de suministro de red a gas en el lugar.

El suministro de energía vinculado es importante para un desarrollo urbano sostenible y a largo plazo. Se proyecta que este distrito climático producirá 85 toneladas de hidrógeno por año. Una parte de ese hidrógeno se almacenará para usarla como energía para el trimestre, mientras que el resto se cargará en tráilers de hidrógeno y se transportará a los clientes del sector de transporte industrial o público en Alemania.

Cada aspecto de este trimestre casi neutral con respecto al clima fue diseñado para funcionar como un sistema holístico a través del Energy Center y ser monitoreado usando una red de información digital y un sistema de gestión de energía (EMS). El EMS tiene como objetivo aumentar el autosuministro de energía renovable localizada, a la vez que interactúa con la red de energía del trimestre de manera eficiente energéticamente y minimiza las emisiones de CO2.

Un plan para el futuro de la vida neutral con el clima

El primero de los edificios de apartamentos se completó dos años antes de la inauguración oficial de Neue Weststadt, y los residentes ya han comenzado a vivir en sus nuevas casas con clima neutro.

Se está rediseñando el transporte público local para reemplazar los autobuses diésel existentes por autobuses híbridos eléctricos, se está instalando una gama más amplia de estaciones de carga públicas y semi-públicas para vehículos eléctricos y se están preparando preparativos para una segunda expansión para construir una estación de llenado H2.

Una vista aérea muestra los fotovoltaicos instalados en los tejados de los edificios Neue Weststadt | Nw_Luftbild_Innenhof-Bela
Una vista aérea muestra los fotovoltaicos instalados en los tejados de los edificios Neue Weststadt | © Maximilian Kamps, Agency Blumberg GmbH

El proyecto Klimaquartier Neue Weststadt se convirtió en un barrio urbano verdaderamente único y ahora es un faro y un plano para los futuros barrios urbanos neutrales con respecto al clima. Su inauguración oficial el 22 de junio fue solo el comienzo, y nos entusiasma ver cómo una comunidad construida con energía renovable indudablemente influirá en el futuro de la vida neutral con respecto al clima.

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Katherine de guia

Especialista en comunicaciones-nueva potencia

CEO de Cummins: EE. UU. necesita asignar un "costo en carbono" para cumplir con los acuerdos de clima de París

El Presidente y CEO de Cummins, Tom Linebarger

Jim Cramer, anfitrión del popular programa, Mad Money, cree que el hidrógeno puede ser la fuente de combustible más limpia y ecológica que el mundo ha estado deseando. recientemente habló con Tom Linebarger , Presidente y CEO de Cummins Inc., sobre el rol del hidrógeno en el camino a cero emisiones y el rol de Cummins en expandir el acceso al hidrógeno.

En la conversación, Linebarger enfatizó que la innovación no es nueva en Cummins. Desde comienzos de la década de 1970 y en consonancia con la ley de aire limpio, la compañía ha empleado una serie de nuevas tecnologías para mejorar las emisiones de los motores de diésel, pero es el siguiente nivel de innovación, tecnologías bajas en carbono, que ahora son necesarias para el planeta y para nuestros mercados.

Si bien Cummins jugará un papel importante, es una tarea tan grande que incluso sus 58, 000 empleados globales no pueden hacerlo solos.

"Necesitamos socios. Necesito decirlo tan claramente como pueda. Hay mucho que hacer aquí. Hay infraestructura para construir. Hay sistemas que se acumulan ", explicó Linebarger. "Estamos tratando de asociarme en tantos lugares como podamos porque hay mucho que hacer para que esta economía ecológica se vaya, y el hidrógeno tiene mucho potencial. Necesitamos el remo de todos en el agua ".

Además de la acción colectiva por parte de la industria, los gobiernos y las autoridades tendrán que impulsar el cambio. Uno de los desarrollos de política más importantes que se discuten es un precio en toda la economía del carbono.

"Vamos a tener que ponerle un costo al carbono si realmente vamos a hacer el nivel de inversiones que necesitamos a la velocidad que necesitamos para asegurarnos de que podamos cumplir con los [objetivos establecidos en los] acuerdos de clima de París", agregó.

Conozca una de las inversiones más recientes de Cummins en producción de hidrógeno ecológico en España .

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Cummins Inc.

Cummins es un líder mundial en energía que diseña, fabrica, vende y ofrece servicios de diésel y motores de combustible alternativo de 2,8 a 95 litros, diésel y grupos electrógenos eléctricos con combustibles alternativos de 2,5 a 3, 500 kW, además de componentes y tecnología relacionados. Cummins atiende a sus clientes a través de su red de 600 instalaciones de distribuidores independientes y propiedad de la compañía y más de 7, 200 centros de distribuidores en más de 190 países y territorios.

Los trenes con célula de combustible de hidrógeno están en la vía rápida

Debut en el tren de Polonia
Coradia iLint de Alstom está entrando a la estación como el primer tren de pasajeros de la célula de combustible de hidrógeno de Polonia

La última parada: Polonia

La economía ecológica está en constante evolución y cambiar la forma en que nos acercamos al transporte de pasajeros es parte de esa evolución. Hemos visto que los autobuses urbanos eléctricos y los vehículos de pasajeros híbridos aumentan su popularidad, pero ¿qué pasa con los ferrocarriles?

Los fabricantes de trenes de pasajeros están mirando a las células de combustible de hidrógeno, y a Cummins, para proporcionar energía de emisiones cero para los ferrocarriles de todo el mundo. El fabricante de ferrocarriles franceses, Alstom, es líder mundial en movilidad inteligente y ecológica y se encuentra entre los primeros en desarrollar trenes de pasajeros impulsados por células de combustible con hidrógeno. Ha presentado la primera hidrail de pasajeros del mundo *, el Coradia iLint, que está haciendo su última parada en Polonia.

El Coradia iLint está alimentado por módulos de células de combustible Cummins que funcionan con hidrógeno. Estos módulos están diseñados para convertir la infraestructura no electrizada existente en líneas ferroviarias de emisiones cero. Después de una demostración de prueba inicial en Alemania en 2017 que cubría más de 180, 000 km, el Coradia iLint ha ejecutado demostraciones en Austria, Holanda y Francia . Ha estado en un servicio comercial exitoso desde 2018. En 2021, el Coradia iLint en Alemania obtuvo el Premio Europeo del ferrocarril como el primer tren de pasajeros de hidrógeno en funcionamiento de la línea principal.

Recientemente, la hydrail hizo su debut en el circuito de pruebas del Instituto de investigación ferroviaria en Żmigród, cerca de Wrocław en Polonia. Los equipos de Alstom presentaron la hidrail a una variedad de partes interesadas locales, incluidos operadores regionales, autoridades de transporte, responsables de decisiones gubernamentales y medios de comunicación líderes. Alstom destacó el potencial del Coradia iLint como un sistema de transporte viable y sostenible en Polonia. La exhibición siguió al anuncio del Plan Nacional de recuperación de Polonia, el cual incluye disposiciones para la presentación de 30 trenes de baja emisión para operadores regionales polacos por 2026.

Con Cummins como socio clave en el desarrollo e implementación de sistemas de pilas de combustible de hidrógeno para Coradia iLint de Alstom, estamos demostrando nuestra capacidad de brindar a los clientes las soluciones adecuadas en el momento adecuado.

*Hidrail: el término genérico utilizado para describir cualquier vehículo ferroviario, independientemente del tamaño, impulsado por la tecnología de hidrógeno

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Cummins es un líder mundial en energía que diseña, fabrica, vende y ofrece servicios de diésel y motores de combustible alternativo de 2,8 a 95 litros, diésel y grupos electrógenos eléctricos con combustibles alternativos de 2,5 a 3, 500 kW, además de componentes y tecnología relacionados. Cummins atiende a sus clientes a través de su red de 600 instalaciones de distribuidores independientes y propiedad de la compañía y más de 7, 200 centros de distribuidores en más de 190 países y territorios.

Nuestro próximo paso en el avance de la tecnología de células de combustible

Las células de combustible han recorrido un largo camino desde que fueron demostradas por primera vez con éxito a principios del siglo 19 por Humphry Davy. Fueron usados por primera vez para misiones espaciales, incluyendo el vuelo del Apolo 11 en 1969, el cual no solo llevó al primer hombre a la luna sino también a tres pilas de pila para alimentar a todos los equipos en el módulo espacial.

Cada década desde entonces ha visto avanzar las células de combustible, a medida que se acelera la comercialización en una variedad de aplicaciones. El nuevo milenio también vio un resurgimiento del interés en las capacidades de las células de combustible debido a la mayor preocupación por las emisiones de dióxido de carbono (CO2) de la producción de energía tradicional.

Cummins lleva mucho tiempo al frente de las tecnologías bajas en carbono con el objetivo de reducir las emisiones, y llevamos más de 20 años investigando las células de combustible. Además de ofrecer células de combustible de membrana de intercambio de protones (PEM) y tecnología de electrozer, también estamos trabajando en el próximo paso hacia fuentes de energía limpias y confiables con células de combustible de óxido de sólido (SOFCs).

¿Para qué industrias son más adecuados los SOFCs?

Las células de combustible de óxido sólido (SOFCs) son adecuadas para una variedad de industrias que podrían desear generar energía en el lugar para lograr una mayor resiliencia energética y emisiones más bajas. Estos incluyen instalaciones comerciales, industriales e institucionales (es decir, centros de datos, supermercados y universidades, etc.). Los SOFCs también se pueden centralizar como plantas de energía de células de combustible donde los servicios públicos venden la energía a los clientes finales como parte de su cartera de generación de energía.

¿Por qué un cliente escogería SOFCs con respecto a otras tecnologías?

En general, los SOFCs son una opción más eficiente en cuanto a energía en comparación con las fuentes de producción de energía tradicionales y ofrecen mayor flexibilidad en el tipo de combustible que se puede usar. Una serie de opciones de combustible incluyen gas natural, propano, amoníaco, hidrógeno, gas mezclado con hidrógeno y biogás. Incluso cuando se usa un combustible con base de carbono como el gas natural, los SOFCs producen niveles más bajos de dióxido de carbono en comparación con los generadores tradicionales. Esto se debe a la falta de combustión. La falta de piezas en movimiento también permite que el sistema de células de combustible opere de forma más silenciosa con mayor confiabilidad, lo que hace que el SOFCs sea una fuente de energía deseable para centros urbanos ocupados.

Se pueden combinar varias pilas de combustible, o "apiladas", para lograr una alta potencia de kW de un solo módulo de pila de combustible. Una sola célula de combustible tiene el grosor aproximado de un borrador de lápiz núm. 2 (5 mm) y produce una cantidad limitada de energía (unos pocos vatios). Debido a que se pueden combinar varios módulos de pilas de combustible, su diseño modular ofrece mayor flexibilidad para la capacidad de generación de edificios.

Más allá de las ventajas de eficiencia y confiabilidad de las pilas de combustible, un número cada vez mayor de países y regiones también ofrecen incentivos para que las empresas inviertan en celdas de combustible. Por ejemplo, EE. UU. tiene una larga historia en cuanto a respaldar la infraestructura energética a través del código tributario de EE. UU. y ofrece el de crédito tributario por las inversiones de células de combustible (ITC) federales .

¿Qué papel desempeñan los SOFCs en la transición energética?

Cummins está usando la tecnología SOFC como base para el trabajo de desarrollo continuo en la actualidad. Dentro del espacio de las células de combustible de SOFC y PEM, Cummins también está trabajando para aprovechar la tecnología de células de combustible para la electrólisis para producir combustibles ecológicos, como el hidrógeno y los combustibles sintéticos. Estas tecnologías forman parte de la cartera de producción de energía más amplia de Cummins, incluidos los generadores de combustión tradicionales, los electrolitos, las baterías de iones de litio y las pilas de combustible PEM.

Actualmente, el gas natural es el combustible más adecuado para alimentar las células de combustible debido a la infraestructura de distribución (sitios de pozos, plantas de procesamiento y oleoductos para mover el gas) y el hecho de que ofrece emisiones más bajas que otros combustibles fósiles, como el petróleo y el carbón. A medida que avanza la producción de energía con emisiones de carbono cero, el objetivo es alimentar a los SOFCs con hidrógeno u otros combustibles con cero emisiones de carbono. Cuando los SOFCs funcionan con combustibles que no tienen carbono, se convierten en una fuente de energía de emisiones cero.

Cummins continúa siendo líder en la transición energética a nivel mundial a través de nuestra participación en conversaciones sobre innovación y el liderazgo de una serie de proyectos del Departamento de energía de los EE. UU. (DOE) relacionados con tecnologías de hidrógeno y células de combustible. Estas iniciativas se alinean con la estrategia de sostenibilidad ambiental más amplia de la compañía, PLANET 2050 . Aún hay más avances en el espacio de las células de combustible, y Cummins está avanzando para liberar todo el potencial de las células de combustible de óxido sólido.

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