Energia para trens de passageiros: como o hidrogênio pode revolucionar as operações ferroviárias na Europa

Trem movido a hidrogênio da Alstom
Copyright Alstom/Rene Frampe

As células de combustível de hidrogênio são reconhecidas como uma das chaves para um futuro neutro em termos de carbono, e esse futuro é agora.

Energizando um trem de passageiros com hidrogênio. Soa como algo fora de um romance de ficção científica, mas na Europa, isso agora é uma realidade.

Os clientes da Cummins podem confiar em uma variedade de tecnologias, desde diesel e gás natural, até soluções totalmente elétricas e a hidrogênio. À medida que a demanda por transporte de zero emissões aumenta, as tecnologias alternativas continuam sendo a solução ideal para clientes em todo o mundo. As células a combustível de hidrogênio são reconhecidas como uma das soluções inovadoras necessárias para um futuro neutro em carbono, gerando energia suficiente para abastecer os trens de passageiros.

A fabricante ferroviária francesa Alstom mostra como seria o desenvolvimento bem-sucedido de um trem de hidrogênio como esse. A Alstom é uma das primeiras fabricantes de ferrovias do mundo a desenvolver um trem de passageiros com base em tal tecnologia, com os primeiros trens em operação regular no norte da cidade alemã de Bremervörde e a célula de combustível e as tecnologias de hidrogênio da Cummins, anteriormente conhecida como Hidrogenics , forneceu as células de combustível necessárias.

O início da jornada

Em 2015, Hidrogenics-agora parte da Cummins-foi selecionado como parceiro fundamental pela Alstom para desenvolver e implementar sistemas de célula de combustível de hidrogênio para o iLint da Alstom, o primeiro trem de célula a combustível a hidrogênio do mundo. O trem foi visualizado pela primeira vez na InnoTrans Exhibition em Berlim em 2016, com o primeiro Test Drive ocorrendo na Alemanha no ano seguinte. Com uma faixa de até 1000 quilômetros por cada tanque de hidrogênio abastecendo, o trem de célula de combustível corresponde às milhas por desempenho de abastecimento de trens regionais convencionais, com menor impacto ambiental e níveis de ruído mais baixos, tendo uma velocidade máxima de 140 quilômetros por hora.

Trem movido a hidrogênio da Alstom
Copyright Alstom/Rene Frampe

Em vez de usar a fiação do cabeamento, a tecnologia de célula de combustível de hidrogênio é uma abordagem alternativa para eletrificar trens de passageiros usando a infraestrutura ferroviária existente. Nesse caso, os módulos de energia de célula de combustível de hidrogênio no topo do vagão de trem estão no coração do sistema e fornecem energia suficiente combinando hidrogênio e oxigênio. As células de combustível funcionam extraindo o oxigênio do ar ambiente, enquanto os tanques de armazenamento fornecem a demanda de hidrogênio. As células de combustível e os tanques de hidrogênio são montados no teto do trem. Quando em movimento, o trem de passageiros movido a célula de combustível emite apenas vapor de água, que é o único subproduto da reação de hidrogênio e oxigênio na célula de combustível, uma conversão de energia verdadeiramente limpa.

Desde 2018 de setembro, dois trens de célula de combustível de hidrogênio foram usados com sucesso em serviço comercial no norte da Alemanha, cada um dos quais está equipado com assentos de aproximadamente 150. Desde o lançamento próspero dos trens de célula de combustível a hidrogênio, cada vez mais os operadores ferroviários expressaram interesse na alternativa livre de emissões. Como resultado, a Alstom anunciou um teste nos Países Baixos que testará ainda mais trens movidos a hidrogênio na Primavera de 2020. A primeira produção em série de 14 iLints, o trem movido a hidrogênio da Alstom, começará a operar em 2021 na Baixa Saxónia. Além disso, a Alstom fornecerá 27 trens a hidrogênio até o final de 2022 para operações na região principal do Reno. Há interesse de outros Estados federais alemães e de outros países europeus em usar o trem para trilhas não eletrificadas. Oferecendo esse tipo de mobilidade, o fabricante francês é pioneiro em todo o mundo para mobilidade de células de combustível em trens de passageiros e promotor ativo de mobilidade sustentável.

O futuro é agora

"Ao fornecer soluções de célula de combustível de hidrogênio para a alimentação de trens de passageiros na Europa, nós provamos nossas capacidades neste campo e provamos nossa capacidade de impulsionar o sucesso de nossos clientes. Para atender às mudanças nos padrões regulatórios e nos futuros objetivos ambientais e de energia, entendemos que, para nós e nossos clientes para ter sucesso em longo prazo, devemos ter um amplo portfólio de produtos com várias fontes de energia. O fornecimento de soluções de célula de combustível a hidrogênio está nos levando mais um passo para atender às crescentes necessidades de nossos clientes ", disse Amy Adams, vice-presidente de combustível e células de hidrogênio da Technologies.

Com vista para o futuro, o hidrogênio continua sendo uma tecnologia promissora, permitindo mobilidade limpa para um futuro mais sustentável.
 

Prédio de escritórios da Cummins

Cummins Inc.

A Cummins é líder mundial em energia que projeta, fabrica, vende e comercializa motores diesel e de combustível alternativo de 2,8 a 95 litros, grupos geradores elétricos movidos a diesel e alternativos de 2,5 a 3, 500 kW, bem como componentes e tecnologia relacionados. A Cummins atende a seus clientes por meio de sua rede de 600 instalações de distribuidores independentes e de propriedade da empresa e mais de 7, 200 locais de revendedores em mais de 190 países e territórios.

Construir o futuro da energia: o Presidente e CEO da Cummins discute o hidrogênio no virtual global Event

Hidrogênio

Na corrida para desenvolver fontes de energia mais sustentáveis e renováveis, o hidrogênio reemergiu como uma solução chave potencial na transição para a mobilidade de emissões zero, e o mundo está falando sobre isso. Tom Linebarger, presidente e CEO da Cummins recentemente se juntou aos principais inovadores em tecnologia de hidrogênio para discutir o futuro do hidrogênio, tanto em aplicações comerciais e industriais, durante um fórum de hidrogênio virtual hospedado pela parceria internacional para células de hidrogênio e combustível na economia (IPHE) .

O fórum do IPHE reuniu vários líderes do setor e do governo para identificar os desafios, oportunidades, políticas e mecanismos para acelerar as implantações em escala global das tecnologias de hidrogênio. Entre o painel estavam os principais executivos do setor da Engie North America, Nel, Hyundai Motor Group e Air Liquide.

Assista: global hidrogênio forum 2020

Durante o fórum, Linebarger enfatizou que há necessidade de investimento adicional em hidrogênio pelo governo e indústria dos EUA, ao mesmo tempo em que elogia o trabalho que foi conduzido pelo departamento de energia dos EUA.

"Com um mundo que está sentindo as ramificações econômicas de uma pandemia global, acredito que os governos e indústrias em todo o mundo precisam fazer investimentos significativos para revigorar a economia global", disse Linebarger. "Quando se trata de tornar viável o hidrogênio e acelerar a adoção, precisamos investir na produção de hidrogênio, bem como abastecer a infraestrutura e o financiamento para implantar veículos e equipamentos de célula de combustível."

A Linebarger mencionou que mais e mais empresas públicas estão fazendo compromissos como a Cummins de serem neutros em carbono em 2050 e que o hidrogênio é parte do caminho a seguir para atingir esse objetivo. Os investidores compreendem cada vez mais o papel que o hidrogênio pode desempenhar para alcançar esse objetivo e seu suporte a empresas que buscam a tecnologia está crescendo.

"Expandir as tecnologias de hidrogênio existentes oferecerá soluções competitivas de baixo carbono em uma ampla gama de aplicações em 2030 e poderá até oferecer alternativas competitivas de baixo carbono para os combustíveis convencionais em alguns segmentos", disse Linebarger. "Para alcançar essa escala, há necessidade de investimento, alinhamento de políticas e criação de demanda."

O painel concordou que o hidrogênio é uma solução de energia importante para aplicações em aplicações rodoviárias e fora-de-estrada, e que o hidrogênio é uma solução que pode nos levar mais perto de um mundo descarbonizado. Exigirá investimentos públicos e privados em todo o mundo e coordenação entre entidades públicas e privadas para acelerar a viabilidade e a adoção econômica.

Já líder em tecnologias avançadas de diesel, gás natural e eletricidade, a Cummins está aumentando rapidamente suas capacidades de hidrogênio e a empresa continua a aprofundar sua experiência em tecnologias de célula de combustível. A Cummins usa tecnologias de célula de combustível e hidrogênio para alimentar uma variedade de aplicações, incluindo ônibus de transporte urbano, semi caminhões, caminhões de entrega e trens de passageiros, e fez vários anúncios no ano passado relacionados a tecnologias de célula de combustível. Estes incluem a aquisição da Hydrogenics Corporation em 2019 de setembro, fornecendo à Cummins tanto a membrana de troca de prótons (PEM), as células de combustível alcalinas e os eletrízers usados para gerar hidrogênio. A Cummins também investiu no LOOP Energy , assinou um memorando de entendimento com Hyundai Motor Company e investiu no desenvolvimento de células de combustível de óxido sólido.

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A Cummins fornece células de combustível para caminhões de lixo na Europa

caminhão de lixo de célula de combustível
Imagem cortesia de FAUN

O lixo não é um tema que muitos de nós pensamos em uma base regular. Desperdício como uma indústria, quando feito corretamente, recebe pouco alarde. No entanto, a potência e a durabilidade de um caminhão de lixo são a espinha dorsal da coleta e do transporte de resíduos. Embora os resíduos nem sempre sejam notícias de horário nobre, as tecnologias que ajudam na gestão de resíduos têm feito grandes progressos, e agora a Cummins está empurrando-a ainda mais, fornecendo células de combustível para algumas das primeiras caminhonetes de lixo de célula de combustível licenciadas e comercialmente operacionais na Europa.

Ilustração de Fauno
Imagem cortesia de FAUN

Em parceria com os principais fabricantes de caminhões da Europa, integradores de sistemas, operadores de frotas de gestão de resíduos e provedores de infraestrutura de hidrogênio, a Cummins está ajudando no desenvolvimento de caminhões de lixo elétrico de serviço pesado para celulares para o mercado europeu. Até o momento, a Cummins forneceu mais de 20 módulos de energia de célula de combustível, muitas vezes referidos como "motores" de célula de combustível, para uma variedade de fabricantes de caminhões em toda a Europa.

A Cummins forneceu recentemente células de combustível para a FAUN, líder em veículos de coleta de lixo e varredores na Europa, para seu programa de caminhões de lixo elétrico. Cada caminhão tem acionamento elétrico de 100% e tem 100% de emissões livres com uma faixa de até 560 km, o que é suficiente para operar a rota de coleta várias vezes carregando 10 toneladas de resíduos.

Caminhão de lixo de célula de combustível
Imagem cortesia de FAUN

Além do motor elétrico e baterias, as células de combustível são usadas para estender a faixa do caminhão. Cada caminhão contém três células de combustível-o número é determinado por requisitos de rota-com uma potência de até 30kW por célula. Cada caminhão tem até seis tanques de hidrogênio, cada um com capacidade de quatro kg de hidrogênio. O peso total de cada veículo é igual ao de um caminhão de lixo equipado com um motor convencional, o que significa que a carga útil é a mesma. Esses caminhões em breve estarão na estrada em várias cidades em toda a Alemanha.

Fornecer emissões zero e redução de ruído são alguns dos benefícios das tecnologias de célula de combustível, benefícios que são vitais ao operar em áreas urbanas densamente povoadas com rígidas regulamentações de emissões. Provando a viabilidade da tecnologia significa que os caminhões de lixo atuam como um primeiro motor persuasivo para outros veículos do governo, como ônibus e aplicações em que a tecnologia de bateria atual não é capaz de atender a todos os requisitos para veículos mais pesados e faixas mais longas. Como resultado, no início da Primavera, a Cummins se juntou a outras 43 empresas e prometeu seu apoio à chamada conjunta do para a implantação da de caminhões de célula de combustível de hidrogênio na Europa.

Com a ajuda dos resíduos tecnológicos da Cummins, fiquei um pouco mais limpo.

Já com mais de 2, 000 sistemas de célula de combustível em operação, estamos empolgados para ver o que vem a seguir!

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A Cummins é líder mundial em energia que projeta, fabrica, vende e comercializa motores diesel e de combustível alternativo de 2,8 a 95 litros, grupos geradores elétricos movidos a diesel e alternativos de 2,5 a 3, 500 kW, bem como componentes e tecnologia relacionados. A Cummins atende a seus clientes por meio de sua rede de 600 instalações de distribuidores independentes e de propriedade da empresa e mais de 7, 200 locais de revendedores em mais de 190 países e territórios.

Baterias e células de combustível: entendendo as diferenças e oportunidades

Baterias e células de combustível

Os sistemas de energia em todo o mundo estão passando por uma transformação fundamental. À medida que continuamos a diminuir a dependência dos combustíveis fósseis, o mundo está exigindo soluções de energia mais diversificadas para nossas necessidades de transporte.

A Cummins tem orgulho de estar na vanguarda desta evolução de transporte, trabalhando com fabricantes e operadores de frete e ônibus para projetar e fornecer transporte elétrico escalonável e com emissões zero usando as tecnologias de bateria de ponta e células de combustível de hidrogênio. Essas tecnologias estão bem posicionadas para fazer uma mudança real no mercado de transporte, mas a interação entre baterias e células de combustível é muitas vezes mal compreendida. Continue a ler para saber como as baterias e as células de combustível são melhores juntas.

INTEGRAÇÃO PARA MELHOR POTÊNCIA

Embora os sistemas de célula de combustível e as baterias sejam vistos por alguns como tecnologias concorrentes, eles realmente trabalham juntos para trazer mais opções para o cenário de transporte e energia.

Neste ponto, os veículos elétricos da bateria são uma tecnologia que muitos de nós conhecemos e amamos. De vans de entrega de pacotes elétricos a escavadeiras totalmente elétricas, já existem várias aplicações de trem de força totalmente elétricas que estão crescendo em popularidade.

Embora os sistemas de célula de combustível e as baterias sejam vistos por alguns como tecnologias concorrentes, eles realmente trabalham juntos para trazer mais opções para o cenário de transporte e energia.

Os sistemas de alimentação de células de combustível são projetados para melhorar e construir em cima da bateria e as plataformas de acionamento elétrico que continuam a crescer em proeminência em todo o mundo. Embora cada sistema tenha suas próprias vantagens, combinar as tecnologias emergentes de baterias e célula de combustível pode nos ajudar a reduzir o carbono geral e aumentar a adoção de energia sustentável sem comprometer o desempenho.

Os sistemas de célula de combustível melhoram o desempenho de baterias, permitindo que eles resolçam problemas de tempo de distância e reabastecimento que proibiram a adoção de veículos elétricos de bateria para algumas aplicações. Não importa como a máquina e a fonte de alimentação estejam configuradas, o sistema da bateria é e permanecerá sempre uma peça essencial de uma solução de energia eletrificada. Para esse fim, as baterias não serão substituídas por células de combustível-apenas aprimoradas por elas.

Com mais de 100 anos de experiência em powertrains inovadores, a Cummins reconhece que diversos mercados de transporte precisam de soluções diversificadas. Para ajudar a promover a transição para uma potência mais limpa, a Cummins tem o orgulho de fornecer uma variedade de soluções de energia alternativa diversas.

Ao considerar qual sistema é adequado para nossos clientes, a Cummins considera cuidadosamente a faixa, o peso, o tempo de inatividade, os requisitos de desempenho, a economia do cliente e a infraestrutura relacionada para fornecer as melhores opções para o mercado-seja ele célula de combustível, bateria elétrica ou uma forma mais tradicional de potência, extraímos de nossa experiência e experiência para trabalhar com os clientes e entender suas necessidades


Células de combustível e infografia de energia eletrificada

FORÇA NA DIFERENCIAÇÃO

Comparar uma bateria e uma célula de combustível pode ser confuso, pois ambos podem ser usados como fontes de energia, mas de maneiras diferentes. Em veículos elétricos a bateria, as baterias armazenam e fornecem energia para o trem de força. Um veículo elétrico de célula de combustível gera eletricidade usando hidrogênio como combustível e também fornece energia para o trem de força. A célula de combustível também pode carregar a bateria. O próprio hidrogênio atua como um dispositivo de transporte e armazenamento de energia, muito parecido com uma bateria. No entanto, a maioria das configurações de células de combustível têm capacidade limitada de gerenciar a demanda de energia do trem de força de forma dinâmica, como as baterias podem. É o sistema de bateria que fornece a resposta rápida exigida para corresponder à demanda de carga do trem de força.

As células de combustível ainda fornecem um aprimoramento necessário para melhorar muitas das lacunas operacionais e de desempenho que vemos em veículos elétricos de bateria. Além disso, as células de combustível têm o potencial de utilizar melhor as energias renováveis em grande escala e aumentar a adoção de fontes de energia sustentáveis mais rapidamente.

APLICAÇÃO, DESEMPENHO E OPERAÇÃO

Na aplicação, a maior diferença entre a célula de combustível elétrico e a tecnologia da bateria é encontrada em sua adequação para o transporte de serviço médio a pesado. Quando se trata de veículos elétricos de bateria, os pesos de eixo permitidos máximos restringem o número de pacotes de bateria que podem ser instalados antes de comprometer os limites de peso da estrada e a capacidade de carga útil. É por isso que a Cummins está trabalhando continuamente para tornar nosso trem de força elétrico da bateria mais leve e mais eficiente.

As distâncias longas e as cargas pesadas exigem baterias maiores e mais pesadas, e as baterias maiores e mais pesadas levam a um desempenho e eficiência decrescentes. Em alguns casos, os requisitos e padrões operacionais podem ser efetivamente servidos por veículos elétricos de bateria antes que eles atingirem o nível de eficiência decrescente, onde as rotas e cargas não são fatores limitantes, como veículos de entrega de pacotes com rotas mais curtas da cidade e paradas frequentes.

Em última análise, não é uma questão de qual tecnologia é melhor-mas sim qual é mais adequada às condições e necessidades de um cliente.Os veículos elétricos de célula de combustível, por outro lado, podem viajar mais longe e ter mais peso do que as contrapartes elétricas da bateria, tornando-os mais adequados para caminhões mais longos e cargas mais pesadas. Os veículos elétricos de célula de combustível têm uma densidade de energia muito maior em relação ao peso, permitindo que eles superem os desafios de alcance e peso associados aos veículos elétricos da bateria. Os tanques de hidrogênio também são mais compactos e mais leves do que uma série de baterias totalmente carregadas. Além disso, a adição de mais tanques de hidrogênio normalmente custa menos do que adicionar mais baterias.

Operacionalmente, outra consideração entre as tecnologias é o impacto no tempo de inatividade do veículo e na utilização geral. Os veículos elétricos de célula de combustível podem ser reabastecidos em minutos. Isso resulta em um tempo de inatividade significativamente menor do que outras soluções de energia alternativa, permitindo que os veículos de célula de combustível estejam na estrada tanto quanto os veículos convencionais movidos por um motor de combustão interna.

Os veículos elétricos da bateria tendem a ser mais úteis quando podem ser recarregados facilmente e têm padrões de utilização que permitem o tempo de recarga de recarga, como uma rota diária que começa e termina no mesmo local, juntamente com um depósito de carga designado.

A evolução contínua dos custos de infraestrutura também desempenhará um papel importante na seleção do trem de força certo. As soluções de carregamento de alta potência, como o carregamento de nível de megawatt, têm o potencial de não apenas reduzir o tempo de carregamento de horas a minutos, mas também reduzir a quantidade de armazenamento de bateria de bordo necessária para realizar efetivamente uma missão. O carregamento indutivo em tempo real ou dinâmico também pode contribuir para reduzir os requisitos de armazenamento da bateria a bordo. Em seguida, os veículos elétricos de bateria poderiam recarregar-se durante a operação.

Além disso, o crescimento contínuo na disponibilidade e distribuição de hidrogênio reduzirá os desafios associados aos custos de combustível do hidrogênio, bem como garante a disponibilidade a longo prazo de lítio e platina, elementos críticos em baterias e células a combustível de hidrogênio, respectivamente. A reciclagem e o desenvolvimento de oportunidades no Second Life desses sistemas também são essenciais.

IMPULSIONAR UM MUNDO MAIS SUSTENTÁVEL

Em última análise, não é uma questão de qual tecnologia é melhor-mas sim qual é mais adequada às condições e necessidades de um cliente. As soluções de bateria elétrica podem atender a muitos setores de transporte. Onde eles ficam aquém, as células de combustível podem ajudar a acomodar.

A Cummins fornece ambas as opções tecnológicas, dando aos nossos clientes o poder de escolha apoiado por um século de experiência no mercado de transporte. Nosso futuro de transporte será eletrificado, e a Cummins está liderando essa mudança com um portfólio diversificado de opções.

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O maior Atacadista de supermercados da Noruega dá um giro de hidrogênio

Caminhão ASKO
Caminhões elétricos Scania movidos a módulos de célula de combustível a hidrogênio da Cummins

Quatro caminhões elétricos Scania movidos por módulos de célula de combustível a hidrogênio da Cummins estão iniciando a operação em Trondheim, Noruega, como parte de um primeiro piloto de seu tipo com ASKO, o maior Atacadista de supermercados da Noruega. Focado na eficiência de recursos, baixas emissões e desenvolvimento sustentável para sua extensa rede de distribuição, a ASKO entrou em uma nova fase com os caminhões sendo colocados na estrada como parte de sua frota.
 
E também marca uma nova fase para a Cummins. Essa integração bem-sucedida é uma das muitas suportadas pela nova linha de módulos de energia do HyPM™ HD da Cummins. Com a aquisição de Hidrogenics, a Cummins agora é capaz de fornecer uma linha completa de produtos de módulos de célula de combustível a hidrogênio com um histórico de ser integrado com sucesso em inúmeros caminhões, ônibus, trens, aviões e barcos de serviço pesado e médio em todo o mundo.
 
"Estamos empolgados para ver esses caminhões começarem a funcionar e estamos orgulhosos de fornecer soluções líderes em marketing para a ASKO e a Scania que apoiam seus objetivos operacionais e de sustentabilidade." disse Amy Adams, vice-presidente de célula de combustível e hidrogênio em tecnologias da Cummins. "Nossos módulos de energia de célula de combustível estão bem adaptados para atender às condições climáticas e do terreno da Noruega, e estamos ansiosos para obter insights valiosos de seu desempenho como parte da frota da ASKO."
 
Quando a ASKO começou a explorar soluções de combustível alternativo e trem de força para sua frota de caminhões em 2017, o hidrogênio se destacou como uma opção de emissão de zero para o transporte eletrificado de longo curso e os testes iniciais mostraram que a tecnologia funcionou muito bem em climas mais frios. Os motores de combustão interna dos caminhões de 27 toneladas foram substituídos por um motor elétrico, alimentado por células de combustível alimentadas com hidrogênio e administradas com baterias recarregáveis. O sistema de armazenamento de hidrogênio leve, pesando 33 kg, fornece aos caminhões uma impressionante faixa de 400-500 km usando um único módulo de potência de célula de combustível de 90 KW de alta densidade.
 
"Estamos felizes em ter os parceiros mais competentes contratados para este projeto, inclusive a Scania para o caminhão elétrico e a Cummins/hidrogenia para o sistema de célula de combustível e tanque integrado", disse Jørn Arvid Endresen, diretor executivo da ASKO mid Norway.
 
Este piloto é o primeiro de seu tipo para ASKO e servirá de base para mais aprendizado e desenvolvimento para a frota e operações. Além disso, está colocando a ASKO no caminho para reduzir o consumo de energia em 20 por cento, tornando-se um provedor autossuficiente de energia limpa, usando 100 por cento de combustível renovável.
 
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