O projeto FCH2RAIL permitirá o desenvolvimento de um veículo protótipo ferroviário movido a hidrogénio, com financiamento significativo de Fundos da União Europeia através do programa H2020. A Toyota Motor Europe irá fornecer e integrar estes módulos no protótipo de comboio movido a hidrogénio que irá permitir circulações ferroviárias sem emissões e sem catenária.
Recorde-se que em novembro de 2020, Fuel Cells and Hydrogen Joint Undertaking (FCH JU), agência da Comissão Europeia dedicada à promoção do desenvolvimento do hidrogénio e das células de combustível, selecionou a proposta FCH2RAIL para iniciar as negociações do acordo de subvenção da União Europeia (UE) no valor de 10 milhões de euros (M€), num total de investimento de 14 M€.
A Infraestruturas de Portugal integra o consórcio escolhido para este projeto e a participação da empresa acontecerá essencialmente na fase de testes, através da disponibilização da infraestrutura ferroviária para o efeito.
Quase metade das linhas ferroviárias da UE estão eletrificadas permitindo o transporte ferroviário livre de emissões. Nas restantes linhas são utilizados comboios a diesel. No âmbito do projeto FCH2RAIL, o consórcio de parceiros da Bélgica, Alemanha, Espanha e Portugal está a desenvolver e a testar um protótipo de comboio com zero emissões.
No coração do projeto está um sistema de propulsão bimodal e híbrido que combina a alimentação elétrica da catenária com a alimentação a partir de um módulo híbrido - consistindo em célula de combustível de hidrogénio e baterias - e que funciona de forma independente da catenária. O projeto FCH2RAIL lançado em janeiro de 2021 já deu os seus primeiros resultados, havendo-se definido os itinerários de referência e os cenários operacionais para o protótipo.
Em troços eletrificados o comboio obtém a energia da catenária. Em troços não eletrificados a energia virá do módulo híbrido formado por células de combustível e baterias. “Queremos demonstrar que este tipo de comboio bimodo constitui uma alternativa ao comboio a diesel competitiva e ecologicamente amigável”, descreve o coordenador do projeto e investigador Holger Dittus, do Centro Aeroespacial Alemão - Instituto de Conceitos de Veículos (DLR).
Atualmente, muitas linhas ferroviárias na Europa estão a ser eletrificadas, um investimento significativo e a longo prazo que depende das condições geográficas locais. Uma alternativa são comboios movidos exclusivamente a baterias, mas têm uma autonomia limitada - 30 a 70 quilómetros - dependendo do perfil da linha e das temperaturas exteriores. Os atuais comboios a diesel têm desempenho inferior, em termos de velocidade máxima e aceleração, quando comparados com os comboios com tração elétrica da catenária.
"O nosso sistema bimodo híbrido de célula de combustível e baterias combina as vantagens de ambas as tecnologias, ao utilizar tanto a energia da catenária como a energia a bordo. Isto permite tornar o transporte ferroviário ainda mais sustentável e eficiente em termos energéticos” refere o líder técnico Sergio Gascon, da Construcciones y Auxiliar de Ferrocarriles (CAF), resumindo o objetivo principal do projeto.
O sistema de alimentação de energia embarcado será projetado de modo que a sua potência e autonomia possam ser ampliadas de acordo com um princípio modular: o número de módulos de células de combustível e baterias influencia a potência de propulsão, enquanto o número de depósitos de hidrogénio determina a autonomia em linhas não eletrificadas. Assim, a capacidade do sistema pode adaptar-se para utilização em transporte quer de passageiros, quer de mercadorias.
“O nosso estudo sobre o hidrogénio e as células de combustível no ambiente ferroviário demonstrou que há um potencial significativo para as tecnologias FCH no âmbito ferroviário e que comboios movidos a hidrogénio serão uma parte importante na construção de um sistema de transporte europeu sustentável.” refere Bart Biebuyck, Diretor Executivo da FCH 2 JU.
O responsável explicou ainda que “a Comissão Europeia deixou claro na sua estratégia do Hidrogénio que este é uma opção promissora quando a eletrificação é mais difícil – tal como em troços específicos da rede ferroviária", salientando que "o projeto FCH2RAIL irá demonstrar que esta tecnologia proporciona uma solução flexível com zero emissões para substituir os comboios a diesel nestas áreas, pelo que estou com expectativa para ver os seus resultados.”
Para compreender os impactes ambientais deste sistema, desde a sua produção, à sua utilização, até à sua eliminação e avaliação do desempenho em condições reais, está prevista a reconversão de um comboio suburbano elétrico CIVIA (do fabricante espanhol CAF) integrando no mesmo o módulo híbrido de célula de combustível e bateria.
A operadora ferroviária pública espanhola Renfe irá fornecer o comboio. Um dos componentes centrais do sistema de energia a bordo são os módulos de célula de combustível da Toyota Motor Europe (TME), enquanto as baterias e os conversores de potência serão fornecidos pela CAF. Os testes funcionais iniciais e os ensaios experimentais para aprovação terão lugar nas vias espanholas e portuguesas com o apoio dos gestores de infraestrutura Administrador de Infrastructuras Ferroviarias (ADIF) e Infraestruturas de Portugal.
O centro espanhol de investigação de hidrogénio Centro Nacional de Hidrogeno (CNH2) ficou encarregue pela construção de uma estação de abastecimento de hidrogénio e pelos ensaios do módulo híbrido de célula de combustível e baterias, antes da sua integração no comboio.
“Aproveitamos esta oportunidade de trabalhar em consórcio para disponibilizar a nossa tecnologia de célula de combustível a outro tipo de aplicação do hidrogénio. O hidrogénio desempenha um papel importante para ajudar na descarbonização da ferrovia europeia e estamos entusiasmados com a integração dos módulos de célula de combustível da Toyota no módulo híbrido”, referiu Thiebault Paquet, Diretor da unidade de negócio das células de combustível na Toyota Motor Europe.
Antes dos primeiros ensaios, a equipa de projeto internacional tem uma série de desafios tecnológicos para resolver: o projeto deve permitir o controlo e a combinação dos módulos de célula de combustível e baterias de forma que o sistema responda a todos os requisitos e possa ser eficientemente implementado. Além disso, essa eficiência poderá ser incrementada através do aproveitamento do calor residual dos módulos de célula de combustível de maneira eficiente para climatizar o comboio.
Como parte do projeto, o fabricante de ar condicionado Faiveley / Stemmann Technik (STT) e DLR estão a investigar soluções inovadoras para reduzir o consumo de energia para aquecimento, ventilação e ar condicionado (HVAC).
O projeto também analisa a regulamentação e normas nas áreas de hidrogénio e transporte ferroviário, garantindo uma interação segura entre a tecnologia de hidrogénio e a catenária em todos os momentos. Com base nisso, a equipa do projeto está a desenvolver propostas para que as autoridades competentes possam homologar de uma forma mais simples este tipo de comboios em toda a UE num futuro próximo.
Financiamento
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Este projeto recebeu financiamento da Fuel Cells and Hydrogen 2 Joint Undertaking (now Clean Hydrogen Partnership) ao abrigo do Acordo de Subvenção n.º 101006633. Esta Entidade recebe apoio do programa de Investigação e Inovação Horizonte 2020 da União Europeia, da Hydrogen Europe e da Hydrogen Europe Research.
