Projecto FCH2RAIL com Módulos de Célula de Combustível

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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.

 


Desenvolvimento de um comboio Bimodal de Célula de Combustível


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.

 


Desenvolvimento de um comboio Bimodal de Célula de Combustível


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.”

 


Nos Carris: Testes Funcionais com comboios suburbanos reconvertidos


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.

 


Projecto e Controlo do Sistema, Gestão de Energia e Homologação


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.

 

UE

 

Este projeto foi aprovado pela União Europeia, através do programa de Investigação e Inovação Horizonte 2020, com uma taxa de cofinanciamento de 70%, sob o contrato de subvenção n.º 101006633