Los trenes han estado al margen de los esfuerzos de electrificación durante mucho tiempo en EE.UU. porque sólo representan el 2% de las emisiones del sector del transporte, pero los trenes de mercancías diésel emiten 35 millones de toneladas métricas de dióxido de carbono al año y producen una contaminación atmosférica que genera 6.500 millones de dólares en costes sanitarios, lo que provoca unas 1.000 muertes prematuras al año.
Además, estas muertes y los efectos negativos sobre la salud afectan de forma desproporcionada a las comunidades desfavorecidas y de bajos ingresos, que tienen más probabilidades de estar situadas cerca de los patios de maniobras de los trenes de mercancías y de las vías férreas.
El reciente y espectacular descenso de los precios de las baterías ha creado una nueva posibilidad de electrificación de los trenes de mercancías. Investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía de EE.UU. (Berkeley Lab), en colaboración con investigadores de la UCLA y de la Universidad de Berkeley, defienden que EE.UU. puede reequipar los trenes diésel-eléctricos con baterías de forma que su coste sea competitivo con el del diésel.
De este modo se evitarían estas muertes e impactos sanitarios innecesarios y se ahorraría al sector ferroviario de mercancías estadounidense 94.000 millones de dólares en 20 años gracias a la reducción de la contaminación atmosférica y las emisiones de dióxido de carbono. Su estudio se ha publicado recientemente en la revista Nature Energy.
«Una rápida reconversión del sector ferroviario de mercancías no sólo es técnicamente viable y rentable, sino que aportaría beneficios sanitarios y económicos inmediatos y duraderos a las comunidades con menores ingresos», afirma Natalie Popovich, científica del Laboratorio de Berkeley y autora principal del estudio. «Y supondría un impulso a los esfuerzos de nuestra nación por frenar el cambio climático, sobre todo si se tiene en cuenta que se prevé que la capacidad de los ferrocarriles de mercancías de Estados Unidos se duplique para 2050».
Los trenes desempeñan un papel importante en el traslado de mercancías por todo Estados Unidos, especialmente de carga pesada como el carbón, la madera y el mineral. Según la Administración Federal de Ferrocarriles, el 28% del transporte de mercancías de Estados Unidos se realiza por ferrocarril, y se espera que ese porcentaje aumente considerablemente en las próximas dos décadas. En la reciente Conferencia de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático de 2021, Estados Unidos se unió a otra docena de países para firmar nuevos acuerdos para reducir las emisiones del transporte marítimo, y las soluciones de cero emisiones para el transporte ferroviario de mercancías formarán parte de ese compromiso.
Diesel-eléctrico, pero no de batería
A diferencia de otras regiones del mundo, todos los trenes de mercancías de EE.UU. siguen siendo diésel-eléctricos, en gran parte porque la típica estrategia de electrificación de construir líneas electrificadas sobre las vías es más difícil de aplicar en EE.UU. con sus enormes distancias. En los trenes diésel-eléctricos, un motor diésel está conectado a un alternador que luego suministra electricidad a los motores eléctricos conectados a los ejes de la locomotora. Por lo tanto, la adaptación de los trenes para que se alimenten con baterías es factible porque los trenes diésel-eléctricos ya tienen un motor eléctrico.
«Las espectaculares mejoras en la tecnología de las baterías, unidas a la transmisión eléctrica existente en los trenes de mercancías predominantemente diésel-eléctricos de EE.UU., allanan el camino para una rápida conversión al ferrocarril de mercancías eléctrico con baterías y con un sustancial ahorro de costes», dijo el científico del Laboratorio de Berkeley Amol Phadke, autor correspondiente del estudio. «Además, el peso de las baterías es una limitación menor de lo que sería para los vehículos eléctricos o los camiones. Podemos añadir un vagón a un tren de mercancías construido con baterías, y el peso de ese vagón con baterías no es un problema para los trenes.»
Los trenes diésel-eléctricos existen desde la década de 1920, y empezaron a sustituir a los de vapor en los años 30, ya que rendían más y eran menos contaminantes. En aquella época, utilizar motores diésel para generar energía para los motores de los trenes era más barato que intentar desarrollar trenes totalmente eléctricos debido a los altos costes de la electricidad. Ahora, un siglo después, nos encontramos en un punto en el que el precio de la electricidad es competitivo con el del gasóleo, y los costes medioambientales y sanitarios de seguir confiando en el gasóleo para alimentar los trenes de mercancías son demasiado devastadores como para ignorarlos.
«Nuestro análisis demuestra que el cambio al transporte de mercancías con baterías reducirá las emisiones anuales de dióxido de carbono de la industria a más de la mitad, eliminando más de 400 millones de toneladas de dióxido de carbono en 20 años», dijo Popovich.
El estudio destaca que existen otras vías para la electrificación de los trenes de mercancías estadounidenses, como la electrificación de los trenes mediante líneas eléctricas aéreas o el uso de pilas de combustible de hidrógeno junto con trenes alimentados por baterías. Sin embargo, basándose en el hecho de que los trenes de mercancías ya son diésel-eléctricos, y teniendo en cuenta los recientes avances en la tecnología de las baterías, los investigadores muestran que la vía de la batería-eléctrica ofrece la solución más rentable y a largo plazo con múltiples beneficios añadidos.
Su análisis muestra que la tecnología de baterías existente podría alimentar un tren de mercancías durante 150 millas (la distancia media diaria recorrida). Un tren de mercancías alimentado por baterías utilizaría la mitad de la energía que necesita un tren diésel-eléctrico, y teniendo en cuenta la caída de los precios de las baterías y los costes medioambientales del diésel, los trenes eléctricos con baterías están en vías de ser más competitivos en costes que los trenes diésel-eléctricos. Dado que la planificación de los ferrocarriles de mercancías está centralizada, el estudio sugiere que los ferrocarriles podrían lograr un alto volumen de uso de la infraestructura de carga rápida, lo que reduciría aún más los costes.
Una de las principales ventajas de equipar los trenes de mercancías diésel-eléctricos existentes con vagones de baterías -también conocidos como vagones auxiliares de baterías- es que los trenes eléctricos de baterías siempre pueden recurrir al motor diésel como fuente de combustible de reserva. Esta capacidad de doble combustible, que permite el uso de la batería o del diésel, es una ventaja única en comparación con la electrificación total del sistema ferroviario de mercancías o el uso de pilas de combustible de hidrógeno.
Las baterías modulares ofrecen ventajas de resiliencia
Otra ventaja importante es que los trenes eléctricos con baterías pueden utilizarse como energía de reserva limpia, reforzando así la resistencia de la red eléctrica. Históricamente, los trenes diesel-eléctricos se han utilizado como generadores de energía durante las emergencias.
A principios de 1998, una serie de tormentas de hielo dejó a más de un millón de personas sin electricidad en el noreste de Estados Unidos y en algunas partes de Canadá. En un suburbio de Montreal, el alcalde trasladó una locomotora eléctrica diésel entera cerca del Ayuntamiento para suministrar energía a sus operaciones de respuesta de emergencia.
Con el aumento de los fenómenos meteorológicos extremos y los cortes de energía, los trenes eléctricos a batería tienen el potencial de desplegarse en todo el país para evitar los apagones. Estos vagones modulares con baterías pueden transportarse hasta donde se necesiten y cargarse en lugares donde los precios de la electricidad son bajos, lo que ofrece importantes ventajas sobre el almacenamiento a escala de red. Además, los carros de licitación de baterías podrían funcionar como contenedores de transporte modulares, capaces de intercambiarse entre el ferrocarril de carga y los buques de transporte marítimo, con beneficios positivos para descarbonizar ambos sectores y ampliar el alcance de la resiliencia.
«La conversión del sector ferroviario de mercancías de Estados Unidos a la energía eléctrica de baterías generaría unos 220 gigavatios-hora de almacenamiento móvil», dijo Phadke. «Además, estos vagones de baterías podrían desplegarse durante eventos extremos, como durante los recientes incendios forestales catastróficos en California o la tormenta de invierno de 2021 en Texas que dejó a millones de personas sin acceso a la electricidad. Esta capacidad de almacenamiento de energía móvil también crearía una potencial nueva fuente de ingresos para los operadores de trenes de carga.»
Desde un punto de vista técnico, los investigadores demostraron que no debería haber ninguna limitación para pasar a trenes de mercancías totalmente eléctricos con baterías, pero se necesitan más investigaciones y proyectos de demostración a gran escala para optimizar la infraestructura de carga.«Los análisis de sistemas y mercados del Laboratorio de Berkeley arrojan luz sobre esta área olvidada y demuestran que podemos descarbonizar algunos sectores con la tecnología existente, lo que nos ayudará a alcanzar nuestros objetivos climáticos mucho más rápido, al tiempo que avanzamos en la justicia ambiental y la resistencia de la red. Es una situación en la que todos salimos ganando», dijo el director del Centro de Almacenamiento de Energía del Laboratorio de Berkeley, Noel Bakhtian. «El análisis tecno-económico de los trenes de mercancías con baterías muestra que tenemos soluciones viables disponibles para permitir la transición a un futuro energético limpio, asequible y resistente».
Noticia de tomada de: Phys / Traducido del ingles por World Energy Trade
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