Riel sin emisiones y aseguramiento de la red con grandes baterías sobre ruedas

Casi la eliminación de la contaminación del aire de los trenes de carga diesel-eléctricos para 2025 ahora es posible mediante la modernización de los mismos con vagones de batería.

El estudio de Berkeley Lab muestra cómo los trenes eléctricos a batería pueden brindar justicia ambiental, ahorro de costos y resiliencia en EE. UU.

Los trenes han estado al margen de los esfuerzos de electrificación durante mucho tiempo en los EE. UU. Porque representan solo el 2% de las emisiones del sector del transporte, pero los trenes de carga diésel emiten 35 millones de toneladas métricas de dióxido de carbono al año y producen una contaminación del aire que genera $ 6.5 mil millones. en costos de salud, resultando en un estimado de 1,000 muertes prematuras cada año. Además, estas muertes e impactos adversos para la salud afectan de manera desproporcionada a las comunidades desfavorecidas y de bajos ingresos, que es más probable que estén ubicadas cerca de los patios de trenes de carga y ferrocarriles.

La reciente y dramática caída de los precios de las baterías ha creado una nueva posibilidad para la electrificación de los trenes de mercancías. Investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) del Departamento de Energía de EE. UU., En colaboración con investigadores de UCLA y UC Berkeley, argumentan que EE. UU. Puede modernizar trenes diesel-eléctricos con baterías de una manera que sea competitiva en costos con el diesel. Hacerlo evitaría estas muertes innecesarias y los impactos en la salud y ahorraría al sector ferroviario de carga de EE. UU. $ 94 mil millones en 20 años de la reducción de la contaminación del aire y las emisiones de dióxido de carbono. Su estudio fue publicado recientemente en la revista Energía de la naturaleza.

“Una conversión rápida del sector ferroviario de mercancías no solo es técnicamente factible y rentable, sino que traerá beneficios económicos y de salud inmediatos y duraderos a las comunidades de menores ingresos”, dijo Natalie Popovich, científica de Berkeley Lab y autora principal del estudio. “Y proporcionaría un impulso a los esfuerzos de nuestra nación para frenar el cambio climático, especialmente considerando que se espera que la capacidad ferroviaria de carga de EE. UU. Se duplique para 2050”.

Los trenes desempeñan un papel importante en el transporte de mercancías por todo EE. UU., Especialmente en el transporte de mercancías pesadas como carbón, madera y minerales. Según la Administración Federal de Ferrocarriles, el 28% de la carga de EE. UU. Se mueve por todo el país por ferrocarril, y se espera que ese porcentaje crezca sustancialmente en las próximas dos décadas. En la reciente Conferencia de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático de 2021, EE. UU. Se unió a una docena de otros países para firmar nuevos acuerdos para reducir las emisiones del transporte marítimo, y las soluciones de cero emisiones para el transporte ferroviario de mercancías serán parte de ese compromiso.

Diésel-eléctrico, pero no batería-eléctrico

A diferencia de otras regiones del mundo, todos los trenes de carga en los EE. UU. Siguen siendo diesel eléctricos, en gran parte porque la estrategia de electrificación típica de construir líneas electrificadas sobre vías es más difícil de implementar en los EE. UU. Con sus vastas distancias. En los trenes diesel-eléctricos, un motor diesel está conectado a un alternador que luego suministra electricidad a los motores eléctricos conectados a los ejes de la locomotora. Por lo tanto, la modernización de los trenes para que funcionen con baterías es factible porque los trenes diesel-eléctricos ya tienen un motor eléctrico.

“Las mejoras dramáticas en la tecnología de baterías, junto con la transmisión eléctrica existente en los trenes de carga predominantemente diesel-eléctricos en los EE. UU., Allanan el camino para una rápida conversión al ferrocarril de carga con batería eléctrica y con ahorros sustanciales de costos”, dijo el científico de Berkeley Lab, Amol Phadke. , autor correspondiente del estudio. “Además, el peso de las baterías es menos restrictivo que el de los vehículos o camiones eléctricos. Podemos agregar un automóvil a un tren de carga construido con baterías, y el peso de ese automóvil a batería no es un problema para los trenes “.

Los trenes diesel-eléctricos han existido desde la década de 1920 y comenzaron a reemplazar a los trenes de vapor en la década de 1930, ya que funcionaban mejor y eran menos contaminantes. En ese momento, usar motores diesel para generar energía para los motores de los trenes era más barato que intentar desarrollar trenes totalmente eléctricos debido a los altos costos de la electricidad. Ahora, un siglo después, estamos en un punto en el que el precio de la electricidad es competitivo con el diésel, y los costos ambientales y de salud de seguir dependiendo del diésel para impulsar los trenes de carga son demasiado devastadores para ignorarlos.

“Nuestro análisis muestra que un cambio al transporte de carga con baterías eléctricas reducirá la emisión anual de dióxido de carbono de la industria en más de la mitad, eliminando más de 400 millones de toneladas métricas de dióxido de carbono en 20 años”, dijo Popovich.

Vagón de tren de carga

Los carros de batería son modulares y se pueden implementar en diferentes configuraciones en ubicaciones que experimentan cortes de energía, así como en otros sectores, como para electrificar barcos.

El estudio destaca que existen vías adicionales para electrificar los trenes de carga de EE. UU., Como electrificar trenes a través de líneas eléctricas aéreas o usar celdas de combustible de hidrógeno junto con trenes alimentados por baterías. Sin embargo, basándose en el hecho de que los trenes de carga ya son diesel-eléctricos, y considerando los avances recientes en la tecnología de baterías, los investigadores muestran que la vía de baterías eléctricas ofrece la solución más rentable y a largo plazo con múltiples beneficios adicionales.

Su análisis muestra que la tecnología de baterías existente podría impulsar un tren de carga por 150 millas (la distancia diaria promedio recorrida). Un tren de carga a batería usaría la mitad de la energía que requiere un tren diesel-eléctrico, y teniendo en cuenta la caída de los precios de las baterías y los costos ambientales del diesel, los trenes de batería-eléctricos están en camino de ser más competitivos en costos que los trenes diesel-eléctricos. . Dado que la planificación del ferrocarril de carga está centralizada, el estudio sugiere que los ferrocarriles podrían lograr un uso de gran volumen de infraestructura de carga rápida, lo que reduciría aún más los costos.

Uno de los principales beneficios de la modernización de los trenes de carga diésel-eléctricos existentes con vagones de batería, también conocidos como vagones de batería, es que los trenes eléctricos de batería siempre pueden recurrir al motor diésel como fuente de combustible de respaldo. Esta capacidad de combustible dual, que permite el uso de baterías o diésel, es una ventaja única en comparación con la electrificación completa del sistema ferroviario de carga o el uso de celdas de combustible de hidrógeno.

Las baterías modulares ofrecen beneficios de resiliencia

Otro beneficio importante es que los trenes eléctricos de batería se pueden implementar como energía de respaldo 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 sin electricidad en el noreste de Estados Unidos y en partes de Canadá. En un suburbio de Montreal, el alcalde movió una locomotora diesel-eléctrica completa cerca del Ayuntamiento para suministrar energía para sus operaciones de respuesta de emergencia.

Con el aumento de eventos climáticos extremos y cortes de energía, los trenes eléctricos de batería tienen el potencial de desplegarse en todo el país para evitar apagones. Estos carros de licitación modulares con batería se pueden transportar a donde se necesitan y cargar en lugares donde los precios de la electricidad son bajos, lo que ofrece ventajas significativas sobre el almacenamiento a escala de red. Además, los carros de licitación de batería podrían funcionar como contenedores de envío modulares, capaces de intercambiarse entre ferrocarriles de carga y buques de transporte marítimo, con beneficios positivos para descarbonizar ambos sectores y expandir el alcance de la resiliencia.

“La conversión del sector ferroviario de carga de EE. UU. A baterías eléctricas generaría alrededor de 220 gigavatios-hora de almacenamiento móvil”, dijo Phadke. “Además, estos carros tiernos a batería 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 sin acceso a la electricidad. Esta capacidad de almacenamiento de energía móvil también crearía una nueva fuente de ingresos potencial para los operadores ferroviarios de carga “.

Desde una perspectiva técnica, los investigadores demostraron que no debería haber restricciones para pasar a trenes de carga totalmente eléctricos a batería, pero se necesitan más investigaciones y proyectos de demostración a gran escala para optimizar la infraestructura de carga. “Los análisis de mercados y sistemas de Berkeley Lab arrojaron luz sobre esta área pasada por alto y demostraron 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 resiliencia de la red. Es una situación en la que todos ganan ”, dijo Noel Bakhtian, director del Centro de almacenamiento de energía de Berkeley Lab. “El análisis tecnoeconómico de los trenes de carga con baterías eléctricas muestra que tenemos soluciones viables disponibles para permitir la transición a un futuro energético limpio, asequible y resistente”.

Referencia: “Beneficios económicos, ambientales y de resiliencia de la red de convertir trenes diésel en baterías eléctricas” por Natalie D. Popovich, Deepak Rajagopal, Elif Tasar y Amol Phadke, 11 de noviembre de 2021, Energía de la naturaleza.
DOI: 10.1038 / s41560-021-00915-5

La investigación fue apoyada por la Fundación William y Flora Hewlett, a través de la Fundación Berkeley Lab.


Source: SciTechDaily by scitechdaily.com.

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