– Di Andrea Spinosa –
“Nonostante numerosi progetti di elettrificazione in diversi paesi, una parte significativa della rete ferroviaria europea rimarrà a lungo non-elettrificata”, ha spiegato l’azienda. “In molti paesi, il numero di treni diesel circolanti è ancora alto – più di 4 mila in Germania ad esempio”.
Utilizzare l’idrogeno come vettore energetico significa azzerare l’inquinamento lungo la linea, poiché la trazione ha come prodotto di scarto solo vapore acqueo e condensa. Durante la fase di accelerazione la il motore è alimentato dall’energia elettrica prodotta da una pila a combustibile, mentre in fase di rallentamento per l’arrivo in stazione e nella marcia a bassi giri il motore è alimentato da un pacco batteria agli ioni di litio.
La proposta di Alstom è all-inclusive, includendo nel pacchetto anche la fornitura di idrogeno, la gestione e la manutenzione delle pile. Il progetto nasce nel 2012 in Germania, quando gli Stati tedeschi della Renania-Palatinato e dell’Assia siglano un accordo con il Ministero dell’Industria della Repubblica Federale per il cofinanziamento di un impianto di produzione di idrogeno alimentato esclusivamente dal parco eolico di Energiepark di Magonza. Un’iniziativa del valore complessivo di 17 milioni di euro.
Il 2 luglio 2015 dalla collaborazione di Linde e del Dipartimento di Scienze Applicate dell’Università RheinMain nasce il più grande impianto al mondo di produzione dell’idrogeno tramite elettrolisi. La centrale, costruita dalla Siemens, ha una potenza di 6 MW e produce idrogeno per elettrolisi utilizzando il surplus produttivo delle pale eoliche dell’Energiepark.
L’impianto impiega la tecnologia di elettrolisi con membrana a scambio protonico (PEM): queste membrane funzionano da elettrolita e, con il passaggio della corrente, sono in grado di scindere le molecole di acqua in idrogeno e ossigeno. La tecnologia si dimostra particolarmente adatta ad interagire con le fonti rinnovabili, dal momento che è capace di rispondere anche a fluttuazioni estreme dell’energia in pochissimi millisecondi. Accanto alla loro risposta altamente dinamica, offrono anche il vantaggio di non dover essere mantenute ad una determinata temperatura di esercizio, al contrario possono essere completamente spente e non richiedono una fase di preriscaldamento prima di entrare in funzione. “Questo determina un notevole risparmio nei costi operativi in stand-by, e consente un funzionamento efficiente e affidabile senza il rilascio di residui tossici”, spiega Gaelle Hotellier, capo del settore presso Siemens AG.
Inoltre gli elettrolizzatori PEM inoltre trasportano l’idrogeno a una pressione ideale (fino a 35 bar) per il suo stoccaggio, il che elimina la necessità di investire in ulteriori macchinari di compressione. All’inaugurazione dell’impianto di Mainz non si specifica la destinazione finale dell’idrogeno, ma Hotellier sottolinea che “il prodotto è perfetto sia per usi industriali, che il rifornimento dell’e-mobility o per essere immesso nelle reti del gas”.
Il Coradia i-Lint presentato a Berlino nasce da una joint-venture tra Alstom, Siemens, Linde con la collaborazione degli Stati della Bassa Sassonia, Renania Settentrionale-Vestfalia, Baden-Württemberg e l’Autorità dei Trasporti dell’Assia. I primi veicoli entreranno in servizio già nella primavera 2017 sulla tratta Buxtehude-Bremervörde-Bremerhaven-Cuxhaven. L’autonomia dichiarata è compresa tra i 600 ed 800 km (a seconda delle condizioni di carico) con una velocità di esercizio pari a 140 km/h. La massima capienza è di 300 passeggeri, di cui 150 seduti. I treni useranno una combinazione di pile a combustibile (alimentate a idrogeno), batterie agli ioni di litio in sostituzione al diesel power pack alloggiato sul tetto. Coradia iLint è una evoluzione del tradizionale Coradia Lint 54, sempre impiegato per il trasporto passeggeri regionale, ed è prodotto nello stabilimento Alstom di Salzgitter (Bassa Sassonia).
Immagini (compresa quella in apertura) e video ©Alstom Transport
Ma quale sarà il futuro della trazione diesel?
I treni diesel hanno rappresentato una scoperta fondamentale nel trasporto, essendo in grado di trasportare una tonnellata di merci per una media di 160 km con un litro di carburante. Secondo la Federal Railroad Administration, (USA) il trasporto di merci su rotaia è tra 2 e 5 volte più economico in termini di carburante del trasporto su gomma. Attualmente ci sono due tipi diversi di locomotive a diesel: del primo tipo sono le locomotive diesel-meccaniche che montano motori simili a quelli delle auto e dei camion, utilizzati come locomotori derivatori (switcher) negli interporti e nei porti. Appartengono al secondo tipo le locomotive diesel elettriche che usano una combinazione di motori elettrici e a diesel (trazione ibrida). In questo caso il motore diesel genera potenza per i motori elettrici che alimentano il treno. Dagli anni Settanta le locomotive ibride elettrico-diesel sono diventate la prima scelta nel campo del trasporto su rotaia.
Produttori come GE e ABB introducono innovazioni che rendono i treni più silenziosi, puliti e più efficienti in termini di consumi. Per esempio, le locomotive della serie Evolution, l’ultimissima versione delle locomotive pesanti a basso consumo della GE Transportation, hanno ridotto le emissioni del 70% rispetto alla tecnologia del 2005 e soddisfano i più recenti obiettivi US EPA Tier 3 nonché EU IIIa.
Altra novità è la locomotiva Green Goat, prodotta da Railpower Technologies Corp., un ibrido capace di passare da un piccolo motore diesel ad un grande banco di batterie ricaricabili. Si tratta di motrici ideali per i servizi urbani, i cui treni sono spesso inattivi e dove c’è maggiore sensibilità al rumore e all’inquinamento.
Diesel vs. elettrico
Sebbene i costi iniziali dell’elettrificazione siano elevati (tra 3 e 5 M€/km per le linee regionali; tra 5 e 7 M€/km per linee nazionali; tra 7 e 9 M€/km per le linee AV), la trazione elettrica resta più conveniente.
Come ha detto il Ministro dei Trasporti britannico Justine Greening durante un dibattito alla Camera dei Comuni nel giugno 2012: “il costo del carburante è di circa 53 cent €/km per i treni diesel rispetto a 29 per i treni elettrici, mentre l’usura della rete per chilometro è per i diesel 12,4 cent €/km contro 9,2 per i treni elettrici”. I treni elettrici sono più leggeri, più veloci e puliti e allo stesso tempo di più facile manutenzione e potenzialmente più capienti. Il maggior svantaggio dei treni elettrici è il capitale iniziale dei costi di elettrificazione della rete.
Per esempio, l’elettrificazione dei 378 km della Northwest line che collega Londra con Bristol e Cardiff è costata 2,9 miliardi di sterline ma ne è valsa la pena poiché “l’elettrificazione delle linee dà grandi benefici ai viaggiatori offrendo loro un servizio più veloce e affidabile”, ha detto Simon Burns, Ministro responsabile delle ferrovie in Gran Bretagna. Network Rail, che è proprietaria delle infrastrutture, ha annunciato che l’elettricità necessaria per queste linee, e per altri 3.219 km di linee ferroviarie in progetto, verrà da Électricité de France (EDF), la maggiore azienda produttrice e distributrice di energia in Francia. Treni a batterie sono in prova in Gran Bretagna per i collegamenti misti tra dorsali elettrificate e linee secondarie. Nel gennaio 2015 un treno con batterie al litio, ferro e magnesio è stato testato su una linea secondaria che collega Harwich con la stazione di Manningtree in Essex.
James Ambrose di Network Rail, sostiene che treni di questo tipo “dovrebbero contribuire al raggiungimento dell’obiettivo dell’azienda di ridurre l’impatto ambientale, migliorare la sostenibilità e diminuire i costi di gestione delle ferrovie del 20% nel corso dei prossimi 5 anni”.
GNL ED ENERGIA SOLARE
Per paesi che con vaste reti non elettrificate, come gli Stati Uniti, il Canada e l’Australia, le locomotive alimentate a GNL (gas naturale liquefatto) potrebbero essere una alternativa interessante. Il gas naturale, anche dopo essere stato trattato per diventare gas naturale liquefatto, ha un costo decisamente inferiore per unità di energia rispetto al diesel. A questo si aggiunge Tuttavia, prima che sia possibile la diffusione del GNL, ci sono tre pre-condizioni da soddisfare: lo sviluppo della necessaria tecnologia per motori e serbatoi, la creazione delle infrastrutture per il carburante e un idoneo quadro normativo di riferimento.
Per quanto riguarda l’attuale design dei serbatoi di carburante, Mike Swaney, direttore di BNSF7, ritiene che sia troppo presto per trarre delle conclusioni. In Belgio, Infrabel in collaborazione con Enfinity, azienda inglese per le energie rinnovabili che operato in regime di Energy Service Company, ha costruito lungo la linea di superficie ad alta velocità che unisce Anversa con Amsterdam una galleria artificiale di 3,6 km. Il tunnel è stato progettato per proteggere la linea dalla caduta di alberi, un fenomeno sempre più ricorrente in caso di tempeste atlantiche. Ma è stato trasformato in una centrale solare: in copertura ospita 16.000 pannelli solari per una superficie utile di 50.000 m2 con una potenza di 3,3 GWh, quantità sufficiente per alimentare 4.000 viaggi all’anno. “Per chi opera nel sistema ferroviario è il modo migliore per ridurre la propria impronta ecologica” ha detto Bart Van Renterghem, manager di Enfinity.
IN ORIENTE
Se in Europa si parla di prototipi, al momento, è in Oriente che la trazione ibrida sta avendo sviluppi interessanti. In Giappone le prime casse sperimentali, KiHa E200 singole, fanno la loro comparsa in esercizio nel 2007. La serie HB-E210 di J-TREC è in esercizio dal 30 marzo 2015. Si tratte di elementi progettati per il servizio suburbano, a tutt’oggi in prova sulla linea rurale di Koumi. Sono state prodotte 8 accoppiate a 2 casse: ogni cassa misura 20.000 m per 2.950 di larghezza e 3.620 di altezza. I posti totali sono 262. I motori di trazione sono del tipo MT78 (95 kW x 2 per cassa). Il motore diesel è un DMF15HZB-G a 6 cilindri (331 kW x 1 per cassa). Ogni cassa è equipaggiata con 2 banchi di batterie agli ioni di litio con una capacità di 15,2 kWh. La velocità massima è di 100 km/h.
Siccome il peso in termini energetici non è un fattore trascurabile, non è un caso che il primo sistema a sfruttare l’idrogeno sia stato un tram. Il primo tram a idrogeno del mondo è entrato in servizio nel marzo 2016 nella città di Qingdao, nella provincia cinese dello Shandong. I 10 veicoli (32,2 m di lunghezza per 2,65 di larghezza) sono della CSR Qingdao Sifang Company (CSR Sifang) una controllata di China South Rail Corporation, su licenza Škoda montano pile a combustibile con membrana a scambio protonico (PEM) della canadese Ballard Power Systems. Il contratto per l’equipaggiamento dei veicoli con un modulo FCvelocity personalizzato da 200kW è stato di 6 milioni di US$ (551.150 €/cad.).
L’aumento dei costi dell’energia insieme a requisiti ambientali sempre più severi stanno portando una grande varietà tecnologica nel trasporto ferroviario: come in altri campi sta emergendo una spiccata tendenza all’ibridizzazione ovvero alla combinazione di sistemi differenti per soddisfare meglio gli specifici bisogni di esercizio con soluzioni che siano anche economicamente interessanti.
