Capturar CO2 mientras circula un tren: esto podría ocurrir en EE.UU.

Capturar el CO2 del aire mientras un tren circula: podría incluso hacer que un tren diésel fuera casi neutro en carbono. La empresa estadounidense CO2Rail Company, junto con investigadores de la Universidad de Sheffield, trabaja en el diseño de equipos de captura de carbono que puedan utilizarse en vagones especiales colocados en trenes ya operativos.

«Esto va a ser grande, y no es palabrería», dice la startup CO2Rail Company en un lugar destacado de su página web. Están desarrollando un vagón especial que utiliza la tecnología de Captura Directa de Aire, que puede colocarse dentro de trenes, tanto de pasajeros como de mercancías.

Potencial en los trenes

Fundada en 2020, la empresa planea comenzar la construcción de las primeras unidades ya en el primer trimestre de 2023. Según un reciente estudio realizado por investigadores de la Universidad de Sheffield y la empresa CO2Rail, la captura directa del aire en los trenes es una solución prometedora a la crisis mundial del cambio climático. Todos los métodos de captura de carbono del aire requieren importantes cantidades de energía para extraer el CO2 capturado y regenerarlo para su uso. La energía que se genera cuando un tren en marcha frena no se aprovecha muy a menudo en la actualidad, y esto ofrece potencial para que la tecnología de captura de carbono se utilice en los trenes.

La empresa ha mantenido reuniones con algunos de los mayores operadores de transporte de mercancías por ferrocarril, que se han mostrado entusiasmados con el concepto, explica a RailTech Eric Bachman, Director de Tecnología y Director de CO2Rail Company. Aún no se han dirigido a los ferrocarriles de pasajeros, pero esperan una respuesta aún mayor, ya que las empresas ferroviarias pueden ofrecer viajes neutros en carbono o incluso negativos.

«La captura directa de dióxido de carbono del medio ambiente es cada vez más una necesidad urgente para mitigar los peores efectos del cambio climático», afirma Peter Styring, catedrático del Departamento de Ingeniería Química y Biológica de la Universidad de Sheffield y coautor de la investigación. Quien paga la tecnología puede ser el gobierno o las industrias privadas que se comprometen a un consumo neto cero. Cada vez más empresas, como Microsoft, la matriz de Google, Alphabet, y Disney dicen comprometerse a ser neutras en carbono y adquieren contratos para compensar sus emisiones por millones de toneladas.

Cómo funciona

La captura de CO2 del aire es un proceso cíclico, explica Bachman. Funciona utilizando grandes tomas de aire que se extienden hacia arriba en la estela del tren en movimiento para trasladar el aire ambiente a la gran cámara cilíndrica de captación de CO2. Tras captar el aire, la cámara se cierra con trampillas y se inicia el proceso de desorción para extraer el CO2 del aire. El aire pasa por un proceso químico que separa el CO2, y el aire libre de dióxido de carbono sale entonces por la parte trasera o inferior del coche, volviendo a entrar en la atmósfera. Una vez capturada cierta cantidad de CO2, la cámara se cierra y el CO2 se recoge, concentra y almacena.

La cámara está diseñada para recoger el CO2 de un día, dice Bachman. Un ciclo de captura depende de la velocidad: un tren más rápido absorbe más CO2 y alcanza antes su capacidad. Para un tren más rápido, la recogida de aire tarda unos 45 minutos, los trenes más lentos alrededor de una hora u hora y media. El ciclo de desorción para capturar el CO2 dura aproximadamente 5 o 10 minutos. Al recoger el aire con la velocidad del tren en marcha, no se necesitan los sistemas de ventiladores de alto consumo energético que son necesarios en las operaciones estacionarias de Captura Directa de Aire.

La cámara de captación de aire ocupa el 85% del espacio del vagónCO2Rail. En la parte trasera, de 1,5 metros, hay un depósito de CO2 de 15 toneladas. Ese pequeño depósito se vacía en un vagón cisterna de CO2 normal cuando hay un cambio de tripulación o una parada para repostar.

El CO2 capturado podría utilizarse para carbonatar su bebida

Según el estudio, cada vagón de CO2Rail podría eliminar entre 10 y 20 toneladas de CO2 al día. En el extremo superior, un grupo de 10 vagones CO2Rail puede capturar el equivalente a las emisiones de CO2 de unos 15.000 automóviles. El CO2 puede reutilizarse como materia prima para la producción, por ejemplo, de productos químicos, polímeros, combustibles sintéticos, refrigerantes o bebidas carbonatadas. Sin embargo, cuando la captura de carbono se utilice a mayor escala, la cantidad de CO2 acabará siendo excesiva para la economía circular del carbono.

Entonces se almacenará bajo tierra en vertederos geológicos. Bachman: «Esto puede hacerse, por ejemplo, en pozos petrolíferos vacíos, puede permanecer allí indefinidamente, lo que en cierto modo cierra el círculo: El CO2 salió de esos pozos petrolíferos y se vuelve a introducir». Con el tiempo, el dióxido de carbono reaccionará químicamente con los minerales del subsuelo, y los elementos se unirán para crear minerales calcáreos sólidos, fijando el CO2 en la roca.

¿Energía de frenado bien empleada?

La mayoría de las locomotoras eléctricas y de las locomotoras de mercancías y pasajeros de la red ferroviaria mundial tienen la capacidad de convertir el impulso de avance en generación de energía al frenar para crear una fuerza de frenado sin fricción sobre el tren, dice el estudio. En ferrocarril, esto se denomina «frenado dinámico», que ayuda a reducir la velocidad del tren. Sin embargo, la energía sólo se convierte en calor de resistencia y se descarga por la parte superior de la locomotora, sin aprovechar todo su potencial. Esta es la energía que alimentará los vagones de CO2Rail. «El frenado dinámico apareció en los años 50, y durante 70 años se ha desperdiciado esa energía», dice Bachman. Cada maniobra completa de frenado produciría energía suficiente para eliminar más de 1,5 toneladas de CO2.

«La pregunta número uno que nos hacen es: ¿por qué no utilizan la energía de frenado para propulsar la locomotora?», dice Bachman. «Y sí, esto debería haberse hecho hace 50 años, pero se calcula que el método de captura directa de aire que queremos implantar en el ferrocarril es unas cinco veces más eficaz en la mitigación del carbono». La razón es que al almacenar la energía de frenado en una batería, por ejemplo, se pierde energía. Con algunas locomotoras más modernas, también es posible devolver esta energía a la red eléctrica, lo que se denomina frenado regenerativo. Esto reduce el consumo de energía de los ferrocarriles, pero actualmente se utiliza poco.

El estudio menciona que en algunos países europeos, como Suiza, la energía del frenado regenerativo ya se devuelve a la red. En estas regiones, sería necesaria una evaluación tecnoeconómica exhaustiva y un análisis del ciclo de vida antes de poder determinar el beneficio neto de la tecnología de captura de carbono frente a la retroalimentación de energía de frenado regenerativo a la red.

«Devolver la energía a la red es una gran mejora, pero no el uso más óptimo de la energía desde el punto de vista del carbono, porque las pérdidas por resistencia son relativamente altas cuando se devuelve la energía del tren a la red a través de las líneas aéreas», dice Bachman.

Aplicación en las operaciones ferroviarias

Los trenes de mercancías en Europa son mucho más cortos que los de Norteamérica o Australia, donde pueden ser de un kilómetro o incluso más. La infraestructura ferroviaria europea no está adaptada a estas longitudes. Ahora se hacen esfuerzos para manejar trenes de mercancías de 750 metros, que es más largo que la mayoría de los trenes de mercancías europeos actuales. Teniendo esto en cuenta, ¿tendría sentido utilizar vagones CO2Rail en los trenes de mercancías europeos? «Lo que les falta en peso a los trenes más cortos, lo compensan en cantidad. En Norteamérica o Australia puede haber cuatro o cinco vagones CO2Rail en un tren de mercancías, en Europa quizá sólo dos, pero con el doble de trenes para mover la misma cantidad de mercancías. Pero eso no importa para la productividad del sistema», dice Bachman al respecto.

La empresa CO2Rail reutilizará vagones cisterna ferroviarios existentes, y su objetivo es poner en marcha los primeros vagones en 2023. En Estados Unidos, la administración federal de ferrocarriles debe realizar una única recertificación. Bachman: «Una vez que esto se haya completado y se hayan solucionado los problemas, en 2024 podremos empezar a producir a mayor escala, empezando con 5 o 10 vagones».

Este artículo se publicó originalmente en RailTech, nuestra publicación hermana.