Un tren de levitación magnética.
El ferrocarril, una historia de innovación: de las primeras máquinas de carbón al tren autónomo de hidrógeno
- El ferrocarril actual apenas se asemeja a las primeras locomotoras de vapor de principios del siglo XIX, como tampoco lo hacen las propias vías o los sistemas de control.
- Los primeros trenes en funcionamiento lograban velocidades de hasta 32 km/h; en estos momentos buscamos superar los 600 km/h. Del carbón como combustible hemos pasado a la electricidad y ahora el hidrógeno pide su propio paso.
La historia del ferrocarril es la viva historia de la innovación hecha realidad, un viaje a lo largo de siglos de trabajo, creatividad y evolución del conocimiento para configurar uno de los medios de transporte más usados, queridos y admirados para muchos de nosotros.
Para encontrar la primera línea ferroviaria española hemos de remontarnos a 1837, cuando se inauguró la conexión entre La Habana y Güines. Un trayecto en la entonces colonia española donde las máquinas de vapor transportaban mayoritariamente caña de azúcar y material forestal, moviendo hasta 30 vagones repletos del oro blanco de las islas. Once años más tarde comenzaría a operar la primera línea peninsular, entre Barcelona y Mataró.
Y eso que nuestro país entró relativamente tarde en la particular carrera ferroviaria. La primera locomotora de vapor se remonta a 1801 en Reino Unido, aunque de escaso éxito comercial. En la víspera de Navidad de ese año, la locomotora Puffin' Devil de Richard Trevithick fue capaz de subir una colina en Camborne, convirtiéndose en el primer viaje del mundo en una locomotora de vapor, aunque su éxito comercial sería muy relativo.
Fue, sin embargo, el también británico George Stephenson quien acuñaría la 'Rocket', un impresionante milagro de la ingeniería de la época que sería la base sobre la que se construirían el resto de trenes a vapor de la historia.
El ferrocarril, en un primer instante, fue pensado principalmente como un sistema de transporte de mercancías eficaz, que pudiera sustituir al transporte animal con menores costes operativos, sin los pertinentes cuidados y con más fiabilidad. Sin embargo, pronto los impulsores de este medio se darían cuenta de su potencial para el movimiento de pasajeros, lo que llevó a usar la 'Rocket' en 1830 para la primera línea interurbana de pasajeros entre Manchester y Liverpool: 50 kilómetros de distancia que el tren era capaz de acometer en algo más de una hora y media, a la razón de 32 km/h de media y una máxima de 48 km/h.
El primer tren de pasajeros a vapor, en 1830, en una ilustración.
Hoy en día, en pleno año 2024, resulta casi hilarante pensar en esos escenarios. Contamos con trenes de alta velocidad que en España superan los 300 kilómetros por hora y en Japón o China disponen de alternativas por levitación magnética que rondan los 500-600 km/h. Es difícil imaginar que estos alardes de la tecnología deban sus raíces a tan rudimentarios inventos del siglo XIX.
Pero ahí radica parte de la magia de este medio de transporte: su dilatada historia permite trazar un apasionante recorrido por la evolución de la técnica que devuelve la ilusión y la esperanza a cualquier innovador que se precie.
De las vías de madera a las aerotraviesas
Si bien las máquinas y los modernos trenes son lo que más nos llaman la atención, debemos primero aproximarnos a la infraestructura que lo soporta. Aquí también encontramos importantes evoluciones y disrupciones a lo largo de la historia que nos han permitido llegar al momento y la unión con el ferrocarril tan mágica que tenemos hoy.
La propia palabra 'ferrocarril' deriva del latín 'ferrum' (hierro) y 'carrus' (vehículo con ruedas). Sin embargo, el primer ancestro del tren actual no tenía precisamente hierro, sino madera en sus carriles. Retrocedemos para ello a 1515, cuando se construyó un funicular que permitía acceder al Castillo de Hohensalzburg (Austria), con los ya mentados carriles de madera y donde el vehículo se accionaba a través de cuerdas de cáñamo por pura fuerza bruta de personas y animales.
El hierro forjado aparecería todavía en 1820, permitiendo hacer los tramos de carril más largos y resistentes; mientras que el acero haría lo propio en 1857. En paralelo a los carriles, también hemos ido evolucionando el material del que se construyen las traviesas que dan estabilidad al carril y que, junto al balasto, conforman el epicentro de la infraestructura ferroviaria. En este nivel nos encontramos las tradicionales traviesas de madera, pero también de hormigón o metal. E incluso desarrollos de vía en placa de hormigón, que integra todos los elementos en un único nivel.
Por no hablar de innovaciones mucho más recientes y, además, con sello español. Es el caso de las aerotraviesas, un nuevo concepto de traviesa que ya se está utilizando en varias líneas de alta velocidad de nuestro país y que permite reducir el levante de balasto a altas velocidades. El truco de esta innovación radica en una peculiar forma geométrica de la traviesa, que reduce en hasta un 21% la carga aerodinámica en el espacio superior al balasto, permitiendo un 12% más velocidad sin mayores costes de instalación ni operación.
Imágenes de las aerotraviesas. Foto: Adif.
Para hacernos una idea, desde Adif confirman que estas aerotraviesas permiten soportar una carga aerodinámica equivalente a 330-370 kilómetros por hora, con todas las ventajas ya antes mentadas. Y todo ello con tan sólo reducir un poco la superficie del plano superior gracias a ese diseño geométrico tan original.
Nuevos materiales
No todos los avances en la infraestructura exigen bajar nuestra mirada al suelo. En paralelo a los desarrollos en la vía, se han ido electrificando las distintas líneas (con distintas aproximaciones en lo que se refiere a la catenaria, como las apuestas rígidas del Metro de Madrid o el tan denostado tercer carril aún presente en países como Reino Unido). El tren también se ha beneficiado del conocimiento acumulado en materia de obra civil, permitiendo trazados más rápidos gracias a puentes y túneles inimaginables en el siglo XIX. Y, además, apostando por el uso de nuevos materiales que aporten más bondades al ecosistema ferroviario actual.
En ese sentido, hemos de detenernos en el importante auge que está viviendo el plástico reforzado con fibra de vidrio. Se trata de un material bien conocido en general (data de los años 30), realmente sencillo, modular y muy ligero, que asimismo es resistente y no corrosivo. Por si fuera poco, es aislante, lo que evita disponer de tomas de tierra en entornos donde existan grandes cargas eléctricas.
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Con todo eso en su haber, extraña que haya sido recientemente cuando algunos operadores como la DB alemana lo estén introduciéndolo en algunos puntos como las rejillas, pasarelas, revestimientos, accesos o plataformas de trabajo. ¿Por qué no se apuesta por el plástico reforzado con fibra de vidrio a mayor escala? La razón radica en que aún no se han solucionado algunas limitaciones en las uniones cuando se producen sacudidas y vibraciones, algo frecuente como pueden imaginar al pasar un tren.
Del vapor al hidrógeno
Quizás el cambio más visual, o el que está recibiendo un mayor protagonismo, sea el que tenga que ver con la fuente de energía que permite el movimiento del tren. Y es que, si en el siglo XIX el vapor producido a partir de la quema de carbón era el modo exclusivo, posteriormente hemos ido conociendo variantes en torno a combustibles fósiles (diésel) y la electrificación, que se mantiene hasta nuestros días como la alternativa más limpia, seguro y estable de todas.
Sin embargo, la electrificación de las líneas no siempre es una opción, ya sea a nivel orográfico o por una mera cuestión de rentabilidad económica. Y es entonces cuando surge la sempiterna cuestión de borrar el diésel de la ecuación. ¿Cómo? Mediante el hidrógeno.
También propuesto como opción verde a las baterías eléctricas en los automóviles, el hidrógeno ya se está probando en diferentes trazados de todo el Viejo Continente. De hecho, la propia Unión Europea se ha propuesto que el 20% de los trenes movidos por diésel actualmente lo hagan con hidrógeno en 2030. La meta, dicho sea de paso, parece demasiado ambiciosa en estos momentos.
El tren de hidrógeno a su paso por Canfranc Omicrono
En mayo del pasado año, el proyecto FCH2Rail llevaba a cabo con éxito su primer recorrido de pruebas en la línea Zaragoza-Canfranc con un sistema de propulsión híbrido (eléctrico-hidrógeno). Este consorcio europeo, en el que España participa desde 2021, está formado por compañías como Toyota, Iberdrola, CAF, Adif o Renfe. Su propósito no es otro que desarrollar, desde el inicio hasta su homologación, un tren movido por la electricidad de la catenaria y un grupo electrógeno híbrido de pilas de combustible y baterías, estos ya alimentados por hidrógeno verde.
En Italia, la compañía FNM ya selló un acuerdo con Alstom en 2020 para comprar seis trenes de hidrógeno (con opción a ocho adicionales) que cubran la línea Brescia-Iseo-Edolo, en la región de Lombardía.
Se trata del Coradia Stream, un tren que entrará en servicio comercial en Valcamonica entre finales de 2024 y principios de 2025, a lo largo de la línea no electrificada Brescia-Iseo-Edolo, de Trenord. El Coradia Stream de hidrógeno, con una capacidad total de 260 plazas y una autonomía de más de 600 km, forma parte de la iniciativa H2iseO, que busca crear el primer Valle del Hidrógeno de Italia en la zona de Brescia.
Un tren de esta misma enseña, el Coradia iLint de serie, logró además un hito inusitado en 2022: fue capaz de recorrer 1.175 kilómetros con un solo depósito de hidrógeno. Fue en un trayecto de pruebas en Alemania, desde Bremervörde, en el Mar del Norte, hasta Múnich.
Un Talgo 250 circulando cerca de El Escorial Omicrono
La española Talgo no se queda atrás en esta aventura. En enero de este mismo año, la compañía anunció un acuerdo con Repsol, Sener, Ingeteam, Golendus y Optimus3D para desarrollar el primer tren de alta velocidad de hidrógeno con tecnología nacional. El propósito en esta ocasión es implantar los depósitos de hidrógeno que combinen el oxígeno exterior para la producción de energía y las correspondientes baterías independientes a un modelo ya existente, el Talgo 250.
¿Tendremos trenes autónomos?
El gran sueño, el propósito que muchos persiguen, está no obstante en la cabina del tren. O, más bien, en eliminar la posición del maquinista para contar con un ferrocarril autónomo que siga los pasos de los coches sin conductor que tanto se están tratando de introducir en las carreteras.
Es cierto que las cabinas de los trenes cada vez están más conectadas con la sensórica de la vía, con la información de los centros de control del tráfico centralizado (CTC) y fuentes externas. Muchos trenes ya van equipados con cámaras para ángulos muertos, en los retrovisores, sensores en los vagones y también reciben la información de sensores auxiliares en la vía. Sin embargo, en todos estos caso, el objetivo es ofrecer más datos al maquinista para que pueda tomar mejores decisiones y reducir su porcentaje de error.
Además, hoy por hoy sería inviable contar con trenes autónomos por muchos motivos. El primero de ellos es el elevado coste de cambiar todas las locomotoras en servicio para adecuarlas a este paradigma. La segunda, la dificultad de que un tren autónomo pueda responder a un entorno tan cambiante y plagado de imprevistos como son los trazados del ferrocarril (personas invadiendo la vía, desprendimientos, condiciones ambientales adversas...). La tercera, la más técnica, tiene que ver con la falta de estandarización en los propios sistemas de seguridad y control del ferrocarril.
Así pues, en España se usa mayoritariamente el sistema de seguridad ASFA, pero en Francia lo hace el TVM. En otras palabras: un mismo tren no podría -obviando el cambio de ancho de vía- circular por ambos países o, de hacerlo, ha de estar equipado y preparado para funcionar con ambos estándares (con su correspondiente coste extra). No es un problema menor, y ya ha llevado a la UE a promover el sistema de control ferroviario europeo (ETCS, por sus siglas en inglés), que forma parte del Sistema Europeo de Gestión del Tráfico Ferroviario (ERTMS). A hombros de esta tecnología, cuando esté desplegada por completo en todo el territorio, podríamos comenzar a hablar de autonomía o automatización.
Eso sí, que sea difícil no significa que sea imposible. Actualmente ya encontramos numerosos trenes que circulan sin maquinista, aunque siempre en entornos controlados, normalmente sin exponerse a elementos externos y con trayectos muy medidos y sencillos. Por ejemplo, las líneas 9 y 10 del Metro de Barcelona ya circulan de manera autónoma, al igual que el metro elevado de Dubai o numerosos trenes que recorren los aeropuertos de medio mundo, desde Madrid hasta Dallas.
