Europa tiene como objetivo ser climáticamente neutra en 2050. Un reto difícil y especialmente complejo para determinados sectores, se les conoce como ‘hard-to-abate’, es decir, allí es complicado reducir las emisiones de CO₂, son difícilmente descarbonizables porque la electrificación para uso directo de la energía renovable (solar o fotovoltaica, por ejemplo) no es posible. Uno de estos sectores es el de los vehículos pesados, entre los que se encuentra la maquinaria móvil pesada (no de carretera) para aplicaciones de minería y construcción. El más difícil todavía.

El Instituto Tecnológico de Aragón (ITA) coordina el proyecto europeo H2MAC, que se propone demostrar una solución modular escalable que se materializará en dos máquinas eléctricas: una excavadora y una trituradora para el sector de la construcción y la minería. 

El foco está puesto en el corazón de estas máquinas, el sistema que transmite a las ruedas la potencia generada por el motor. H2MAC "tiene como objetivo diseñar y demostrar un concepto de tren de potencia eléctrico basado en pila de combustible de hidrógeno para maquinaria móvil no de carretera, en aplicaciones de construcción y minería", indica María García Camprubí, responsable del proyecto en el ITA.

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Las innovaciones que incorporará este tren de potencia estarán orientadas a optimizar la eficiencia energética, minimizar el ruido y asegurar su buen funcionamiento a pesar de los altos niveles de polvo y vibraciones que encontramos en las obras en construcción y las minas. Frente a las máquinas actuales (diésel), "las nuevas máquinas tienen como objetivo disminuir las emisiones de gases a la atmósfera (vehículo cero emisiones) y disminuir el nivel de ruido y vibraciones para mejorar el confort del operario y alargar la vida útil del equipo", apunta.

El ITA aportará al proyecto su experiencia, conocimientos e infraestructura para el modelado y simulación de gemelos digitales en el campo de la electrónica de potencia, la mecatrónica y la termo-fluidodinámica, junto con su experiencia teórico-experimental en ruido y vibraciones.

Se han elegido estas dos máquinas, una excavadora y una trituradora, porque, "al ser representativas de dos tipos de operación muy diferenciados, son complementarias desde el punto de vista de diseño del sistema", señala García Camprubí. Por lo tanto, "la demostración de la viabilidad de la tecnología abarcará un amplio espectro de maquinaria móvil no de carretera".

Como pueden funcionar en equipo, de forma complementaria, al final del proyecto, se realizará una demostración simultánea en el mismo entorno real: ambas máquinas operarán durante al menos 1.000 horas de trabajo en una cantera situada en Arcos de la Frontera (Cádiz). La excavadora será la encargada de cargar la trituradora.

Una solución modular escalable

Las máquinas seleccionadas para el proyecto demostrarán una solución modular escalable, ya que la excavadora constará de un módulo de 120 kW, y la trituradora mejorará el concepto utilizando dos módulos para ampliar la potencia a 240 kW.

Se hace con vistas a ampliar su rango de aplicación en el futuro. "En todas las etapas del proyecto, desde la definición de especificaciones hasta el análisis de resultados, se tendrá en cuenta la escalabilidad de la tecnología", destaca García Camprubí. Esto quiere decir que "en la toma de decisiones, no solo se considerarán las dos máquinas que se prototiparán, sino todas la de su gama". Asimismo, se espera que "las conclusiones del proyecto, basadas en los datos de la demostración de estas dos máquinas concretas (excavadora 120kW y trituradora de 240kW), sean la base para la conversión a maquinaria cero emisiones no solo de esas máquinas en concreto, sino de toda la gama de máquinas a la que pertenecen".

Tras el diseño y construcción de la excavadora y la trituradora, en las que se integrará el nuevo tren de potencia y los subsistemas relacionados, los dos socios fabricantes de maquinaria, las empresas ZB e Hidromek, serán propietarios de sus correspondientes prototipos.

Del diésel a alternativas más sostenibles

El sector de la construcción contribuye de forma muy importante a la economía mundial, pero también a las emisiones globales de dióxido de carbono. Representa aproximadamente el 37% de las emisiones mundiales de CO₂, lo que la convierte en una de las industrias que más contribuyen al calentamiento global. Dentro de la estrategia de descarbonización del sector, los vehículos eléctricos se abren paso en la maquinaria de minería y construcción.

"Para cumplir con los objetivos de descarbonización, el tren de potencia de la maquinaria pesada actual, mayoritariamente basado en motores de combustión de diésel, habrá de sustituirse por alternativas más sostenibles como –enumera desde el equipo de Integridad estructural y Fatiga del Departamento de Materiales y Componentes del ITA María García Camprubí– tren de potencia puramente eléctrico (enchufable), tren de potencia eléctrico de pila de combustible (hidrógeno verde); tren de potencia de motor de combustión usando combustibles limpios como el hidrógeno verde, biocombustibles o combustibles sintéticos". 

¿Cuál es preferible? Hay que tener en cuenta que, "en minería y construcción, encontramos una gran diversidad de vehículos móviles", de modo que "la solución óptima para la descarbonización de cada uno de ellos dependerá de diversos factores relacionados con su función y ámbito específico de operación (por ejemplo, obra subterránea, carretera, no carretera, rango de potencia, etc.)", advierte.

"Para aquella maquinaria pesada móvil cuyos requerimientos quedan fuera del alcance de las soluciones de electrificación directa, la pila de combustible de hidrógeno se presenta como una alternativa eficiente y cero emisiones frente al motor de combustión”, expone la responsable del proyecto H2MAC en el ITA.

El motor de combustión "es una tecnología mucho más madura que la de la pila de combustible –señala–. Por ello los motores de combustión de hidrógeno son una solución más robusta y barata, aunque no son completamente cero emisiones por emitir NOx. A cambio, la pila de combustible ofrece una mayor eficiencia".

El proyecto

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