di Virna Bottarelli | Meno dell’1% delle emissioni globali del settore trasporti proviene dalle ferrovie. Come scrivono in un recente articolo Anselm Ott, Vadim Pokotilo, Nicola Sandri ed Ekaterina Sheremet di McKinsey & Company: “I vantaggi della ferrovia come opzione a basse emissioni di carbonio sono evidenti: per il trasporto passeggeri, la ferrovia produce 14 g di anidride carbonica equivalente per passeggero al chilometro, rispetto ai 166 dell’auto e ai 261 del trasporto aereo. Analogamente, per il trasporto merci, i grammi di CO2 sono 36 per t/km, rispetto ai 96 dei camion a lungo raggio e ai 946 dell’aviazione”. Eppure, le compagnie ferroviarie stanno lavorando per rendere il trasporto ferroviario ancora più sostenibile, agendo su fonti energetiche alternative come i biocarburanti, treni alimentati a idrogeno o a batteria, selezionando materiale rotabile efficiente dal punto di vista energetico ed elettrificando le linee. E i casi di successo non mancano: la Prignitzer Eisenbahn (PEG) in Germania, ad esempio, funziona con biocarburanti puri dal 2006; alcune compagnie ferroviarie negli Stati Uniti e in Europa stanno testando nuove miscele di biodiesel o idrotrattati olio vegetale (HVO) per le loro locomotive; treni a idrogeno sono in fase di sperimentazione in Europa, come il treno FCH di Alstom, in funzione in Germania e già testato da Austria, Francia, Polonia e Svezia.
Notizia recente che riguarda invece il nostro Paese è la firma di una partnership tra Politecnico di Torino e Wabtec Corporation, un fornitore di livello mondiale di tecnologie e servizi a valore aggiunto per le industrie ferroviarie, focalizzato su decarbonizzazione e creazione di soluzioni sostenibili per il trasporto su rotaia. L’accordo, triennale, prevede una collaborazione reciproca per promuovere innovazione, trasformazione digitale, formazione e istruzione avanzata, e fornire agli studenti opportunità di apprendimento pratico e acquisizione di competenze tecniche, con l’obiettivo condiviso di creare soluzioni per una mobilità sempre più sostenibile. Paolo Pagliero, Vice President of Transit Engineering di Wabtec Corporation, ci aiuta a capire meglio come l’elettronica abbia contribuito all’evoluzione del settore ferroviario e perché oggi è determinante nel rendere più sostenibili treni e ferrovie.
Lei si occupa di diverse linee di prodotti destinate al settore ferroviario: quali sono quelle che dal punto di vista dell’elettronica hanno conosciuto un’innovazione più spinta?
Sicuramente gli impianti frenanti e i sistemi di infotainment e sicurezza per i passeggeri, per motivazioni diverse. Gli impianti frenanti di un treno sono un complesso sistema basato su componentistica meccanica e pneumatica e, negli ultimi anni, l’integrazione con sistemi di controllo elettronico ha permesso un miglioramento sostanziale delle prestazioni e della sicurezza. Posso citare, ad esempio, quanto fatto da Wabtec per il controllo del pattinamento della ruota sulla rotaia, l’equivalente del sistema Abs delle macchine: l’aderenza tra la ruota in acciaio e la rotaia, anch’essa in acciaio, non è molto elevata e diventa ancora più bassa in presenza di acqua o neve o foglie, allungando quindi gli spazi di arresto, anche del 25% circa. Gestire al meglio l’aderenza significa frenare in maggiore sicurezza, ma permettere anche di ridurre la distanza tra due treni sulla stessa linea e, quindi, usare in maniera più efficiente l’infrastruttura. Oggi, grazie ad algoritmi predittivi e a capacità di calcolo maggiori, siamo in grado di migliorare le prestazioni dei sistemi anti-pattinanti, dimezzando l’allungamento delle distanze di frenatura in presenza di bassa aderenza. In aggiunta, grazie ai sistemi di comunicazione basati su protocolli ethernet, possiamo scambiare molti più dati tra le diverse centraline elettroniche del freno e modulare in maniera ottimale lo sforzo frenante del treno, azzerando quasi del tutto l’effetto negativo della bassa aderenza sulla distanza di frenatura. Questo sistema, chiamato DistanceMaster, è un brevetto Wabtec. Sempre sugli impianti frenanti, siamo ora in grado di gestire funzionalità di sicurezza che richiedono un hazard rate pari a 10^-9, ossia il sistema elettronico non può avere un guasto critico per la sicurezza con una frequenza maggiore di un guasto ogni miliardo di ore. Anche questa tecnologia è resa possibile dall’integrazione sempre maggiore di componentistica elettronica, che ha permesso di creare le necessarie ridondanze senza raddoppiare i costi del prodotto. Nel caso dei sistemi di infotainment, invece, dobbiamo innanzitutto considerare che il passeggero di un treno, principalmente nel caso di treni alta velocità o interregionali, oggi si aspetta di ricevere informazioni audio / video chiare, di potersi collegare a un sistema WiFi affidabile e di poter viaggiare in condizioni di buona sicurezza percepita (anche la sera e con treni poco frequentati). Queste esigenze richiedono un enorme sforzo tecnico per realizzarle: backbone ethernet in grado di trasferire importanti quantità di dati audio video attraverso il treno; schermi interni ed esterni in grado di garantire la visibilità in ogni condizione di luce; sistemi audio di alta qualità; collegamento con le centrali di controllo per poter fornire informazioni sui ritardi degli altri treni e le varie coincidenze; collegamento con i database centrali per il download dei contenuti infotainment; telecamere a circuito chiuso un grado di riconoscere autonomamente le condizioni di pericolo e avvisare le centrali di controllo; sistemi di registrazione eventi con memoria sempre maggiore in grado di registrare anche audio e video. Infine, la stessa cyber security è sempre più importante e prioritaria per i sistemi di controllo elettronici usati in un treno.
Come contribuisce oggi l’elettronica a rendere il trasporto ferroviario più sostenibile?
L’elettronica consente di ottenere tre vantaggi principali in termini di sostenibilità. In primo luogo, consente una riduzione di pesi e dimensioni dei sottosistemi di bordo, permettendo quindi, a parità di consumo energetico, un aumento del carico pagante; migliora le capacità diagnostiche che, con l’introduzione di sistemi intelligenti di manutenzione predittiva tramite sensori IoT, hanno permesso un allungamento degli intervalli manutentivi del rotabile, riducendone così i costi di esercizio e riducendo la quantità di parti di ricambio utilizzate; infine, con i moderni sistemi di controllo della trazione è possibile recuperare l’energia prodotta durante la frenatura e riemetterla sulla catenaria o riutilizzarla per caricare le batterie, permettendo importanti risparmi energetici. Una parentesi va aperta anche sui sistemi di trazione a batteria: grazie all’evoluzione della tecnologia delle batterie, la sostituzione dei sistemi di trazione diesel con sistemi a batteria è sempre più vicina. In Europa vi sono sempre più applicazioni dove sistemi a batteria hanno oramai soppiantato il tradizionale motore diesel. Wabtec ha sviluppato per il mercato nordamericano una locomotiva con trazione completamente a batteria, uno sviluppo che sarebbe stato impossibile senza l’evoluzione dell’ultimo decennio.
Guardando agli sviluppi futuri, che treni dobbiamo immaginarci da qui ai prossimi dieci anni?
Tra dieci anni i treni non saranno molto diversi dagli attuali. Non mi aspetto rivoluzioni tecnologiche, ma un continuo miglioramento delle prestazioni. Sicuramente i treni diesel verranno soppiantati da treni elettrici o a batteria e la propulsione a idrogeno inizierà a guadagnare fette di mercato. Le metropolitane saranno sicuramente tutte a guida autonoma, ma non prevedo che lo stesso sarà possibile per i treni ad alta velocità e regionali. Potrebbero apparire i primi sistemi autonomi per linee ferroviarie isolate e a bassa densità (primi test sono in corso in Francia) e il sistema di trasporto ferroviario europeo sarà molto più integrato con gli altri sistemi di trasporto, aereo e su gomma, per garantire con un singolo sistema di ticketing un trasporto punto-punto completo.
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