Batteridrevne tog kunne være en klimaforandrer. Er alle ombord?

Kolossale fragtlokomotiver er en fast del af det amerikanske landskab, men deres 4.400 hestekræfter motorer forbrænder tilsammen 3,5 milliarder liter diesel årligt, på et tidspunkt, hvor jernbaner og andre fossile brændstoffer står over for pres for at reducere forurening og drivhusgasemissioner.

Med lidt fanfare er industrien dog begyndt at drive lokomotiver, der kører på lagret elektrisk strøm, og bevæger sig mod en fremtid, hvor legetøjsbutikker ikke er den eneste kilde til batteritog. Amerikanske passagerlinjer kan også blive forvandlet af teknologien, selvom californiske jernbaneembedsmænd siger, at det ikke vil fungere for statens bullet train.

I en netop afsluttet test kørte BNSF et godstog fra Barstow til Stockton med et eksperimentelt batterilokomotiv, koblet med to diesellokomotiver, og opnåede en reduktion på 11 % i brændstofforbruget sammen med lignende reduktioner i emissioner af nitrogenoxider, små partikler og drivhusgasser. En opgraderet fremtidig driftsversion forventes at forbedre brændstofeffektiviteten med 30 %.

Testen var et "definerende øjeblik for godstog", der accelererede industrien til eventuelle nul-emissionslokomotiver, sagde Eric Gebhardt, teknologichef hos Wabtec, som udviklede systemet ved sit forskningscenter nær Lake Erie i det nordlige Pennsylvania.

Batteri- og brintbrændselscelledrevne tog er blandt jernbaneindustriens eneste levedygtige muligheder for at reducere drivhusgasser. Hvert batterilokomotiv, der erstatter en diesel, vil reducere kuldioxidemissionerne med 3.000 tons om året, vurderer Wabtec.

Men det er usandsynligt, at de hurtigt kan erstatte dieseldrevne tog. Amerikanske godsjernbaner er oversvømmet af overskydende lokomotiver, og ingen kan forudsige, hvad batteridrevne systemer vil koste sammenlignet med eksisterende dieselmotorer til 3 millioner dollars.

"Batterilokomotiver er mulige," sagde Michael Iden, en konsulent, der var Union Pacifics mangeårige direktør for lokomotivteknik. Iden sammenligner Wabtecs præstation med Wright-brødrenes første motordrevne flyvning:et proof of concept klar til udvikling. De vil snart blive testet i havne og jernbanegårde i Californien, bemærkede han.

Når det er sagt, "Estimering af omkostningerne ved kommercielt tilgængelige i produktionsbatterilokomotiver er efter min mening som at forudsige prisen på flere fuldt anlagte fire-værelses, tre-bils garageboliger med pools i jorden på Mars," sagde Iden. "En dag kan sådanne hjem eksistere på Mars, men det er langt væk."

Meget vil afhænge af, i hvor høj grad statslige og føderale regulatorer presser jernbanerne for at rense deres emissioner. Her i Californien ønsker staten Air Resources Board, at jernbanerne skal reducere eller endda fjerne dieselmotorer i de næste 14 år.

Transportsektoren står for 29% af USA's drivhusgasemissioner. Inden for den kategori tegner jernbaneindustrien, som flytter 40 % af langdistancegodset, sig for kun 2 % ifølge data fra U.S. Environmental Protection Agency. Men godstog såvel som lastbiler udsætter mange befolkede bykorridorer, især kvarterer nær havnene i Long Beach og Los Angeles, for sod og forurening.

"Vi kan gøre mere," sagde Ian Jefferies, præsident for Assn. of American Railroads, med henvisning til potentialet i batteridrevne tog. "Det er en god forretning at reducere emissioner og reducere brændstofforbruget og afspejler samfundets mål." Samtidig skubber Jefferies og hans organisation tilbage mod foreslåede regler for at eliminere dieselmotorer og siger:"Det giver ikke mening."

Severin Borenstein, en energiekspert og professor ved UC Berkeley's Haas School of Business, sagde, at jernbaner sandsynligvis ikke vil få et frikort på klimaændringsspørgsmål.

"Det faktum, at jernbaner allerede er den mest effektive transportkilde, er fantastisk, men vi er alle nødt til at reducere drivhusgasser," sagde han. "Jernbaner er en vigtig kilde til drivhusgasser."

Bortset fra gods giver batteri- og brændselscelledrevne tog løfte om at opgradere amerikanske passagertog, som generelt kører på skinner ejet af godsjernbaner, såsom BNSF og Union Pacific. Disse virksomheder modsætter sig elektriske luftledninger - såsom dem, der driver by-letbaner - på grund af potentiel interferens med godsdrift. Batterier og brændselscelle lokomotiver eliminerer den potentielle konflikt.

I San Bernardino venter amtets transportmyndighed på levering af et brintbrændselscelledrevet passagertog, som skal tages i brug i 2024 på Metrolinks pendelbanesystem. Toget er under udvikling i Schweiz af Stadler, som også laver en linje af højhastighedstog, der kører på ledninger.

Udover at reducere forureningen kan Stadler-toget accelerere og sænke farten hurtigere end en diesel, hvilket reducerer rejsetiderne - meget ligesom elektriske køretøjer, der efterligner muskelbiler fra 1960'erne - og vil sandsynligvis appellere til ryttere med en stærk miljøoverbevisning.

"Vi er i begyndelsen af ​​en overgangsperiode, og der er meget bevægelse i teknologien," siger Guido Vogel, Stadlers ingeniørchef. "Der er et politisk skub for at komme væk fra dieselfremdrift."

Den amerikanske jernbaneindustri har tidligere foretaget vigtige transformationer, fra træ til kul og kul til olie, før dens nuværende afhængighed af diesel. I dag driver det, hvad der anses for at være det mest effektive fragtsystem i verden.

Omkring 23.000 lokomotiver kører hver dag på landets jernbanenet. Halvdelen af ​​dem opererer i Californien. Selvom de er omkring fire gange mere brændstofeffektive end store riglastbiler - i form af ton-mile, der trækkes - forbrænder de omkring en gallon diesel for hver 2.000 fod.

Læg det hele sammen, og dette 3,5 milliarder gallon årlige forbrug af diesel ville fylde en flod 10 fod dyb og 25 fod bred fra Los Angeles til Phoenix.

California Air Resources Board, som hjalp med at finansiere Wabtec-testen, mener, at tog er en for stor kilde til drivhusgasser til at undslippe yderligere regulering.

Luftregulatorer begyndte at klemme ned på godsjernbanerne, specifikt BNSF og Union Pacific, i 1998, da de underskrev en frivillig pagt, der krævede brugen af ​​nyere dieselmotorer, der producerede mindre forurening. Men aftalen forpligtede jernbanerne til at bruge endnu nyere generationer af dieselmotorer. I dag driver de to jernbaner kun 472 af de mest moderne systemer, kendt som Tier 4-dieselmotorer, ud af de 11.217, som de kører i Californien til enhver tid, ifølge en årlig rapport til luftstyrelsen.

"Der er intet, der tvinger dem til at skille sig af med deres Tier 0-lokomotiver," sagde Ajay Mangat, tilsynsførende for luftstyrelsens fragtsystemsektion.

Luftfartsstyrelsens personale er ved at forberede komplekse regler for at eliminere jernbaneemissioner inden 2035, selvom det afhænger af teknisk gennemførlighed, sagde han. Forslaget går til afstemning i luftbestyrelsen næste år.

Jefferies, chef for jernbanesammenslutningen, sagde, at de foreslåede regler ignorerer en frivillig reduktion på 70 % i Californiens emissioner siden 2005. Mere præcist hævder foreningen, at luftstyrelsen ikke har nogen juridisk jurisdiktion, fordi jernbaner kun er underlagt føderal regulering, en langvarig berettigelse .

Selvom det ikke lykkes flyvestyrelsen at indføre skrappe regler, er jernbaner, som med andre industrier, udsat for pres fra mange retninger:aktionærer, kunder, medarbejdere og fortalergrupper.

I Japan, Tyskland, Det Forenede Kongerige og USA er omkring et halvt dusin jernbaneudstyrsproducenter ved at udvikle systemer, der kan drive tog enten på batterier eller brintbrændselsceller, ifølge en industriforskningsrapport.

Wabtecs Gebhardt sagde, at forudgående omkostninger ved et batteridrevet lokomotiv vil være højere end en traditionel diesel, men brændstofomkostningerne med elektrisk opladning vil være lavere. Da eksisterende lokomotiver bruger dieselmotorer til at generere strøm, der driver elektriske traktionsmotorer, er det kun produktionen af ​​elektricitet, der skal løses.

"Det giver økonomisk mening med batterier, der bliver eksponentielt bedre," sagde Gebhardt.

I California-testen genoplades batterierne, hver gang toget bremser til et stop, hvilket er hyppigt langs godsruter. Wabtec-toget genopladede sine batterier gennem regenerativ bremsning på den stejle 4.000 fods nedstigning fra Tehachapi-passet til San Joaquin-dalen, for eksempel.

Et andet batteridrevet lokomotiv vil forankre et demonstrationsprojekt ved Pacific Harbor Line i havnene i Los Angeles og Long Beach. Lokomotivet på 3.200 hestekræfter, lavet af Progress Rail, en enhed af Caterpillar, kan trække biler rundt i havnen i 24 timer på én opladning. Union Pacific har lige købt et batteridrevet lokomotiv til brug i en af ​​sine californiske omstillingspladser.

Carrie Schindler, direktør for transit- og jernbaneprogrammer for San Bernardino County Transportation Authority, sagde, at dets Stadler-togsæt med to biler vil blive taget i brug på en nybygget nimile-linje mellem San Bernardino og Redlands, hvilket vil foretage 16 returflyvninger om dagen ved 79 mph.

Et elektrisk tog er mere energieffektivt end en elbil på en passagerbasis, sagde Vogel, Stadlers ingeniørchef.

Schindler sagde, at programmet på 23 millioner dollars til teknologiudvikling og togsæt vil muliggøre betydelige emissionsreduktioner uden de enorme omkostninger ved at bygge højspændingsledninger. Caltrain-pendlersystemet mellem San Jose og San Francisco betaler 2 milliarder dollars for kun 50 miles af luftledninger.

I øjeblikket ser det ud til, at det er usandsynligt, at den californiske bullet train-myndighed vil omfavne teknologien. Da administrerende direktør Brian Kelly blev spurgt om det ved en nylig lovgivningsmæssig høring, sagde, at foreslåede trådløse tog ikke ville opfylde mandatet for 220 mph-hastighed, der er skrevet ind i loven. Jernbanemyndigheden er i gang med at udstede en kontrakt i år for et kablet system og relaterede tog, selvom han sagde, at myndigheden vil overvåge batteriteknologi.

Jernbanemyndighedens planer kom op i de seneste forhandlinger med den lovgivende forsamling om yderligere finansiering, hvilket vækkede bekymring for, om kugletoget ikke overvejer potentialet for en teknologi, der ændrer spillet. Lovgivende ledere gik uden nogen aftale om at bevilge flere penge, ifølge en person, der er bekendt med forhandlingerne om lukkede døre, men ikke var autoriseret til at tale offentligt om dem.