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Zusammenarbeit bei der CO2-Reduzierung
Der Klimawandel steht im Mittelpunkt des globalen Bewusstseins. Es ist Realität, und die Reduzierung der Treibhausgasemissionen (THG) ist ein Schwerpunkt für alle im öffentlichen und privaten Sektor. Noch wichtiger ist, dass sie die Entwicklung neuer Technologien erfordert, die sich dieser globalen Herausforderung stellen.
Eine dieser neuen Technologien ist Wasserstoff. Diese Technologie wird in der Vision von Wabtec, ein emissionsfreies globales Schienennetz zu erreichen, eine Rolle spielen. Angesichts der Kosten und des Reifegrads der Technologie ist sie derzeit jedoch noch nicht für die kommerzielle Umsetzung in der Güterbahnbranche bereit. Dies ist eine monumentale Aufgabe, die einen kollaborativen Ansatz erfordert, um die Lücke zwischen neuer Technologie und praktischer Anwendung zu schließen.
Um Lösungen für den Einsatz von Wasserstoff in der Bahnindustrie zu finden, schloss Wabtec Kooperationsvereinbarungen für Forschung und Entwicklung (CRADA) mit den Oak Ridge und Argonne National Labs — zwei der landesweit führenden Exzellenzzentren, die sich auf energietechnische Lösungen spezialisiert haben. Diese Woche starteten Forscher des multidisziplinären Teams das Projekt und feierten die Installation des Einzylinder-Zweistofflokomotivmotors von Wabtec im National Transportation Research Center, einer Benutzereinrichtung des Energieministeriums Office of Science im Oak Ridge National Lab (ORNL).
Diese Zusammenarbeit ist Teil des Dual-Path-Technologieansatzes von Wabtec im Bereich der Wasserstoffversorgung im Schienenverkehr. Ein Ansatz besteht darin, Brennstoffzellen als alternative Energiequelle für Lokomotiven zu verwenden. Im vergangenen Jahr kündigte Wabtec eine Zusammenarbeit mit General Motors im Bereich Brennstoffzellen an, einem Bereich, in dem der Autohersteller über enormes Fachwissen verfügt.
Der parallele Ansatz verbessert die bestehenden Verbrennungsmotoren von Wabtec für die Verbrennung von Wasserstoff. Dieser Ansatz steht im Mittelpunkt des CRADA mit den beiden nationalen Labors.
Das Team konzentriert sich darauf, die Wasserstoffverbrennungstechnologie mithilfe des Wabtec-Motors von der Simulation bis zur Realisierung zu entwickeln. Wasserstoff als Kraftstoff hat viele Vorteile, aber Lokomotivmotoren müssen modifiziert werden, um einen sicheren, effizienten und sauberen Betrieb zu gewährleisten. Das Team wird Hardware und Steuerungsstrategien für den Motor entwickeln, der mit Wasserstoff und Dieselkraftstoff betrieben wird, um die Machbarkeit der Verwendung alternativer Kraftstoffe zu demonstrieren.
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„Wir freuen uns, Teil dieser Zusammenarbeit zu sein, da sie der Notwendigkeit der Dekarbonisierung der Schienenindustrie Rechnung trägt, indem die Wasserstoffmotorentechnologie sowohl für aktuelle als auch für zukünftige Lokomotiven weiterentwickelt wird“, sagte Josh Pihl, ein angesehener ORNL-Forscher und Gruppenleiter für angewandte Katalyse- und Emissionsforschung. „Es ist auch ein perfektes Beispiel dafür, wie eine vom DOE finanzierte Zusammenarbeit zwischen der Industrie und nationalen Laboratorien die Entwicklung und Vermarktung von Technologien zur Reduzierung der CO2-Emissionen im Verkehr beschleunigen kann.“
In der ersten Phase des Projekts wird das ORNL-Team an Änderungen der Hardware für die Nachrüstung von Lokomotiven arbeiten. Ihr Ziel ist es, die CO2-Emissionen der rund 25.000 Lokomotiven zu reduzieren, die bereits in Nordamerika im Einsatz sind. Lokomotiven haben eine Lebensdauer von mehr als 30 Jahren, sodass der Austausch der gesamten Flotte Jahrzehnte dauern würde.
In der zweiten Phase des Projekts werden ORNL und Wabtec die Motorhardware weiter verändern, um die Menge an Wasserstoff zu erhöhen, die verwendet werden kann. Das Team hat sich zum Ziel gesetzt, Diesel in neuen Lokomotiven vollständig durch Wasserstoff oder kohlenstoffarme Kraftstoffe zu ersetzen.
Gleichzeitig wird Argonne auf mehr als ein Jahrzehnt Erfahrung in der Modellierung von Wasserstoffeinspritzung und -verbrennung zurückgreifen, um einen Modellierungsrahmen für die Untersuchung von Verbrennungs- und Emissionskontrolltechnologien zu schaffen, die in Wasserstoffverbrennungsmotoren zum Einsatz kommen. Experten für Kraftstoffeinspritzung, Kinetik und Verbrennungsmodellierung, Konstruktionsoptimierung, Hochleistungsrechnen und maschinelles Lernen werden das Projekt von Anfang bis Ende begleiten.
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„Viele Eisenbahnen verfolgen ehrgeizige Ziele, wenn es um CO2-Reduktionen geht, die in den nächsten zehn Jahren im Bereich von 30 Prozent liegen“, sagte Eric Gebhardt, Chief Technology Officer von Wabtec. „Die Ergebnisse dieser CRADA mit Argonne und Oak Ridge National Labs werden wesentlich zur Dekarbonisierung der Eisenbahnindustrie durch den Einsatz von Wasserstoff beitragen. Dies wird dazu beitragen, die Technologie so zu positionieren, dass sie kostengünstig ist und praktisch für den Bahnbetrieb eingesetzt werden kann.“
Wabtec geht davon aus, dass die Wirtschaftlichkeit von Wasserstoff tragfähig sein wird, was letztendlich zur kommerziellen Einführung sowohl einer Nachrüstung als auch einer neuen Einheit führen wird. Dies basiert darauf, dass sich die Kosten und die Leistung von Brennstoffzellen im Laufe des Jahrzehnts dramatisch verbessert haben und dass die Kosten für grünen Wasserstoff im gleichen Zeitraum sinken und weiter verfügbar sind.
Die Zusammenarbeit mit den Laboren ist ein weiteres Beispiel dafür, wie Wabtec investiert, um die Bahnindustrie im Bereich Wasserstoff anzuführen, wie es bei den Tier 4- und batterieelektrischen Lokomotiven der Fall war.
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