Öffentlich-private Partnerschaften sind entscheidend für die Förderung der Einführung nachhaltiger Energietechnologien und alternativer Kraftstoffe
Die Welt sucht nach Möglichkeiten, die Treibhausgasemissionen zu reduzieren, und die Transportbranche bietet eine enorme Chance, nachhaltige Lösungen zu entwickeln. Das globale Schienennetz ist ein wichtiger Teil der Antwort. Die Eisenbahnen sind das sauberste und effizienteste Mittel, um Menschen und Güter an Land zu transportieren. Der Transport von Gütern auf der Schiene statt auf Lastwagen senkt die Treibhausgasemissionen (THG) im Durchschnitt um 75%
Obwohl die Bahnindustrie und Wabtec bereits eine führende Position im Bereich Nachhaltigkeit einnehmen, konzentrieren sie sich auf kontinuierliche Verbesserungen mit dem Ziel eines emissionsfreien Schienennetzes. Die Evolution Series Tier 4 von Wabtec war die erste Güterlokomotive, die die strengen Tier-4-Emissionsstandards der US-Umweltschutzbehörde (EPA) erfüllte. Fast 10 Jahre nach der Auslieferung der ersten Tier-4-Lokomotive steht die Bahnindustrie an der Schwelle zum technologischen Fortschritt bei der Versorgung von Lokomotivenflotten mit alternativen Energiequellen wie Batterien und schließlich Wasserstoffbrennstoffzellen.
Wabtec investiert und entwickelt alternative Energietechnologien, die zur Dekarbonisierung der Bahnindustrie benötigt werden. Die Lösung des Puzzles der Dekarbonisierung ist mehr als nur die Einführung bahnbrechender Technologien. Um die Eisenbahnindustrie wirklich zu dekarbonisieren, müssen mehrere Puzzleteile zusammenpassen. Die Branche benötigt die Technologie, die nachweislich in der realen Welt funktioniert, gefolgt von der unterstützenden Infrastruktur und schließlich der kommerziellen Einführung und behördlichen Genehmigungen, um nur einige zu nennen.
Fortschritte können nicht erzielt werden, wenn die Interessengruppen alleine handeln. Aus diesem Grund arbeitet Wabtec mit einer Vielzahl von Partnern — Kunden, Lieferanten, akademischen Einrichtungen, nationalen Laboratorien und Regierungsbehörden — zusammen, um alternative Energietechnologien für die Bahnindustrie voranzutreiben. Investitionen in öffentlich-private Partnerschaften, die diese unterschiedlichen Interessengruppen zusammenbringen, könnten für die Bahnindustrie transformativ sein, da sie versucht, die Infrastruktur für saubere Energien zu dekarbonisieren und zu entwickeln, um ihre Kunden am Laufen zu halten.
Damit alle Puzzleteile zusammenkommen, müssen die Technologie, die Infrastruktur und das regulatorische Umfeld parallel voranschreiten. In der einzigartigen Position von Wabtec als Innovationsführer in der Bahnindustrie arbeitet das Unternehmen mit wichtigen Interessengruppen zusammen, um die Innovation alternativer Kraftstoffe voranzutreiben, die Entwicklung der Infrastruktur zu unterstützen und gleichzeitig mit den Aufsichtsbehörden zusammenzuarbeiten, um diese neuen Technologien zu handhaben.
Wabtec arbeitet zusammen, um Energieeffizienz und alternative Kraftstoffe voranzutreiben
Der Weg zur Dekarbonisierung des Verkehrs hat viele Wege. Wabtec trägt durch eine wachsende Zahl von Initiativen zu einer nachhaltigeren Welt bei. Einige haben unmittelbare Auswirkungen und andere haben einen längeren Horizont. In allen Fällen arbeitet Wabtec partnerschaftlich mit seinen Lieferanten, Kunden, externen Experten, Hochschulen, Behörden und anderen Akteuren der Wertschöpfungskette im Transportwesen zusammen.
Die Umstellung auf Biokraftstoffe reduziert die CO2-Emissionen erheblich, da in Wabtec-Lokomotiven mehr Biodiesel (B20) und erneuerbarer Diesel (R55) verwendet werden. Wabtec arbeitet mit BNSF Railway, Union Pacific Railroad und anderen Eisenbahnlinien der Klasse 1 zusammen, um diese kohlenstoffarmen Kraftstoffe zu testen, mit denen die CO2-Emissionen heute sofort reduziert werden können. Aufgrund der Vielzahl von Tests und Treibstoffen kann das Unternehmen die Verwendung von bis zu 20% Biodiesel und bis zu 100% erneuerbarem Diesel in den vier wichtigsten Triebwerkstypen von Wabtec genehmigen.
Die neue FLXDrive-Batterielokomotive von Wabtec ist selbst das Ergebnis einer wegweisenden öffentlich-privaten Partnerschaft. Mit einem Zuschuss des California Air Resource Board in Höhe von 22,6 Millionen US-Dollar arbeiteten Wabtec, BNSF und der San Joaquin Valley Air Pollution Control District gemeinsam an einem Pilotprojekt der weltweit ersten zu 100% batteriebetriebenen Schwerlastlokomotive, die von 18.000 Lithium-Ionen-Batteriezellen angetrieben wird. Der Erfolg dieses Pilotprojekts beschleunigte die Vermarktung des FLXDrive. Bestellungen von Kunden in Australien, Brasilien, Kanada und den Vereinigten Staaten gingen ein.
Die Dekarbonisierung beschränkt sich nicht nur auf die Güterlokomotiven von Wabtec. Das Unternehmen hat sich mit der Deutschen Bahn zusammengetan, um die erste Klimaanlage der Bahnindustrie zu testen, die ein sauberes und umweltfreundliches natürliches R290-Kältemittel verwendet. Das Unternehmen entwickelt das Green Air System mit intelligenten Betriebsabläufen weiter, bei denen die Klimaanlage abgeschaltet wird, wenn sich die Waggontüren öffnen, um Kosten zu sparen und den CO2-Ausstoß zu reduzieren.
Sie spielen eine Rolle bei der Entwicklung der Infrastruktur für Wasserstoffbrennstoffe
Mit Blick in die Zukunft ist der Antrieb von Lokomotiven mit Wasserstoff eine der vielversprechendsten alternativen Energieoptionen für die Dekarbonisierung des Schienenverkehrs. Wabtec untersucht zwei Ansätze. Die erste beinhaltet die Umstellung von Verbrennungsmotoren auf eine Mischung aus Wasserstoff und Diesel. Die zweite ist der Antrieb von Lokomotiven mit Wasserstoffbrennstoffzellen.
Durch die Zusammenarbeit, die Wabtec mit seinen Partnern durchführt, sind sie auf dem besten Weg, noch in diesem Jahrzehnt den Machbarkeitsnachweis für wasserstoffbetriebene Weichenlokomotiven zu demonstrieren. Lokomotiven der Hauptstrecke werden bald darauf folgen.
Lokomotiventechnik-Roadmap für Nachhaltigkeit
Wasserstoff ist eine saubere Energieoption mit einem enormen Potenzial, aber die Umstellung ist ein komplexes Unterfangen, das die Möglichkeiten eines einzelnen Unternehmens übersteigt. Zu den öffentlich-privaten Wasserstoffpartnerschaften von Wabtec gehören Forschungs- und Entwicklungskooperationsvereinbarungen mit Oak Ridge, Argonne und Sandia National Labs, drei multidisziplinären wissenschaftlichen und technischen Forschungszentren, die Exzellenzzentren für energietechnische Lösungen sind.
Wabtec arbeitet auch mit dem Office of Science des Energieministeriums zusammen, um im National Transportation Research Center auf dem Campus des Oak Ridge National Lab einen Einzylinder-Motor für Zweistofflokomotiven zu installieren. Diese Zusammenarbeit bietet spannende Möglichkeiten für die Bahnindustrie. Es gibt eine große installierte Basis von mehr als 20.000 Lokomotiven, die nachgerüstet werden könnten, um Wasserstoff zu verbrennen. Diese Option würde es den Eisenbahnen ermöglichen, die Investitionen in ihre derzeitigen Flotten zu maximieren und gleichzeitig die Lokomotiven auf eine sauber verbrennende Energiequelle umzustellen.
Die Arbeit des Argonne National Laboratory konzentriert sich auf die Modellierung der Wasserstoffinjektion und -verbrennung. Das vierjährige Projekt wird die Hochleistungscomputer des Labors in Zusammenarbeit mit dem Softwareentwickler Convergent Science, Inc. nutzen, um Simulationssoftware zu entwickeln. Das Team wird in der Lage sein, das Verhalten von Verbrennungsmotoren unter sich ändernden Betriebsbedingungen und Hardware-Modifikationen zu testen und vorherzusagen, wodurch der Entwicklungsprozess beschleunigt und die Kosten gesenkt werden, um den Wirkungsgrad des Motors zu optimieren.
Im Rahmen der Arbeiten des Sandia National Laboratory, die durch einen Bundeszuschuss finanziert werden, werden Vorschläge für Wasserstoffstandards und -vorschriften für die Bahnindustrie ausgearbeitet. Die Federal Railroad Administration und die Technical Advisory Group der Association of American Railroads für alternative Treibstoffe beteiligten sich ebenfalls an den Untersuchungen des Sandia National Lab zu den Sicherheits- und Konstruktionsanforderungen für Lokomotiven mit Wasserstoffantrieb.
Wabtec arbeitet auch an Lokomotiven, die mit Wasserstoffbrennstoffzellen betrieben werden. Das ultimative Ziel dieser Bemühungen ist eine emissionsfreie Lokomotive, die die heutigen dieselelektrischen Lokomotiven ersetzen soll. Wasserstoff-Brennstoffzellen haben noch nicht die Leistungsdichte, um eine Straßenlokomotive anzutreiben. Wabtec arbeitet mit verschiedenen Anbietern zusammen, um Brennstoffzellenlösungen für Lokomotivanwendungen zu entwickeln.
Welche Infrastruktur wird für Wasserstoffenergie benötigt?
Lokomotiven mit Wasserstoffantrieb sind nur ein Teil dessen, was erforderlich ist, um diesen alternativen Kraftstoff kommerziell nutzbar zu machen. Dazu ist eine komplette Überholung der Infrastruktur erforderlich.
Zu den wichtigsten Hindernissen für eine wasserstoffbetriebene Eisenbahnindustrie gehören heute:
- Die hohen Kosten von grünem Wasserstoff im Vergleich zu Dieselkraftstoff
- Fehlende Lager- und Betankungsmöglichkeiten, die den Zugang zum Kraftstoff entlang der Schienenwege ermöglichen
- Änderungen im Eisenbahnbetrieb in Bezug auf Sicherheitsverfahren, Ausbildung von Besatzung und Ausrüstung, Gewerkschaftsvereinbarungen, Wartung, Abstimmung mit den Ersthelfern bei Zwischenfällen und Unfällen und mehr
Um die Wasserstoffwirtschaft wieder in Schwung zu bringen, sah der Infrastructure Investment and Jobs Act (IIJA), der 2021 von Präsident Biden unterzeichnet wurde, 8 Milliarden US-Dollar an Bundesmitteln für die Entwicklung des Regional Hydrogen Hub-Programms des Energieministeriums vor. Dieses Programm zielt darauf ab, wichtige Komponenten der Wasserstoffinfrastruktur an sieben regionalen Wasserstoffproduktionszentren auszubauen. Diese Hubs sollen bis zu einem Drittel des auf dem Markt benötigten Wasserstoffs produzieren.
Wabtec unterstützte das Wasserstoffprogramm des Energieministeriums und trug zur Entwicklung der Strategie zur Umsetzung des Wasserstoffhubs bei. Wabtec unterstützte auch einige Anträge, um sich einen Teil der staatlichen Finanzierung von Wasserstoffhubs zu sichern. Sie arbeiteten mit HyVelocity zusammen, einer Zusammenarbeit gemeinnütziger Forschungsorganisationen und Hochschulen an der Golfküste. In ähnlicher Weise unterstützten sie die Machh2 Alliance für das regionale Wasserstoffzentrum im Mittleren Westen.
Wabtec arbeitet mit seinen Kunden zusammen, um sicherzustellen, dass die Bedürfnisse der Bahnindustrie genau verstanden werden, da diese neue Infrastruktur an regionalen Wasserstoffknotenpunkten entwickelt wird. Der Einsatz von Wasserstoff zum Antrieb von Lokomotiven wäre heute ohne nennenswerte technologische Fortschritte und Infrastruktur eine Herausforderung.
Das Betanken einer Lokomotive wäre zeitaufwändig. Derzeit dauert es weniger als 30 Minuten, einen 5.000-Gallonen-Dieseltank zu füllen. Das Auftanken einer entsprechenden Menge gasförmigen Wasserstoffs würde 6,5 Stunden dauern, was die Logistik stören und die Auslastung der Anlagen negativ beeinflussen würde.
Doch noch bevor das Problem der Betankung gelöst werden kann, benötigen die Betreiber von Lokomotiven eine Infrastruktur, die den Zugang zu kohlenstoffarmem Wasserstoff ermöglicht. Der größte Teil des Wasserstoffs wird durch Elektrolyse hergestellt, wofür bezahlbares und reichlich vorhandenes Wasser und Strom benötigt werden. Diese Ressourcen zur Herstellung von Wasserstoff befinden sich selten in der Nähe von Bahnhöfen, was Transport und Lagerung zu einer Herausforderung macht.
Mit den entsprechenden Sicherheitseinrichtungen und behördlicher Unterstützung könnte die Eisenbahn die „virtuellen Pipelines“ für die Wasserstoffwirtschaft der Zukunft sein. Die Schiene könnte problemlos an Wasserstoffproduktionsanlagen angeschlossen werden, die über Verteilungsnetze verfügen, über die Lokomotiven und andere Transportmittel angetrieben werden. Der Transport von Wasserstoff auf der Schiene ist kostengünstiger, schneller umzusetzen und bietet im Vergleich zu Pipelines eine größere Flexibilität als der Einsatz von Lastwagen. Der Schienenverkehr bringt den Kraftstoff über die bestehende Infrastruktur näher an die Nutzer. Schienenfahrzeuge, die für den Transport von Wasserstoff eingesetzt werden, können auch als Lagertanks vor Ort dienen, um die Kosten für den Ausbau der Infrastruktur weiter zu senken. Für die Infrastruktur wird auch Ausrüstung benötigt, die den Eisenbahnstandards für größere Schwerlastanwendungen entspricht.
Letztlich werden auch Eisenbahnen, die mit wasserstoffbetriebenen Wabtec-Lokomotiven betrieben werden, zu den Nutzern dieses alternativen Kraftstoffs gehören, wodurch sich der Kreislauf in der Wasserstoff-Wertschöpfungskette schließt.
Überwindung regulatorischer Hindernisse
Neue Technologien sind manchmal mit komplexen und unvorhergesehenen regulatorischen Problemen konfrontiert, die eine Partnerschaft und Zusammenarbeit zwischen Regulierungsbehörden und Industrie erfordern. „Als weltweit führendes Unternehmen im Bereich der Bahntechnik ist es wichtig, dass Wabtec sein fundiertes Fachwissen und seine Erfahrung mit einbringt, während die Regulierungsbehörden versuchen, neue Vorschriften und Standards zu entwickeln, die für die Wasserstoffwirtschaft gelten“, sagt Jennifer Shea, Corporate Vice President für Regulierungsfragen bei Wabtec. „Die Forschungs- und Entwicklungsbemühungen des Unternehmens in Zusammenarbeit mit nationalen Labors und akademischen Einrichtungen sowie unsere Teilnahme an führenden Branchenkoalitionen bieten einzigartige Möglichkeiten, Wabtecs Rolle bei der Entwicklung von Technologien zu demonstrieren, die zur Dekarbonisierung der Bahnindustrie führen werden.“
Mit Blick auf die Zukunft dokumentierten Wabtec und Sandia National Laboratories die Risikobewertung von Design und Betankung für Wasserstofflokomotiven und Tender, ein Projekt, das der Regulierungsbehörde und der Industrie wichtige Informationen bei der Entwicklung technischer Standards für die Wasserstoffwirtschaft liefert.
Das Unternehmen ist auch in der Fuel Cell & Hydrogen Energy Association aktiv und informiert über bundesstaatliche Richtlinien sowie über Vorschriften, Kodizes und Standards.
Ein Bekenntnis zu Partnerschaften, die die Einführung alternativer Kraftstoffe vorantreiben
„Wir freuen uns auf den Bau der Wasserstoffinfrastruktur für den Einsatz im Schienenverkehr“, sagt Philip Moslener, Corporate Vice President für fortschrittliche Technologien bei Wabtec. „Es ist wichtig, dass wir heute die CO2-Emissionen reduzieren. Wir unterstützen Kunden mit sauberen Energielösungen, die sie jetzt implementieren können und die auch die Effizienz ihres Betriebs steigern und ihrem Geschäftsergebnis zugutekommen.“
Es ist leicht, sich vom Hype verschiedener alternativer Energieoptionen mitreißen zu lassen. Da bei Wabtec-Produkten das Rad auf die Schiene trifft, besteht die Aufgabe des Unternehmens darin, diese Visionen Wirklichkeit werden zu lassen. Das bedeutet, die Technologie zu verstehen und zu wissen, was praktisch sinnvoll ist. Wabtec investiert umsichtig in gut geführte Forschungs- und Entwicklungsprojekte und arbeitet mit sorgfältig ausgewählten Partnern aus Regierung und Industrie zusammen. Die Philosophie von Wabtec ist, dass Erfolg nicht am Ehrgeiz gemessen wird, sondern daran, was sie für das globale Schienennetz erreichen.
Durch die Zusammenarbeit mit Regierungen und Industriepartnern wird Wabtec Entwicklungen vorantreiben, die den Markt für die Dekarbonisierung bereit machen. Inzwischen ist Wabtec bereit, die Produkte anzubieten, die der Markt für eine grünere Zukunft benötigt.