I partenariati pubblico-privato sono fondamentali per promuovere l'adozione di tecnologie energetiche sostenibili e combustibili alternativi
Il mondo è alla ricerca di modi per ridurre le emissioni di gas serra e il settore dei trasporti rappresenta un'enorme opportunità per fornire soluzioni sostenibili. La rete ferroviaria globale è una parte fondamentale della risposta. Le ferrovie sono il mezzo più pulito ed efficiente per trasportare persone e merci via terra. Lo spostamento delle merci su rotaia anziché su camion riduce le emissioni di gas a effetto serra (GHG) in media del 75%.
Pur occupando già una posizione di leadership in materia di sostenibilità, l'industria ferroviaria e Wabtec si concentrano sul miglioramento continuo, con l'obiettivo di una rete ferroviaria a emissioni zero. La serie Evolution Tier 4 di Wabtec è stata la prima locomotiva per il trasporto merci a soddisfare i severi standard di emissione Tier 4 dell'Agenzia per la protezione dell'ambiente degli Stati Uniti (EPA). Quasi 10 anni dopo la consegna della prima locomotiva Tier 4, l'industria ferroviaria è all'apice dei progressi tecnologici per alimentare le flotte di locomotive con fonti di energia alternative come le batterie e, infine, le celle a combustibile a idrogeno.
Wabtec sta investendo e sviluppando tecnologie energetiche alternative necessarie per decarbonizzare il settore ferroviario. Risolvere il puzzle della decarbonizzazione è molto più che introdurre tecnologie rivoluzionarie. Una vera decarbonizzazione del settore ferroviario richiede la risoluzione di diversi pezzi del puzzle. Il settore ha bisogno di una tecnologia che dimostri di funzionare nel mondo reale, seguita dall'infrastruttura di supporto e, infine, dall'adozione commerciale e dalle approvazioni normative, solo per citarne alcuni.
I progressi non possono essere compiuti se le parti interessate agiscono da sole. Ecco perché Wabtec sta collaborando con un gruppo eterogeneo di partner (clienti, fornitori, istituzioni accademiche, laboratori nazionali e agenzie governative) per promuovere le tecnologie energetiche alternative per il settore ferroviario. L'investimento in partnership pubblico-privato che riuniscano queste diverse parti interessate potrebbe essere trasformativo per il settore ferroviario, in quanto cerca di decarbonizzare e sviluppare infrastrutture energetiche pulite per aiutare a mantenere i suoi clienti in movimento.
Affinché tutti i pezzi del puzzle si uniscano, la tecnologia, l'infrastruttura e il contesto normativo devono progredire su percorsi paralleli. Nella posizione unica di Wabtec come innovatore leader nel settore ferroviario, l'azienda sta collaborando con le principali parti interessate per guidare l'innovazione dei carburanti alternativi, sostenere lo sviluppo delle infrastrutture, collaborando anche con gli organismi di regolamentazione per gestire queste tecnologie emergenti.
Wabtec collabora per promuovere l'efficienza energetica e i combustibili alternativi
Il modo per decarbonizzare i trasporti ha molte strade. Wabtec sta contribuendo a un mondo più sostenibile attraverso un numero crescente di iniziative. Alcune stanno avendo un impatto immediato e altre hanno orizzonti più lunghi. Tutti implicano che Wabtec lavori in collaborazione con i suoi fornitori, clienti, esperti esterni, mondo accademico, governo e altri partecipanti alla catena del valore dei trasporti.
La transizione ai biocarburanti riduce significativamente le emissioni di carbonio utilizzando più biodiesel (B20) e diesel rinnovabile (R55) nelle locomotive Wabtec. Wabtec sta collaborando con BNSF Railway, Union Pacific Railroad e altre ferrovie di classe 1 per testare questi carburanti a basse emissioni di carbonio che oggi possono ridurre immediatamente le emissioni di carbonio. La varietà di test e carburanti consentirà all'azienda di approvare l'uso fino al 20% di biodiesel e fino al 100% di diesel rinnovabile sui quattro principali tipi di motori per locomotive Wabtec.
La nuova locomotiva a batteria FLxDrive di Wabtec è essa stessa il prodotto di una pionieristica partnership pubblico/privato. Con una sovvenzione di 22,6 milioni di dollari da parte del California Air Resource Board, Wabtec, BNSF e il San Joaquin Valley Air Pollution Control District hanno collaborato a un progetto pilota della prima locomotiva per trasporto merci pesante al 100% alimentata a batteria, alimentata da 18.000 batterie agli ioni di litio. Il successo di quel progetto pilota ha accelerato la commercializzazione del FLxDrive, con ordini da clienti in Australia, Brasile, Canada e Stati Uniti.
La decarbonizzazione non si limita solo alle locomotive per il trasporto merci di Wabtec. L'azienda ha collaborato con Deutsche Bahn per testare il primo sistema di condizionamento dell'aria del settore ferroviario che utilizza un refrigerante R290 naturale pulito ed ecologico. Stanno sviluppando ulteriormente il Green Air System con operazioni intelligenti che spengono l'HVAC quando le porte dei vagoni ferroviari si aprono per risparmiare sui costi e ridurre le emissioni di carbonio.
Partecipare allo sviluppo delle infrastrutture per il combustibile a idrogeno
Guardando al futuro, alimentare le locomotive con combustibile a idrogeno è una delle opzioni energetiche alternative più promettenti per la decarbonizzazione delle ferrovie. Wabtec sta esplorando due approcci. Il primo prevede la conversione dei motori a combustione interna in modo che funzionino con una miscela di idrogeno e diesel. La seconda riguarda l'alimentazione delle locomotive con celle a combustibile a idrogeno.
Il lavoro che Wabtec sta svolgendo con i suoi partner li mette sulla buona strada per dimostrare il concetto di locomotive a commutazione alimentate a idrogeno entro la fine del decennio. Le locomotive della linea principale seguiranno rapidamente da allora in poi.
Roadmap della tecnologia delle locomotive per la sostenibilità
L'idrogeno è un'opzione energetica a combustione pulita con un potenziale enorme, ma la transizione è un'impresa complessa che va oltre le capacità di ogni singola azienda. Le partnership pubblico-private sull'idrogeno di Wabtec includono accordi collaborativi di ricerca e sviluppo con Oak Ridge, Argonne e Sandia National Labs, tre centri multidisciplinari di ricerca scientifica e ingegneristica che sono centri di eccellenza nelle soluzioni legate all'energia.
Wabtec sta inoltre collaborando con l'Ufficio delle Scienze del Dipartimento dell'Energia per installare un motore locomotivo monocilindrico a doppia alimentazione nel National Transportation Research Center nel campus dell'Oak Ridge National Lab. Questa collaborazione presenta interessanti possibilità per il settore ferroviario. C'è una grande base installata di oltre 20.000 locomotive, che potrebbero essere adattate per bruciare idrogeno. Questa opzione consentirebbe alle ferrovie di massimizzare gli investimenti nelle loro flotte attuali, convertendo al contempo le locomotive in una fonte di energia a combustione pulita.
Il lavoro dell'Argonne National Laboratory si concentra sulla modellazione dell'iniezione e della combustione di idrogeno. Il progetto quadriennale utilizzerà i computer ad alte prestazioni del laboratorio in collaborazione con lo sviluppatore di software Convergent Science, Inc., per sviluppare software di simulazione. Il team sarà in grado di testare e prevedere il comportamento del motore a combustione in condizioni operative mutevoli e modifiche hardware, accelerando il processo di sviluppo a un costo inferiore per ottimizzare l'efficienza del motore.
Il lavoro del Sandia National Laboratory, finanziato da una sovvenzione federale, svilupperà proposte di standard e regolamenti sull'idrogeno per il settore ferroviario. L'Alternative Fuel Tender Technical Advisory Group della Federal Railroad Administration e l'Alternative Fuel Tender Advisory Group dell'Association of American Railroads hanno inoltre partecipato alla ricerca del Sandia National Lab sui requisiti di sicurezza e progettazione delle locomotive alimentate a idrogeno.
Wabtec è anche al lavoro su locomotive alimentate da celle a combustibile a idrogeno. L'obiettivo finale di questo sforzo è una locomotiva a emissioni zero per sostituire le locomotive diesel-elettriche di oggi. Le celle a combustibile a idrogeno non hanno ancora la densità di potenza necessaria per alimentare una locomotiva stradale. Wabtec sta collaborando con vari fornitori per sviluppare soluzioni di celle a combustibile per applicazioni locomotive.
Quale infrastruttura è necessaria per l'energia a idrogeno?
Le locomotive alimentate a idrogeno sono solo una parte di ciò che servirà per rendere commercialmente valido questo combustibile alternativo. Richiederà una revisione completa dell'infrastruttura.
Le principali barriere a un settore ferroviario alimentato a idrogeno oggi includono:
- L'elevato costo dell'idrogeno verde rispetto al gasolio
- Mancanza di strutture di stoccaggio e rifornimento che consentano l'accesso al carburante lungo le tratte ferroviarie
- Modifiche operative ferroviarie riguardanti le procedure di sicurezza, la formazione dell'equipaggio e delle imbarcazioni, gli accordi sindacali, la manutenzione, il coordinamento con i primi soccorritori in caso di incidenti e altro ancora
Per rilanciare l'economia dell'idrogeno, l'Infrastructure Investment and Jobs Act (IIJA), firmato dal presidente Biden nel 2021, ha stanziato 8 miliardi di dollari in finanziamenti federali per lo sviluppo del programma Regional Hydrogen Hub presso il Dipartimento dell'Energia. Questo programma mira a costruire componenti chiave dell'infrastruttura dell'idrogeno in sette centri regionali di produzione di idrogeno. Questi hub sono destinati a produrre fino a un terzo dell'idrogeno necessario sul mercato.
Wabtec ha sostenuto il Department of Energy Hydrogen Program, contribuendo allo sviluppo della strategia di implementazione del loro hub per l'idrogeno. Wabtec ha anche supportato alcune applicazioni per assicurarsi una quota dei finanziamenti governativi per gli hub a idrogeno. Hanno lavorato con HyVelocity, una collaborazione tra organizzazioni di ricerca senza scopo di lucro e università sulla costa del Golfo. Allo stesso modo hanno sostenuto la Machh2 Alliance for the Midwest Regional Hydrogen Hub.
Wabtec sta collaborando con i suoi clienti per garantire che le esigenze del settore ferroviario siano ben comprese, poiché questa nuova infrastruttura è sviluppata presso gli hub regionali di idrogeno. L'uso dell'idrogeno per alimentare le locomotive oggi sarebbe una sfida senza significativi progressi tecnologici e infrastrutturali.
Rifornire una locomotiva richiederebbe molto tempo. Attualmente sono necessari meno di 30 minuti per riempire un serbatoio diesel da 5.000 galloni. Il rifornimento di una quantità equivalente di idrogeno gassoso richiederebbe 6,5 ore, interrompendo la logistica e influendo negativamente sull'utilizzo delle risorse.
Tuttavia, ancor prima che il problema del rifornimento possa essere risolto, gli operatori di locomotive necessitano di infrastrutture che forniscano l'accesso all'idrogeno a basse emissioni di carbonio. La maggior parte dell'idrogeno viene prodotto tramite elettrolisi, che richiede acqua ed elettricità abbondanti e convenienti. Raramente queste risorse di produzione di idrogeno si trovano vicino alle ferrovie, il che rappresenta una sfida per il trasporto e lo stoccaggio.
Con le adeguate caratteristiche di sicurezza e il supporto normativo, il trasporto ferroviario potrebbe essere il «gasdotto virtuale» per l'economia dell'idrogeno del futuro. La ferrovia potrebbe connettersi facilmente agli impianti di produzione di idrogeno con reti di distribuzione che alimenteranno locomotive e altri modi di trasporto. Il trasporto dell'idrogeno per ferrovia è più efficiente in termini di costi, più rapido da implementare e offre una maggiore flessibilità rispetto ai gasdotti rispetto all'utilizzo dei camion. Il trasporto ferroviario avvicina il carburante agli utenti tramite l'infrastruttura esistente. I vagoni ferroviari utilizzati per il trasporto dell'idrogeno possono anche fungere da serbatoi di stoccaggio in loco per ridurre ulteriormente i costi di costruzione dell'infrastruttura. L'infrastruttura avrà anche bisogno di apparecchiature conformi agli standard ferroviari per applicazioni pesanti su larga scala.
In definitiva, anche le ferrovie che utilizzano locomotive alimentate a idrogeno Wabtec saranno tra gli utilizzatori di questo carburante alternativo, chiudendo il cerchio della catena del valore dell'idrogeno.
Superare gli ostacoli normativi
Le nuove tecnologie a volte affrontano questioni normative complesse e impreviste che richiedono partnership e cooperazione tra autorità di regolamentazione e industria. «In qualità di leader mondiale nella tecnologia ferroviaria, è importante che Wabtec si esprima con la sua solida competenza ed esperienza mentre la comunità normativa cerca di sviluppare nuove normative e standard da applicare all'economia dell'idrogeno», afferma Jennifer Shea, vicepresidente aziendale per la regolamentazione di Wabtec. «Gli sforzi di ricerca e sviluppo dell'azienda in collaborazione con laboratori nazionali e istituzioni accademiche, nonché la nostra partecipazione a importanti coalizioni di settore, offrono opportunità uniche per dimostrare il ruolo di Wabtec nelle tecnologie abilitanti che porteranno alla decarbonizzazione del settore ferroviario».
Guardando al futuro, Wabtec e Sandia National Laboratories hanno documentato il Risk Assessment of Design and Refueling for Hydrogen Locomotive and Tender, un progetto che fornisce alla comunità normativa e all'industria informazioni vitali per lo sviluppo di standard tecnici per l'economia dell'idrogeno.
L'azienda è anche attiva nella Fuel Cell & Hydrogen Energy Association nell'informazione sulle politiche federali, insieme a regolamenti, codici e standard.
Un impegno a favore di partnership che favoriscano l'adozione di carburanti alternativi
«Non vediamo l'ora di vedere l'infrastruttura dell'idrogeno costruita per l'uso ferroviario», afferma Philip Moslener, vicepresidente aziendale di Wabtec per le tecnologie avanzate. «È fondamentale ridurre le emissioni di carbonio oggi. Stiamo supportando i clienti con soluzioni energetiche pulite che possono implementare subito, che aumentano anche l'efficienza delle loro operazioni e favoriscono i loro profitti».
È facile lasciarsi coinvolgere dal clamore delle varie opzioni energetiche alternative. Poiché i prodotti Wabtec sono il punto in cui la ruota incontra la rotaia, il ruolo dell'azienda è trasformare queste visioni in realtà. Ciò significa comprendere la tecnologia e sapere cosa ha senso pratico. Wabtec sta facendo investimenti prudenti in progetti di ricerca e sviluppo ben gestiti e sta collaborando con partner accuratamente selezionati nel governo e nell'industria. La filosofia di Wabtec è che il successo non si misura in base all'ambizione, ma in base a ciò che realizzano per la rete ferroviaria globale.
È collaborando con i governi e i partner del settore che Wabtec promuoverà gli sviluppi che renderanno il mercato pronto per la decarbonizzazione. In questo momento, Wabtec è pronta con i prodotti di cui il mercato ha bisogno per passare a un futuro più verde.