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炭素削減に関する協力
気候変動は、地球規模の意識の中心となっています。これは現実であり、温室効果ガス (GHG) 排出量の削減は、官民を問わず誰もが重視する課題です。さらに重要なのは、この地球規模の課題に対処する新しい技術の開発が必要だということです。
こうした新しい技術の1つが水素です。この技術は、ゼロエミッションのグローバル鉄道網を実現するというワブテックのビジョンにおいて重要な役割を果たすでしょう。しかし、この技術のコストと成熟度を考えると、現在のところ、貨物鉄道業界で商業的に導入する準備はできていません。これは途方もない課題であり、新しい技術と実用化との間のギャップを埋めるための協調的なアプローチが必要です。
鉄道産業における水素利用のソリューションを見極めるため、ワブテックはエネルギー関連ソリューションを専門とする米国有数のセンター・オブ・エクセレンスであるオークリッジ国立研究所とアルゴンヌ国立研究所と共同研究開発契約（CRADA）を締結しました。今週、学際的なチームの研究者がプロジェクトを開始し、オークリッジ国立研究所（ORNL）にあるエネルギー省科学局のユーザー施設である国立運輸研究センターに、ワブテックの単気筒二重燃料機関車エンジンが設置されたことを祝いました。
このコラボレーションは、鉄道用水素発電に関するワブテックのデュアルパス技術アプローチの一環です。1つのアプローチは、機関車の代替電源として燃料電池を使用することです。ワブテックは昨年、ゼネラルモーターズ社との燃料電池に関する協業を発表しました。この分野では、ワブテックが幅広い専門知識を持っています。
これと並行して取り組んでいるのは、ワブテックの既存の内燃機関車エンジンを強化して水素を燃焼させることです。このアプローチは、2つの国立研究所を持つCRADAの焦点です。
チームは、水素燃焼技術をシミュレーションからWabtecエンジンを利用して実現へと進めることに注力しています。燃料としての水素には多くの利点がありますが、機関車のエンジンは、安全で効率的かつクリーンに運転できるように改造する必要があります。チームは、水素とディーゼル燃料で稼働するエンジンのハードウェアと制御方法を開発し、代替燃料の使用可能性を実証します。
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「現在および将来の機関車の水素エンジン技術を進歩させることで鉄道産業の脱炭素化の必要性に応えるため、このコラボレーションに参加できることを嬉しく思います」と、ORNLの著名な研究者であり、応用触媒および排出量研究のグループリーダーであるジョシュ・ピールは述べました。「これは、DOEが資金提供した産業界と国立研究所の協力が、輸送による二酸化炭素排出量の削減に役立つ技術の開発と商業化をどのように加速できるかを示す完璧な例でもあります。」
プロジェクトの第1段階では、ORNLチームが機関車の改造のためのハードウェア変更に取り組みます。彼らの目標は、北米ですでに使用されている約25,000台の機関車からのCO2排出量を削減することです。機関車の耐用年数は30年以上なので、車両全体を交換するには数十年かかります。
プロジェクトの第2段階では、ORNLとWabtecは、使用可能な水素の量を増やすために、引き続きエンジンハードウェアを変更する予定です。チームは、新しい機関車のディーゼル燃料を水素燃料または低炭素燃料に完全に置き換えることを目指しています。
同時に、アルゴンヌは、水素の注入と燃焼のモデル化における10年以上の経験を活かして、水素燃焼エンジンで使用される燃焼および排出制御技術を研究するためのモデリングフレームワークを構築する予定です。燃料噴射、動力学、燃焼モデリング、設計最適化、ハイパフォーマンスコンピューティング、機械学習の専門家が、プロジェクトを最初から最後まで引き受けます。
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ワブテックの最高技術責任者であるエリック・ゲブハートは、「多くの鉄道会社が、今後10年間でCO2削減率を 30% 台に抑えるという積極的な目標を掲げています」と述べています。「アルゴンヌ国立研究所とオークリッジ国立研究所が共同で実施した今回のCRADAの結果は、水素を使用する鉄道産業の脱炭素化に大きく貢献するでしょう。これにより、この技術が費用対効果が高く、鉄道事業に実用的に導入されるようになるでしょう。」
Wabtecは、水素の経済性が実現可能になり、最終的にはレトロフィットと新しいユニットオプションの両方が商業的に採用されるようになると予測しています。これは、燃料電池のコストと性能が10年間で劇的に向上したことと、同じ期間にグリーン水素のコストが削減され、入手しやすくなったことに基づいています。
研究所との協力は、Tier 4やバッテリー電気機関車と同様に、Wabtecが水素分野で鉄道業界をリードするために投資を行ったもう1つの例です。
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