Während sich die Vereinigten Staaten von mit fossilen Brennstoffen betriebenen Autos und Lastwagen verabschieden, haben Wissenschaftler des US-Energieministeriums (DAMHIRSCHKUH) Argonne National Laboratory und Oak Ridge National Laboratory (ORNL) untersuchen Optionen für ein anderes Transportmittel: Züge. Die Forschung konzentriert sich auf kohlenstofffreien Wasserstoff und andere kohlenstoffarme Kraftstoffe als praktikable Alternativen zu Diesel für die Bahnindustrie.
Forscher des ORNL und des Argonne National Laboratory werden mit Wabtec, einem führenden Hersteller von Güterzuglokomotiven, zusammenarbeiten, um die Hardware und Steuerstrategien für einen Einzylinder-Dual-Fuel-Motor zu entwickeln, um die Machbarkeit der Verwendung alternativer Kraftstoffe für Lokomotiven zu demonstrieren. Ziel des Teams ist es, die CO2-Emissionen der rund 25.000 Lokomotiven zu reduzieren, die bereits in Nordamerika im Einsatz sind. Anerkennung: ORNL, US-Energieministerium
Beide Labore haben mit Wabtec, einem führenden Hersteller von Güterzuglokomotiven, kooperative Forschungs- und Entwicklungsvereinbarungen getroffen. Die Vereinbarung zwischen Argonne und Wabtec umfasst auch Convergent Science, einen Softwareentwickler. Das Projekt läuft über vier Jahre.
Forscher des multidisziplinären Teams starteten das Projekt und feierten die Installation des Einzylinder-Dual-Fuel-Lokomotivmotors des Bahntechnologieunternehmens Wabtec im National Transportation Research Center, einer vom DOE benannten Benutzereinrichtung in ORNLwährend einer Veranstaltung am 9. November.
„Während Wasserstoff in leichten Verbrennungsmotoren eingesetzt wurde, ist er in Bahnanwendungen noch ein sehr neues Forschungsgebiet.“ — Muhsin Ameen, leitender Forschungswissenschaftler der Argonnen
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 Realisierbarkeit der Verwendung alternativer Kraftstoffe zu demonstrieren.
„Wir freuen uns, Teil dieser Zusammenarbeit zu sein, da sie der Notwendigkeit Rechnung trägt, die Bahnindustrie zu dekarbonisieren, indem die Wasserstoffmotortechnologie sowohl für aktuelle als auch für zukünftige Lokomotiven vorangetrieben wird“, sagte Josh Pihl, an ORNL angesehener Forscher und Gruppenleiter für angewandte Katalyse und Emissionsforschung.„Es ist auch ein perfektes Beispiel dafür, wie eine DOE-finanzierte Zusammenarbeit zwischen Industrie und nationalen Labors die Entwicklung und Kommerzialisierung von Technologien beschleunigen kann, um zur Reduzierung der CO2-Emissionen aus dem Verkehr beizutragen.“
Pihl sagte, das Projekt stimme mit den Zielen von überein DAMHIRSCHKUH‘s Vehicle Technologies Office, um kohlenstoffarme Kraftstoffe in schwer zu elektrifizierenden Verkehrssektoren zu verwenden. Während die Elektrifizierung von Fahrzeugen eine wirksame Strategie zur Reduzierung der CO2-Emissionen aus einigen Teilen des Transportsektors ist, gelten Eisenbahnen aufgrund der hohen Kosten für den Bau eines einzigen koordinierten elektrifizierten Schienensystems in ganz Nordamerika als schwieriger. Jedes Jahr emittiert die nordamerikanische Schienenflotte etwa 87,6 Milliarden Pfund Kohlendioxid, eine der Hauptursachen für den Klimawandel.
Forscher untersuchen das Potenzial der Technologie von Wasserstoff-Verbrennungsmotoren in der Bahnindustrie, sagte Muhsin Ameen, leitender Forschungswissenschaftler bei Argonne. Wasserstoff ist ein Energieträger, der aus sauberen Energiequellen wie Sonnen- und Windkraft hergestellt werden kann. Wissenschaftler beschäftigen sich seit Jahrzehnten mit wasserstoffbetriebenen Fahrzeugen.
„Um die Kohlendioxidemissionen bis 2050 auf netto Null zu reduzieren, müssen wir die Energieeffizienz und die Emissionen im gesamten Verkehrssystem, einschließlich der Eisenbahn, dramatisch verbessern“, sagte Ameen.„Wasserstoff wurde in leichten Verbrennungsmotoren verwendet. Wasserstoff ist jedoch ein neueres Forschungsgebiet in Bahnanwendungen.“
Das Forschungsteam entwickelt eine Verbrennungstechnologie, um die nächste Generation von Zügen mit bis zu 100 % Wasserstoff und anderen kohlenstoffarmen Kraftstoffen anzutreiben. Das Ziel des Teams ist es, Zugmotoren zu entwickeln, die die gleiche Leistung, Reichweite und Kosteneffizienz wie die aktuelle Dieseltechnologie bieten.
„Diese Zusammenarbeit mit Argonne und Oak Ridge nationalen Labors mit DAMHIRSCHKUH Die Unterstützung wird die Entwicklung der Wasserstofftechnologie innerhalb der bestehenden branchenführenden Plattformen von Wabtec für mittelschnelllaufende Motoren vorantreiben. Eisenbahnen werden in der Lage sein, Emissionen und Betriebskosten erheblich zu reduzieren und gleichzeitig die Gemeinsamkeit innerhalb ihrer aktuellen Zugflotte aufrechtzuerhalten“, sagte James Gamble, Vizepräsident von Engine & Power Solutions Technologie bei Wabtec.
In der ersten Projektphase wird die ORNL Team wird an Hardware-Änderungen für die Nachrüstung von Lokomotiven arbeiten. Ihr Ziel ist es, zu reduzieren CO2 -Emissionen der rund 25.000 bereits in Nordamerika im Einsatz befindlichen Lokomotiven. Lokomotiven haben eine Lebensdauer von mehr als 30 Jahren, ein Austausch der gesamten Flotte würde also Jahrzehnte dauern.
Während der zweiten Phase des Projekts wird Argonne mehr als ein Jahrzehnt Erfahrung in der Modellierung von Wasserstoffeinspritzung und -verbrennung nutzen, um einen Modellierungsrahmen zu schaffen, um Verbrennungs- und Emissionskontrolltechnologien zu untersuchen, die in Wasserstoff-Verbrennungsmotoren verwendet werden. Experten für Kraftstoffeinspritzung, Kinetik und Verbrennungsmodellierung, Designoptimierung, Hochleistungsrechnen und maschinelles Lernen werden das Projekt von Anfang bis Ende begleiten.
Zur selben Zeit, ORNL und Wabtec wird weiterhin die Motorhardware ändern, um die nutzbare Wasserstoffmenge zu erhöhen. Das Team strebt an, Diesel in neuen Lokomotiven vollständig durch Wasserstoff oder kohlenstoffarme Kraftstoffe zu ersetzen.
Wissenschaftler verwenden die Hochleistungscomputer von Argonne, um Simulationssoftware zu entwickeln. Dieses Tool wird dabei helfen, das Verhalten von Verbrennungsmotoren vorherzusagen, wenn sich die Betriebsbedingungen ändern und die Hardware modifiziert wird. Simulationen helfen Forschern, den Verbrennungsprozess zu verstehen, der die Motoreffizienz steigert und Emissionen reduziert.
Jede dieselbetriebene Lokomotive, die auf eine kohlenstofffreie oder kohlenstoffarme Energiequelle umgestellt wird, wird voraussichtlich bis zu 5,6 Millionen Pfund Kohlendioxid pro Jahr einsparen.
Neben Ameen umfasst das Argonne-Team den Gruppenleiter und leitenden Forschungswissenschaftler Riccardo Scarcelli, den Postdoktoranden Samuel Kamouz und den leitenden Motorforschungswissenschaftler Christopher Powell.
Neben Pihl, der ORNL Zum Team gehören die Forschungsingenieure Dean Edwards und Eric Nafziger sowie der Forschungsmechaniker Steve Whitted.
Das Projekt wird gefördert durch das Vehicle Technologies Office unter DAMHIRSCHKUH‘s Büro für Energieeffizienz und Erneuerbare Energien und Wabtec. Sachleistungen werden von Wabtec und Convergent Science bereitgestellt. Die Federal Railroad Administration des US-Verkehrsministeriums finanziert auch verwandte Forschungen zur sicheren Verwendung von Wasserstoff in Lokomotivmotoren.
Wabtec Corporation (NYSE: WAB) konzentriert sich auf die Entwicklung von Transportlösungen, die die Welt bewegen und verbessern. Das Unternehmen ist ein weltweit führender Anbieter von Ausrüstungen, Systemen, digitalen Lösungen und Mehrwertdiensten für die Güter- und Transitschienenindustrie sowie die Bergbau-, Schifffahrts- und Industriemärkte. Wabtec ist seit über 150 Jahren führend in der Bahnindustrie und hat die Vision, ein emissionsfreies Bahnsystem in den USA und weltweit zu erreichen. Besuchen Sie die Website von Wabtec unter: www.wabteccorp.com.
UT-Battelle verwaltet ORNL für das Office of Science des Energieministeriums, dem größten Einzelförderer der Grundlagenforschung in den Naturwissenschaften in den Vereinigten Staaten. Das Office of Science arbeitet daran, einige der drängendsten Herausforderungen unserer Zeit anzugehen. Für weitere Informationen, besuchen Sie bitte Energie.gov/Wissenschaft.
Argonne National Laboratory sucht nach Lösungen für drängende nationale Probleme in Wissenschaft und Technologie. Argonne, das erste nationale Labor der Nation, führt bahnbrechende Grundlagen- und angewandte wissenschaftliche Forschung in praktisch allen wissenschaftlichen Disziplinen durch. Argonne-Forscher arbeiten eng mit Forschern aus Hunderten von Unternehmen, Universitäten und Bundes-, Landes- und Kommunalbehörden zusammen, um ihnen bei der Lösung ihrer spezifischen Probleme zu helfen, die wissenschaftliche Führung Amerikas voranzubringen und die Nation auf eine bessere Zukunft vorzubereiten. Mit Mitarbeitern aus mehr als 60 Nationen wird Argonne von geführt Chicago Argonne, GMBH für die Office of Science des US-Energieministeriums.
Das Office of Science des US-Energieministeriums ist der größte Einzelförderer der Grundlagenforschung in den Naturwissenschaften in den Vereinigten Staaten und arbeitet daran, einige der dringendsten Herausforderungen unserer Zeit anzugehen. Für weitere Informationen besuchen Sie https://energy.gov/science.
Mit freundlicher Genehmigung von Argonne National Laboratory
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