Die Intertubes leuchteten letzten Monat wie ein Lagerfeuer, als der US-Hersteller Wabtec die erste brandneue vollelektrische Lokomotive für den Gütertransport in Nordamerika vorstellte. Stellen Sie sich also vor, was passieren könnte, wenn Hunderte oder sogar Tausende von batterieelektrischen Güterzügen plötzlich platzen auf die Schienen. Es kann nicht über Nacht passieren, aber es könnte früher passieren, als Sie denken.
Batterieelektrische Güterzüge
Dieselbetriebene Güterzüge haben sozusagen eine relativ gute Erfolgsbilanz bei den CO2-Emissionen. Es gibt jedoch immer Raum für Verbesserungen, insbesondere wenn eine Klimakrise bevorsteht und es um Fragen der Umweltgerechtigkeit geht. Auch der Emissionsvorteil von Diesel-Güterzügen wird sich verflüchtigen, wenn Batterie- und Brennstoffzellen-Lkw den Markt des Güterverkehrs erobern.
Bisher haben sich batterieelektrische Güterzüge jedoch als schwer fassbares Ziel erwiesen. Skeptiker nennen unter anderem logistische Probleme wie lange Wege und das Fehlen einer Ladeinfrastruktur.
Dennoch haben einige Aktivitäten rund um batterieelektrische Güterzüge begonnen, sich zu regen. Die neue batterieelektrische Lokomotive von Wabtec beispielsweise wird ihre ersten Fahrten auf einer 139-Meilen-Strecke von den Vororten von Pittsburgh, Pennsylvania nach Conneaut, Ohio, machen, begleitet von der neuesten Iteration der kraftstoffsparenden Diesellokomotiven des Unternehmens. Die Diesel-Elektro-Kombination mag Elektrifizierungsfans enttäuschen, aber Wabtec erwartet immer noch eine Gesamtemissionsreduzierung von 30 %, was keine kleine Kartoffel ist.
Brennstoffzellen bieten einen weiteren Weg zur Elektrifizierung. Die kalifornische Sierra Northern Railroad beispielsweise hat kürzlich einen Zuschuss für den Bau einer Brennstoffzellen-Elektrolokomotive für den Güterverkehr erhalten. Es wird sich auf die Arbeit in einem Rangierbahnhof beschränken, aber Rangierlokomotiven können viele Meilen pro Tag zurücklegen, sodass sich die Emissionseinsparungen summieren könnten.
Das Licht am Ende des Tunnels
Angesichts dieser Sachlage mag der Traum von batterieelektrischen Güterzügen noch immer ein Traum sein. Ein Forscherteam des Lawrence Berkeley National Laboratory des US-Energieministeriums hat jedoch gerade eine Studie veröffentlicht, die darauf hindeutet, dass es kostengünstig sein könnte, die Flotte von Diesel-Güterzügen des Landes auf Batteriebetrieb umzustellen, und dies könnte in nur einem ein paar Jahre.
Alle saftigen Details erfahrt ihr im Journal Naturenergie unter dem Titel, “Wirtschaftliche, ökologische und netzausfallsichere Vorteile von Umbau von Dieselzügen auf Batterieelektrik,“, aber der Kern ist einfach. Wie Berkeley Lab letzte Woche in einer Pressemitteilung erklärte, ist die US-Schienengüterverkehrsbranche bereits auf halbem Weg zur Elektrifizierung, weil fast alle Diesel-Güterzüge in den USA fahren bereits mit Elektroantrieb.
„Im Gegensatz zu einigen anderen Regionen der Welt sind alle Güterzüge in den USA immer noch dieselelektrisch, vor allem weil die typische Elektrifizierungsstrategie, elektrifizierte Strecken über Gleise zu bauen, in den USA mit ihren großen Entfernungen schwieriger umzusetzen ist“, erklärt Berkeley Lab.
„In dieselelektrischen Zügen ist ein Dieselmotor mit einer Lichtmaschine verbunden, die dann die an den Lokomotivachsen angeschlossenen Elektromotoren mit Strom versorgt. Eine Umrüstung der Züge auf Batteriebetrieb ist daher möglich, da dieselelektrische Züge bereits über einen Elektromotor verfügen“, ergänzt das Labor.
Argumente für einen schnellen Umstieg auf batterieelektrische Güterzüge
Natalie Popovich, die Hauptautorin der Studie, betont, dass Geschwindigkeit angesagt ist. Sie weist auch darauf hin, dass Umweltgerechtigkeit eine starke Motivation dafür ist, die Güterzüge des Landes vom Diesel zu entwöhnen, zusammen mit den Aussichten auf eine allgemeine Senkung der CO2-Emissionen.
Die Emissionen von Diesellokomotiven machen nur einen kleinen Bruchteil der gesamten Luftverschmutzung in den USA aus, aber die Wirkung fällt überproportional auf gefährdete Gemeinden in der Nähe von Güterbahnhöfen.
„Unsere Analyse zeigt, dass eine Umstellung auf batterieelektrische Fracht den jährlichen Kohlendioxidausstoß der Branche um mehr als die Hälfte reduzieren und in 20 Jahren mehr als 400 Millionen Tonnen Kohlendioxid eliminieren wird“, sagte Popovich.
„Eine schnelle Umstellung des Güterbahnsektors ist nicht nur technisch machbar und kosteneffizient, sie würde auch einkommensschwächeren Gemeinschaften sofortige und dauerhafte gesundheitliche und wirtschaftliche Vorteile bringen“, fügte sie hinzu den Klimawandel einzudämmen, insbesondere wenn man bedenkt, dass sich die US-Güterschienenkapazität bis 2050 voraussichtlich verdoppeln wird.“
Der Schlüsselfaktor für die Schlussfolgerung der Autoren ist der steile, anhaltende Preisverfall von Lithium-Ionen-Batterien.
„Bei den Batteriepreisen in naher Zukunft können batterieelektrische Züge mit dieselelektrischen Zügen gleichziehen, wenn die Umweltkosten berücksichtigt werden oder wenn Bahnunternehmen auf Großhandelsstrompreise zugreifen und eine 40-prozentige Nutzung der Schnellladeinfrastruktur erreichen können“, schreiben sie. „Berücksichtigung reduzierter Kriterien Luftschadstoffe und CO2 -Emissionen würde die Umstellung auf batterieelektrische Antriebe dem US-Güterschienensektor über 20 Jahre hinweg 94 Milliarden US-Dollar einsparen.“
Die Batteriekosten sind nicht der einzige Faktor. Ein weiteres Element ist die relativ große Größe der Lokomotiven. Die Reduzierung von Gewicht und Größe von Batterien ist ein kritisches Thema für Elektroautos und -Lkw, aber batterieelektrische Güterzüge könnten mit einer Technologie betrieben werden, die mehr Aufmerksamkeit auf Reichweite und Leistung legt.
Die vielen Vorteile von Batteriestrom
Trotz der langen Distanzen im US-amerikanischen Schienengüterverkehrsnetz stellt die Studie auch fest, dass Güterzüge im Durchschnitt nur 250 Meilen pro Tag verkehren. Das ist ein weiterer Faktor, der das Potenzial eröffnet, Diesel durch Batterien zu ersetzen.
„Ein batteriebetriebener Güterzug würde die Hälfte der Energie verbrauchen, die ein dieselelektrischer Zug benötigt, und unter Berücksichtigung der sinkenden Batteriepreise und der Umweltkosten von Diesel sind batterieelektrische Züge auf dem Weg, kostengünstiger als dieselelektrische Züge zu sein Züge“, erklärt das Labor.
Was die Ladezeiten angeht, so zeigt die Studie, dass der zentralisierte Charakter der Bahninfrastruktur Skaleneffekte für Investitionen in Schnellladestationen schaffen würde.
Die Studie weist auch auf andere Vorteile hin. Batterien können in modularen Tenderfahrzeugen untergebracht werden, die abgekuppelt und für Notstrom und andere Situationen verwendet werden könnten, in denen eine große, emissionsfreie mobile Stromquelle praktisch wäre.
Auch in Containerhäfen und an Bord von Containerschiffen könnten Batterietenderwagen zur Emissionsminderung eingesetzt werden.
Amol Phadke, korrespondierender Autor der Studie, stellt fest, dass „die Umstellung des US-Güterschienensektors auf batterieelektrisch etwa 220 Gigawattstunden mobiler Speicher erzeugen würde“. Daraus ergeben sich unter dem Strich auch Vorteile für die Betreiber von Güterzügen.
„Dieser mobile Energiespeicher würde auch eine potenzielle neue Einnahmequelle für Güterbahnbetreiber schaffen“, erklärt Phadke.
Das Berkeley Lab-Team stellt außerdem fest, dass die Nachrüstung von Batterien an einer dieselelektrischen Lokomotive ohne Verzicht auf den Dieselteil des Systems erfolgen könnte, sodass Dieselkraftstoff weiterhin verfügbar wäre, falls eine sekundäre Kraftstoffquelle benötigt wird.
„Diese Dual-Fuel-Fähigkeit, die entweder den Einsatz von Batterien oder Diesel ermöglicht, ist ein einzigartiger Vorteil im Vergleich zur vollständigen Elektrifizierung des Schienengüterverkehrssystems oder der Verwendung von Wasserstoff-Brennstoffzellen“, stellt das Labor fest.
Nächste Schritte für emissionsfreie Lokomotiven
Die Studie weist keine nennenswerten Hindernisse auf, dennoch steckt der Teufel im Detail. In den nächsten Schritten werden weitere Studien- und Demonstrationsprojekte in einem Maßstab durchgeführt, der groß genug ist, um die Ladeinfrastruktur abzudecken.
Inzwischen sind unsere Freunde bei Eisenbahnzeitalter Beachten Sie, dass bereits Batterietenderwagen für batterieelektrische Güterzüge vorhanden sind. Ein Standard-Güterwagen-Chassis würde den Zweck erfüllen, mit einigen Modifikationen.
Lithium-Ionen-Batterien sind nicht die einzige Option für batterieelektrische Güterzüge. Eisenbahnzeitalter nennt Flow-Batterien als eine neue Option, und sie könnten Vorteile in Bezug auf Dauer und Lebensdauer gegenüber der Lithium-Ionen-Technologie bieten.
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Foto: Batterieelektrische Lokomotive mit freundlicher Genehmigung von Wabtec.
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