Güterzugmotoren werden fast ausschließlich mit Diesel betrieben. Die ersten Diesellokomotiven für den Güterverkehr wurden in den 1930er Jahren in Betrieb genommen, und die Zahl der dieselbetriebenen Züge in den USA überstieg 1940 die Zahl von 1.000 – die meisten davon für den Personenverkehr.
Nach den neuesten verfügbaren Daten des U.S. Bureau of Transportation Statistics (BTS) waren Ende 2018 etwas mehr als 26.000 Güterzuglokomotiven in den USA in Betrieb und 431 Lokomotiven für den Personenverkehr der AMTRAK. Andere bundesstaatliche Verkehrsbetriebe betreiben regionale Bahndienste, die überwiegend mit Dieselloks betrieben werden. Mit Ausnahme einiger weniger elektrifizierter Personenverkehrsstrecken (Amtraks Nordost-Korridor und die Strecke nach Harrisburg, PA) wird der restliche Personenverkehr und der gesamte Güterverkehr in den USA mit Dieselmotoren betrieben, die im Jahr 2018 65 Millionen Gallonen Dieselkraftstoff verbrauchten.
Während ein durchschnittlicher Pkw-Motor heute etwa 200 PS hat, beginnen Lokomotivmotoren in der Regel mit dem Zehnfachen dieser Leistung. Bahnbetreiber verlassen sich in allen Bereichen der Bahnstromversorgung auf Dieselkraftstoff:
- Die kleinsten Lokomotivmotoren (bis zu 2.000 PS) werden im Rangierbetrieb in Güterbahnhöfen zum Zusammenstellen und Zerlegen von Zügen oder für kurze Strecken mit kleinen Zügen eingesetzt.
- Die leistungsstärksten Lokomotivmotoren (bis zu 4.500 PS) werden in erster Linie für den Langstrecken-Güterzugbetrieb von Amerikas fünf Class-I-Eisenbahnen, Kurzstreckenzugbetreibern und AMTRAK-Personenzuglokomotiven eingesetzt.
Dieselmotoren haben erhebliche wirtschaftliche Vorteile gegenüber anderen Antriebsquellen für Lokomotiven. Darüber hinaus beschleunigen Diesellokomotiven schnell und fahren mit hohen Geschwindigkeiten bei minimalen Gleisschäden. Sie arbeiten mit einem ähnlichen Wirkungsgrad wie Elektrolokomotiven, erfordern aber keine Investitionen in Umspannwerke und Stromverteilungsnetze.
Vorschriften und Normen
Die Dieselindustrie und die Bahnhersteller investieren weiterhin Ressourcen und machen Fortschritte bei der Herstellung der saubersten Zugtechnologie. Die Technologie der Dieselmotoren in Eisenbahnlokomotiven hat sich in den letzten Jahren dramatisch weiterentwickelt. Die Kraftstoffeffizienz hat sich seit 1980 um 61 Prozent erhöht.
Im Jahr 2004 hat die US-Umweltschutzbehörde (EPA) ihre endgültige Nonroad-Diesel-Regelung veröffentlicht, nach der Zugmotoren strenge Luftqualitätsstandards erfüllen müssen. Im Rahmen dieser Norm müssen die Züge mit schwefelarmem Dieselkraftstoff betrieben werden, der die Schwefelemissionen um 99 Prozent reduziert. Diese Kraftstoffverbesserungen werden unmittelbare und erhebliche Vorteile für die Umwelt und die öffentliche Gesundheit mit sich bringen.
Gleichzeitig werden die Normen für saubere Züge auch den Einsatz fortschrittlicher Emissionskontrolltechnologien erfordern, ähnlich denen, die bereits für schwere Diesel-Lkw und -Busse eingesetzt werden. Die Verfügbarkeit von sauberem Non-Road-Dieselkraftstoff bedeutet, dass die NOx- und PM-Emissionen von neuen Bahnmotoren um 90 Prozent reduziert werden.
Heute ist die Umstellung auf nahezu Null-Emissionen bei Lokomotivmotoren für jede Anwendung abgeschlossen, wobei neue Motoren, die ab 2015 hergestellt werden, die Tier-4-Emissionsvorschriften der US-Umweltbehörde EPA sowohl für Partikel als auch für Stickoxide erfüllen. Der Ersatz einer einzigen älteren Rangierlokomotive durch einen neuen, nahezu emissionsfreien Tier 4-Dieselmotor kann dieselbe Emissionsreduzierung bewirken, als würde man 8.000 Autos ein Jahr lang von der Straße nehmen.
Fortschrittliche Bahntechnologie bringt Vorteile für saubere Luft und das Klima
Während die neuen, nahezu emissionsfreien Tier 4-Diesellösungen für den Personen- und Güterverkehr bereits verfügbar sind, kann ihre Einführung in den Lokomotivpark noch einige Zeit dauern. Untersuchungen bestätigen, dass Lokomotiven im Durchschnitt mehr als 50 Jahre im Einsatz sind. Das bedeutet, dass eine große Anzahl sehr viel älterer Lokomotiven, die vor der Einführung von Emissionsnormen entwickelt wurden, noch in Betrieb ist. Der Ersatz dieser viel älteren Lokomotiven durch neue, nahezu emissionsfreie Dieselmotoren kann viel dazu beitragen, die Emissionen in den Gemeinden, in denen sie verkehren, sofort zu reduzieren.
Der globale Lokomotivenhersteller Siemens hat sich mit dem Motorenhersteller Cummins zusammengetan, um eine nahezu emissionsfreie Lokomotive für die alternde AMTRAK-Flotte zu entwickeln. Fünfundsiebzig neue AMTRAK-Charger-Lokomotiven sollen 2021 in Betrieb genommen werden. Sie werden mit leistungsstarken 4.000 PS starken Cummins QSK90-Dieselmotoren angetrieben, die den Schadstoffausstoß um 90 Prozent senken und gleichzeitig Kraftstoff sparen. Es wird erwartet, dass diese neuen, effizienteren Dieselmotoren die C02-Emissionen um 10 Prozent reduzieren werden.
Dieselmotoren sind in der Lage, Hybridsysteme zu integrieren, und es gibt keinen Grund, warum Lokomotiven nicht von diesen Fortschritten profitieren können. Dieselmotoren mit nahezu Null-Emissionen werden mit Energiespar- und Speichertechnologien gekoppelt, um eine bessere Umweltleistung zu erzielen. Der Motorenhersteller MTU hat ein hybrides PowerPak-System entwickelt, das für jede Bahnanwendung maßgeschneidert werden kann und neben den Tier-4-Umweltvorteilen eine 25-prozentige Reduzierung der CO2-Emissionen ermöglicht.
Maschinelles Lernen kann große Maschinen effizienter machen. ProgressRail, ein Geschäftsbereich des Ausrüstungsherstellers Caterpillar, hat fortschrittliche elektronische Steuerungen in die neuesten Lokomotivdesigns integriert, die die Vorteile der Tier-4-Null-Emissionsreduzierung mit einer kraftstoffsparenden Leistung verbinden. Wenn Sie schon einmal eine Lokomotive in Aktion gesehen haben, sind Ihnen vielleicht mehrere Lokomotiven aufgefallen, die im Verbund arbeiten, um Personen- oder Eisenbahnwagen zu bewegen. Die neuesten elektronischen Innovationen ermöglichen es diesen Motoren, so effizient wie möglich zu arbeiten und den Leerlauf zu eliminieren, um überragende Kraftstoffeinsparungen zu erzielen.
Der ursprüngliche, von Rudolph Diesel vor über 100 Jahren patentierte Dieselmotor war für den Betrieb mit Biokraftstoffen ausgelegt. Heute gilt das Gleiche, denn alte und neue Dieselmotoren können mit erneuerbarem Dieselkraftstoff und hochwertigen Biodieselmischungen betrieben werden und so die Treibhausgasemissionen erheblich reduzieren. VirginAtlantic, der Betreiber des Hochgeschwindigkeitszuges Brightline in Florida, hat sich verpflichtet, Biodiesel zu verwenden, um den CO2-Ausstoß der Fahrt um 20 Prozent zu verringern.