A tehervonatok mozdonyai szinte kizárólag dízelüzeműek. Az első közúti áruszállító dízelmozdonyok az 1930-as években álltak forgalomba, és a dízelüzemű vonatok száma az Egyesült Államokban 1940-ben meghaladta az 1000-et – a legtöbb személyszállító vonat.
Az Egyesült Államok Közlekedési Statisztikai Hivatalának (BTS) legfrissebb elérhető adatai szerint 2018 végén valamivel több mint 26 000 áruszállító mozdony működött az Egyesült Államokban, és 431 AMTRAK személyszállító vasúti mozdony. Más állami közlekedési ügynökségek regionális vasúti szolgáltatásokat üzemeltettek, amelyeket túlnyomórészt dízelmotorokkal hajtottak. Néhány villamosított személyszállító vasútvonal kivételével (az Amtrak északkeleti folyosója és a Harrisburg, PA vonal), a többi személyszállító vasútvonal és az összes tehervonat az Egyesült Államokban dízelüzemű, 2018-ban 65 millió gallon dízelüzemanyagot fogyasztottak.
Míg egy átlagos személygépkocsi motorja ma körülbelül 200 lóerős, a mozdonyok motorjai jellemzően ennek tízszeresével indulnak. A vonatüzemeltetők a vasúti energiaellátás teljes alkalmazási skáláján támaszkodnak a dízelüzemre:
- A legkisebb (legfeljebb 2000 lóerős) mozdonymotorokat a teherpályaudvarok váltóüzemében használják a vonatok össze- és szétszerelésére, vagy a kis vonatok rövid útjain használják.
- A legerősebb mozdonymotorokat (legfeljebb 4500 lóerő) elsősorban hosszú távú tehervonat-üzemben használják Amerika öt I. osztályú vasútja, a shortahul-üzemeltetők és az AMTRAK személyszállító vasúti mozdonyai.
A dízelmotorok jelentős gazdasági előnyökkel rendelkeznek a mozdonyok más energiaforrásaival szemben. Ezenkívül a dízelmozdonyok gyorsan gyorsulnak és nagy sebességgel közlekednek, minimális pályakárosodással. Hasonló hatékonysággal működnek, mint az elektromos mozdonyok, de nem igénylik az alállomásokba és elektromos elosztóhálózatokba történő tőkeberuházásokat.
Szabályozások és szabványok
A dízelipar és a vasúti gyártók továbbra is erőforrásokat fektetnek be és lépéseket tesznek a lehető legtisztább vasúti technológia előállítása érdekében. A vasúti mozdonyok dízelmotor-technológiája az elmúlt években drámai fejlődésen ment keresztül. Az üzemanyag-hatékonyság 1980 óta 61 százalékkal nőtt.
2004-ben az Egyesült Államok Környezetvédelmi Ügynöksége (EPA) kiadta a végleges nem közúti dízelmotorokra vonatkozó szabályát, amely megköveteli, hogy a vasúti motorok megfeleljenek a szigorú levegőminőségi előírásoknak. Ennek a szabványnak a részeként a vonatoknak alacsony kéntartalmú dízelüzemanyaggal kell működniük, amely 99 százalékkal csökkenti a kénkibocsátást. Ezek az üzemanyag-fejlesztések azonnali és jelentős környezeti és közegészségügyi előnyökkel járnak.
A tiszta vasúti szabványok ugyanakkor megkövetelik a fejlett kibocsátás-szabályozási technológiák alkalmazását is, hasonlóan azokhoz, amelyeket már a nehéz tehergépkocsik és buszok esetében is alkalmaznak. A tiszta, nem közúti dízelüzemanyag rendelkezésre állása azt jelenti, hogy a fejlett tiszta dízelkibocsátás-szabályozási technológiák 90 százalékkal csökkentik az új vasúti motorok NOx- és PM-kibocsátását.
Mára a mozdonyok motorjainál minden alkalmazásban befejeződött a közel nulla kibocsátásra való áttérés, a 2015-től gyártott új motorok már teljesítik az Egyesült Államok EPA Tier 4 kibocsátási előírásait mind a részecskék, mind a nitrogén-oxidok tekintetében. Egyetlen régebbi váltó mozdony lecserélése egy új, közel nulla kibocsátású Tier 4 dízelmotorra ugyanolyan kibocsátáscsökkentési előnyökkel járhat, mintha 8000 személygépkocsit vonnának ki az utakról egy évre.
A fejlett vasúti technológia tiszta levegő és klíma előnyöket biztosít
Míg a személy- és tehervonatok számára az új, közel nulla kibocsátású Tier 4 dízel megoldások már itt vannak, ezek bevezetése a mozdonyflottába még eltarthat egy ideig. Kutatások igazolják, hogy a mozdonyok motorjai átlagosan több mint 50 évig vannak szolgálatban. Ez azt jelenti, hogy a kibocsátási normák előírása előtt tervezett, sokkal régebbi motorok nagy része még mindig üzemben van. Ha ezeket a sokkal régebbi mozdonyokat új, közel nulla károsanyag-kibocsátású dízelmotorokkal cseréljük le, azzal sokat tehetünk a károsanyag-kibocsátás azonnali csökkentéséért azokban a közösségekben, ahol a mozdonyok közlekednek.
A Siemens globális mozdonygyártó a Cummins motorgyártóval együttműködve egy közel nulla károsanyag-kibocsátású mozdonyt fejlesztett ki az AMTRAK öregedő flottája számára. Az AMTRAK Charger hetvenöt új mozdonya várhatóan 2021-ben áll szolgálatba, amelyeket nagy teljesítményű, 4000 LE-s Cummins QSK90 dízelmotorok hajtanak, így 90 százalékkal csökkentve a károsanyag-kibocsátást és üzemanyagot is megtakarítva. Ezek az új, hatékonyabb dízelmotorok várhatóan 10 százalékkal csökkentik a C02-kibocsátást.
A dízelmotorok képesek hibrid rendszerek integrálására, és nincs ok arra, hogy a mozdonyok ne profitálhassanak ezekből a fejlesztésekből. A közel nulla kibocsátású dízelmotorok energiatakarékossági és tárolási technológiával párosulva kiváló környezetvédelmi teljesítményt nyújtanak. A motorgyártó MTU kifejlesztett egy hibrid PowerPak rendszert, amely bármilyen vasúti alkalmazáshoz testre szabható, és a Tier 4 környezetvédelmi előnyök mellett 25 százalékkal csökkenti a CO2-kibocsátást.
A gépi tanulás hatékonyabbá teheti a nagy gépeket. A ProgressRail, a Caterpillar berendezésgyártó részlege, fejlett elektronikus vezérlést integrált a legújabb mozdonytervekbe, amelyek a Tier 4 közel nulla károsanyag-kibocsátáscsökkentési előnyöket üzemanyag-megtakarítási teljesítménnyel párosítják. Ha valaha is látott már mozdonyt működés közben, talán észrevette, hogy több mozdony dolgozik együtt, hogy személy- vagy vasúti kocsikat mozdítson el. A legújabb elektronikus innovációk lehetővé teszik, hogy ezek a motorok a lehető leghatékonyabban működjenek, és kiküszöböljék az üresjárást, így kiváló üzemanyag-megtakarítási teljesítményt nyújtanak.
A Rudolph Diesel által több mint 100 évvel ezelőtt szabadalmaztatott eredeti dízelmotort úgy tervezték, hogy bioüzemanyaggal működjön. Ma ugyanez igaz, mivel a régi és új dízelmotorok megújuló dízelüzemanyaggal és jó minőségű biodízelkeverékekkel is működhetnek, és így jelentősen csökkenthetik az üvegházhatású gázok kibocsátását. A Floridában a Brightline nagysebességű személyszállító vasúti szolgáltatást üzemeltető VirginAtlantic elkötelezte magát a biodízel használata mellett, hogy 20 százalékkal csökkentse az utazás szén-dioxid-kibocsátását.