I motori dei treni merci si affidano quasi esclusivamente al diesel. I primi motori merci diesel over-the-road sono entrati in servizio negli anni ’30 e il numero di treni alimentati a diesel negli Stati Uniti ha superato 1.000 nel 1940 – la maggior parte per il servizio passeggeri.
Secondo gli ultimi dati disponibili dell’Ufficio Statistico dei Trasporti (BTS) degli Stati Uniti, alla fine del 2018 erano in funzione negli Stati Uniti poco più di 26.000 locomotive merci e 431 locomotive AMTRAK per treni passeggeri. Altre agenzie di transito statali operavano servizi ferroviari regionali alimentati prevalentemente con motori diesel. Con l’eccezione di alcune linee ferroviarie passeggeri che sono elettrificate (il corridoio nord-est di Amtrak e la linea di Harrisburg, PA), il resto della ferrovia passeggeri e tutta la ferrovia merci negli Stati Uniti è alimentata a diesel, consumando 65 milioni di galloni di carburante diesel nel 2018.
Mentre il motore medio delle auto oggi ha circa 200 CV, i motori delle locomotive in genere iniziano a dieci volte quella quantità. Gli operatori ferroviari si affidano all’alimentazione diesel in tutta la gamma di applicazioni di potenza ferroviaria:
- I motori delle locomotive più piccoli (fino a 2.000 cavalli) sono utilizzati nelle operazioni di scambio negli scali merci per montare e smontare i treni o sono utilizzati in brevi tragitti di piccoli treni.
- I motori delle locomotive più potenti (fino a 4.500 cavalli) sono usati principalmente per le operazioni dei treni merci a lunga distanza dalle cinque ferrovie americane di classe I, dagli operatori shortahul e dalle locomotive ferroviarie passeggeri AMTRAK.
I motori diesel hanno sostanziali vantaggi economici rispetto ad altre fonti di energia per le locomotive. Inoltre, le locomotive diesel accelerano rapidamente e funzionano ad alte velocità con danni minimi ai binari. Funzionano con un’efficienza simile a quella delle locomotive elettriche, ma non richiedono investimenti di capitale in sottostazioni e reti di distribuzione elettrica.
Regolamenti e standard
L’industria diesel e i produttori ferroviari continuano a investire risorse e a fare passi avanti per produrre la tecnologia dei treni più pulita possibile. La tecnologia dei motori diesel nelle locomotive ferroviarie è progredita notevolmente negli ultimi anni. L’efficienza del carburante è aumentata del 61% dal 1980.
Nel 2004, la U.S. Environmental Protection Agency (EPA) ha rilasciato la sua Final Nonroad Diesel Rule che richiederà ai motori dei treni di rispettare rigorosi standard di qualità dell’aria. Come parte di questo standard, i treni dovranno operare utilizzando carburante diesel a basso tenore di zolfo che riduce le emissioni di zolfo del 99%. Questi miglioramenti del carburante creeranno immediati e significativi benefici per l’ambiente e la salute pubblica.
Al tempo stesso, gli standard per le ferrovie pulite richiederanno anche l’uso di tecnologie avanzate di controllo delle emissioni simili a quelle già in atto per i camion e gli autobus diesel pesanti. La disponibilità di combustibile diesel pulito non stradale significa che la tecnologia avanzata di controllo delle emissioni diesel pulite ridurrà le emissioni di NOx e PM del 90% dai nuovi motori ferroviari.
Oggi, la trasformazione verso emissioni prossime allo zero nei motori delle locomotive per ogni applicazione è completa, con i nuovi motori prodotti a partire dal 2015 che raggiungono ora le norme sulle emissioni Tier 4 della U.S. EPA sia per il particolato che per gli ossidi di azoto. La sostituzione di una singola locomotiva più vecchia con un nuovo motore diesel Tier 4 a emissioni prossime allo zero può generare gli stessi benefici di riduzione delle emissioni che si otterrebbero togliendo 8.000 auto dalla strada per un anno.
La tecnologia ferroviaria avanzata offre vantaggi per l’aria pulita e il clima
Mentre le nuove soluzioni diesel Tier 4 a emissioni prossime allo zero per il trasporto passeggeri e merci sono qui, introdurle nella flotta di locomotive potrebbe richiedere del tempo. La ricerca conferma che i motori delle locomotive sono in servizio in media per più di 50 anni. Questo significa che c’è una grande popolazione di motori molto più vecchi, progettati prima che fossero richiesti gli standard di emissione, ancora in servizio. La sostituzione di queste locomotive molto più vecchie con nuovi motori diesel a emissioni prossime allo zero può fare molto per ridurre immediatamente le emissioni nelle comunità in cui servono.
Il produttore globale di locomotive Siemens ha collaborato con il produttore di motori, Cummins, per sviluppare una locomotiva a emissioni prossime allo zero per la vecchia flotta AMTRAK. Settantacinque nuove locomotive AMTRAK Charger dovrebbero entrare in servizio nel 2021 alimentate con potenti motori diesel Cummins QSK90 da 4.000 CV per ridurre le emissioni del 90% e risparmiare anche carburante. Questi nuovi motori diesel più efficienti dovrebbero ridurre le emissioni di C02 del 10%.
I motori diesel sono in grado di integrare sistemi ibridi e non c’è motivo per cui le locomotive non possano beneficiare di questi progressi. I motori diesel a emissioni quasi zero sono accoppiati con il risparmio energetico e la tecnologia di stoccaggio per fornire prestazioni ambientali superiori. Il produttore di motori MTU ha sviluppato un sistema ibrido PowerPak che può essere personalizzato per qualsiasi applicazione ferroviaria per fornire una riduzione del 25% delle emissioni di CO2 insieme ai benefici ambientali Tier 4.
L’apprendimento della macchina può rendere la grande macchina più efficiente. ProgressRail, una divisione del produttore di attrezzature Caterpillar, ha integrato controlli elettronici avanzati negli ultimi progetti di locomotive che accoppiano i benefici di riduzione delle emissioni Tier 4 quasi a zero con prestazioni di risparmio di carburante. Se avete mai visto una locomotiva in azione, potreste aver notato diverse locomotive che operano in gruppo per spostare vagoni passeggeri o ferroviari. Le ultime innovazioni elettroniche permettono a questi motori di operare nel modo più efficiente possibile e di eliminare il minimo per fornire prestazioni superiori di risparmio di carburante.
Il motore diesel originale brevettato da Rudolph Diesel più di 100 anni fa era progettato per funzionare con biocarburanti. Oggi lo stesso vale per i motori diesel vecchi e nuovi che possono funzionare con carburante diesel rinnovabile e miscele di alta qualità di biodiesel per fornire significative riduzioni delle emissioni di gas serra. VirginAtlantic, che gestisce il servizio ferroviario passeggeri ad alta velocità Brightline in Florida, si è impegnata a utilizzare il biodiesel per ridurre l’impronta di carbonio del viaggio del 20%.