Motoren voor vrachttreinen rijden bijna uitsluitend op diesel. De eerste over-the-road dieselvrachtmotoren kwamen in dienst in de jaren 1930 en het aantal door diesel aangedreven treinen in de VS overschreed 1.000 in 1940 – de meeste voor passagiersdiensten.
Volgens de meest recente beschikbare gegevens van het Amerikaanse Bureau of Transportation Statistics (BTS) waren er eind 2018 iets meer dan 26.000 goederenlocomotieven in gebruik in de VS, en 431 AMTRAK-passagiersspoorlocomotieven. Andere staatsdoorvoerbedrijven exploiteerden regionale spoordiensten die voornamelijk met dieselmotoren werden aangedreven. Met uitzondering van een paar passagiersspoorlijnen die geëlektrificeerd zijn (Amtrak’s Northeast-corridor en Harrisburg, PA-lijn), wordt de rest van het passagiersspoor en alle goederenspoor in de VS aangedreven door diesel, waarbij in 2018 65 miljoen gallon dieselbrandstof werd verbruikt.
Terwijl de gemiddelde automotor vandaag ongeveer 200 pk heeft, beginnen locomotiefmotoren meestal bij tien keer die hoeveelheid. Treinoperators vertrouwen op dieselvermogen over het volledige bereik van spoorwegvermogenstoepassingen:
- De kleinste locomotiefmotoren (tot 2.000 pk) worden gebruikt in schakeloperaties op goederenemplacementen om treinen samen te stellen en te ontmantelen of worden gebruikt in korte trajecten van kleine treinen.
- De krachtigste locomotiefmotoren (tot 4.500 pk) worden voornamelijk gebruikt voor langeafstandsgoederenvervoer door de vijf klasse I-spoorwegen van Amerika, shortahuloperators en AMTRAK-passagiersspoorlocomotieven.
Dieselmotoren hebben aanzienlijke economische voordelen ten opzichte van andere krachtbronnen voor locomotieven. Bovendien versnellen diesellocomotieven snel en rijden ze met hoge snelheden met minimale schade aan het spoor. Ze werken met vergelijkbare efficiëntie als elektrische locomotieven, maar vereisen niet de kapitaalinvesteringen in onderstations en elektrische distributienetwerken.
Voorschriften en normen
De dieselindustrie en de spoorwegfabrikanten blijven middelen investeren en stappen zetten in de richting van de productie van de schoonst mogelijke treintechnologie. De technologie van dieselmotoren in spoorweglocomotieven is de laatste jaren sterk verbeterd. De brandstofefficiëntie is sinds 1980 met 61% toegenomen.
In 2004 heeft de U.S. Environmental Protection Agency (EPA) zijn Final Nonroad Diesel Rule gepubliceerd, die vereist dat treinmotoren voldoen aan strenge luchtkwaliteitsnormen. Als onderdeel van deze norm moeten treinen rijden op dieselbrandstof met een laag zwavelgehalte, waardoor de zwaveluitstoot met 99 procent wordt verminderd. Deze brandstofverbeteringen zullen onmiddellijke en aanzienlijke voordelen voor het milieu en de volksgezondheid opleveren.
Tegzelfdertijd zullen de normen voor schone spoorwegen ook het gebruik van geavanceerde emissiebeheersingstechnologieën vereisen, vergelijkbaar met die welke reeds bestaan voor zware dieselvrachtwagens en -bussen. De beschikbaarheid van schone, niet voor de weg bestemde dieselbrandstof betekent dat geavanceerde schone dieselemissiecontroletechnologie de NOx- en PM-emissies van nieuwe spoorwegmotoren met 90 procent zal verminderen.
Tegenwoordig is de transformatie naar bijna-nul-emissies in locomotiefmotoren voor elke toepassing voltooid, met nieuwe motoren die vanaf 2015 zijn gefabriceerd en nu voldoen aan de Tier 4-emissieregelgeving van de Amerikaanse EPA voor zowel zwevende deeltjes als stikstofoxiden. Het vervangen van een enkele oudere rangeerlocomotief door een nieuwe Tier 4-dieselmotor met bijna-nulemissie kan dezelfde emissiereductie opleveren als 8.000 auto’s een jaar lang van de weg halen.
Advanced Rail Technology Delivers Clean Air and Climate Benefits
Terwijl de nieuwe Tier 4-dieseloplossingen met bijna-nulemissie voor passagiers- en goederenspoor hier zijn, kan de introductie ervan in de vloot van locomotieven enige tijd duren. Onderzoek bevestigt dat locomotiefmotoren gemiddeld meer dan 50 jaar in dienst zijn. Dit betekent dat er een grote populatie veel oudere motoren, die zijn ontworpen voordat emissienormen verplicht werden, nog steeds in gebruik is. Vervanging van deze veel oudere locomotieven door nieuwe dieselmotoren met een bijna-nulemissie kan veel doen om de uitstoot in de gemeenschappen waar ze rijden onmiddellijk te verminderen.
De wereldwijde fabrikant van locomotieven Siemens is een partnerschap aangegaan met de fabrikant van motoren, Cummins, om een locomotief met een bijna-nulemissie te ontwikkelen voor de verouderende vloot van AMTRAK. Vijfenzeventig nieuwe AMTRAK Charger-locomotieven zullen naar verwachting in 2021 in gebruik worden genomen en worden aangedreven door krachtige 4.000 pk Cummins QSK90-dieselmotoren om de uitstoot met 90 procent te verminderen en ook brandstof te besparen. Deze nieuwe, efficiëntere dieselmotoren zullen naar verwachting de C02-uitstoot met 10 procent verminderen.
Dieselmotoren zijn in staat om hybride systemen te integreren en er is geen reden waarom locomotieven niet van deze vooruitgang kunnen profiteren. Dieselmotoren met bijna-nulemissie worden gekoppeld aan energiebesparings- en opslagtechnologie om superieure milieuprestaties te leveren. Motorfabrikant MTU ontwikkelde een hybride PowerPak-systeem dat voor elke spoortoepassing kan worden aangepast om een 25 procent lagere CO2-uitstoot te leveren naast de Tier 4-milieuvoordelen.
Machine-leren kan grote machine efficiënter maken. ProgressRail, een divisie van machinefabrikant Caterpillar, heeft geavanceerde elektronische besturingen geïntegreerd in de nieuwste locomotiefontwerpen die Tier 4-emissiereductievoordelen van bijna nul koppelen aan brandstofbesparende prestaties. Als u ooit een locomotief in actie hebt gezien, hebt u wellicht gezien dat verschillende locomotieven achter elkaar reden om passagiers- of treinwagons te verplaatsen. De nieuwste elektronische innovaties zorgen ervoor dat deze motoren zo efficiënt mogelijk werken en niet stationair draaien om superieure brandstofbesparende prestaties te leveren.
De oorspronkelijke dieselmotor waarop Rudolph Diesel meer dan 100 jaar geleden patent kreeg, was ontworpen om op biobrandstoffen te werken. Vandaag de dag geldt hetzelfde, aangezien oude en nieuwe dieselmotoren kunnen werken op hernieuwbare dieselbrandstof en hoogwaardige mengsels van biodiesel om aanzienlijke vermindering van de uitstoot van broeikasgassen te leveren. VirginAtlantic die de Brightline hogesnelheidspassagiersspoordienst in Florida exploiteert, heeft zich ertoe verbonden biodiesel te gebruiken om de koolstofvoetafdruk van de rit met 20 procent te verminderen.