Motores de comboios de carga dependem quase exclusivamente de diesel. As primeiras locomotivas de carga a diesel de sobre-estrada entraram em serviço na década de 1930 e o número de trens movidos a diesel nos EUA ultrapassou 1.000 em 1940 – a maioria para o serviço de passageiros.
De acordo com os últimos dados disponíveis do Bureau of Transportation Statistics (BTS) dos EUA, no final de 2018 pouco mais de 26.000 locomotivas de carga estavam em operação nos EUA, e 431 locomotivas AMTRAK de trem de passageiros. Outras agências de trânsito estaduais operavam serviços ferroviários regionais movidos predominantemente com motores diesel. Com exceção de algumas poucas linhas ferroviárias de passageiros que são eletrificadas (corredor Nordeste da Amtrak e linha Harrisburg, PA), o restante do trem de passageiros e toda a linha ferroviária de carga nos EUA é movida a diesel, consumindo 65 milhões de galões de combustível diesel em 2018.
Apesar de o motor médio do carro ter hoje cerca de 200 cv, os motores das locomotivas normalmente começam dez vezes essa quantidade. Os operadores de trens dependem da potência diesel em toda a gama de aplicações de energia ferroviária:
- Os menores motores de locomotivas (até 2.000 cavalos de potência) são usados em operações de comutação em pátios de carga para montar e desmontar trens ou são usados em pequenos trechos de trens pequenos.
- Os motores de locomotivas mais potentes (até 4.500 cavalos de potência) são usados principalmente em operações de trens de carga de longa distância pelas cinco ferrovias de Classe I dos Estados Unidos, operadores de trens de escassez e locomotivas de passageiros AMTRAK.
Os motores diesel têm vantagens econômicas substanciais sobre outras fontes de energia para locomotivas. Além disso, as locomotivas diesel aceleram rapidamente e funcionam em alta velocidade com o mínimo de danos à via. Elas funcionam com eficiências similares às locomotivas elétricas, mas não exigem investimentos de capital em subestações e redes de distribuição elétrica.
Regulamentações e Normas
A indústria diesel e os fabricantes de ferrovias continuam a investir recursos e dar passos em direção à produção da tecnologia de trens mais limpa possível. A tecnologia de motores diesel em locomotivas ferroviárias tem avançado drasticamente nos últimos anos. A eficiência do combustível aumentou 61% desde 1980.
Em 2004, a Agência de Proteção Ambiental dos EUA (EPA) divulgou sua Regra Final de Diesel Não Rodoviário que exigirá que os motores dos trens atendam aos rígidos padrões de qualidade do ar. Como parte desta norma, os trens serão obrigados a operar usando combustível diesel com baixo teor de enxofre que reduz as emissões de enxofre em 99 por cento. Essas melhorias de combustível criarão benefícios ambientais e de saúde pública imediatos e significativos.
Ao mesmo tempo, normas ferroviárias limpas também exigirão o uso de tecnologias avançadas de controle de emissões similares àquelas já existentes para caminhões e ônibus a diesel para serviços pesados. A disponibilidade de combustível diesel não rodoviário limpo significa que a tecnologia avançada de controle de emissões diesel limpo reduzirá as emissões de NOx e PM em 90% dos novos motores ferroviários.
Hoje, a transformação para emissões quase nulas em motores de locomotivas para cada aplicação está completa, com os novos motores fabricados a partir de 2015 agora alcançando a regulamentação de emissões Tier 4 da EPA dos EUA para partículas e óxidos de nitrogênio. A substituição de uma única locomotiva de comutação antiga por um novo motor diesel Tier 4 com emissões quase nulas pode gerar os mesmos benefícios de redução de emissões que tirar 8.000 carros da estrada por um ano.
Advanced Rail Technology Delivers Clean Air and Climate Benefits
Embora novas soluções diesel Tier 4 com emissões quase nulas para passageiros e carga ferroviária estejam aqui, a sua introdução na frota de locomotivas pode levar algum tempo. Pesquisas confirmam que os motores das locomotivas estão em serviço em média há mais de 50 anos. Isto significa que há uma grande população de motores muito mais antigos, concebidos antes das normas de emissões ainda serem necessárias. Substituir essas locomotivas muito mais antigas por novos motores diesel com emissões quase nulas pode fazer muito para reduzir imediatamente as emissões nas comunidades onde elas servem.
O fabricante global de locomotivas Siemens fez uma parceria com o fabricante de motores, Cummins, para desenvolver uma locomotiva com emissões quase nulas para a frota envelhecida da AMTRAK. Espera-se que setenta e cinco novas locomotivas AMTRAK Charger entrem em serviço em 2021 com potentes motores a diesel Cummins QSK90 de 4.000 HP para reduzir as emissões em 90% e economizar combustível também. Espera-se que estes novos motores diesel mais eficientes reduzam as emissões de C02 em 10%.
Os motores diesel são capazes de integrar sistemas híbridos e não há razão para que as locomotivas não possam se beneficiar destes avanços. Os motores a diesel com emissões quase nulas são acoplados à economia de energia e à tecnologia de armazenamento para proporcionar um desempenho ambiental superior. O fabricante de motores MTU desenvolveu um sistema PowerPak híbrido que pode ser personalizado para qualquer aplicação ferroviária para proporcionar uma redução de 25% nas emissões de CO2 juntamente com os benefícios ambientais Tier 4.
Aprendizagem da máquina pode tornar a máquina grande mais eficiente. ProgressRail, uma divisão do fabricante de equipamentos Caterpillar, integrou controles eletrônicos avançados nos mais recentes projetos de locomotivas que acoplam os benefícios da redução de emissões de Tier 4 quase zero com desempenho de economia de combustível. Se você já viu uma locomotiva em ação, você já deve ter notado que várias locomotivas em operação consistem em mover vagões de passageiros ou vagões ferroviários. As últimas inovações eletrônicas permitem que esses motores operem da forma mais eficiente possível e eliminem o ralenti para proporcionar um desempenho superior de economia de combustível.
O motor diesel original patenteado pela Rudolph Diesel há mais de 100 anos foi projetado para operar com biocombustíveis. Hoje o mesmo se aplica aos motores diesel antigos e novos, que podem operar com combustível diesel renovável e misturas de alta qualidade de biodiesel para proporcionar reduções significativas de emissões de gases de efeito estufa. A VirginAtlantic operando o serviço ferroviário de passageiros de alta velocidade Brightline na Flórida está comprometida a usar biodiesel para reduzir a pegada de carbono da viagem em 20 por cento.