Godstågsmotorer är nästan uteslutande beroende av diesel. De första dieseldrivna godsmotorerna över vägen togs i bruk på 1930-talet och antalet dieseldrivna tåg i USA översteg 1 000 år 1940 – de flesta för persontrafik.
Enligt de senaste tillgängliga uppgifterna från U.S. Bureau of Transportation Statistics (BTS) fanns det i slutet av 2018 drygt 26 000 godslok i drift i USA, och 431 AMTRAK-lok för persontrafik på passagerartåg. Andra statliga transportbyråer bedrev regional järnvägstrafik som huvudsakligen drevs med dieselmotorer. Med undantag för några få passagerartågslinjer som är elektrifierade (Amtraks nordöstra korridor och Harrisburg, PA-linjen) är resten av passagerartågen och alla godståg i USA dieseldrivna och förbrukade 65 miljoner gallon dieselbränsle 2018.
Men medan den genomsnittliga bilmotorn i dag har cirka 200 hk, startar lokomotivmotorer vanligtvis på tio gånger så mycket. Tågoperatörer förlitar sig på dieseldrift inom hela spektrumet av järnvägsdriftstillämpningar:
- De minsta lokomotivmotorerna (upp till 2 000 hästkrafter) används vid växlingsverksamhet på godsbangårdar för att sätta ihop och plocka isär tåg eller används vid korta transporter av små tåg.
- De mest kraftfulla lokomotivmotorerna (upp till 4 500 hästkrafter) används främst för långväga godstågstrafik av USA:s fem klass I-järnvägar, shortahuloperatörer och AMTRAK:s passagerarlok.
Dieselmotorer har avsevärda ekonomiska fördelar jämfört med andra kraftkällor för lokomotiv. Dessutom accelererar diesellok snabbt och körs i höga hastigheter med minimala spårskador. De fungerar med liknande effektivitet som ellok, men kräver inte kapitalinvesteringar i understationer och eldistributionsnät.
Regler och standarder
Dieselindustrin och järnvägstillverkarna fortsätter att investera resurser och göra framsteg för att producera den renaste möjliga tågtekniken. Dieselmotortekniken i järnvägslok har utvecklats dramatiskt under de senaste åren. Bränsleeffektiviteten har ökat med 61 procent sedan 1980.
Under 2004 släppte den amerikanska miljöskyddsbyrån (EPA) sin slutgiltiga regel för dieselmotorer som inte är avsedda för vägtransporter och som kommer att kräva att tågmotorer uppfyller stränga luftkvalitetsnormer. Som en del av denna standard måste tågen drivas med dieselbränsle med låg svavelhalt som minskar svavelutsläppen med 99 procent. Dessa bränsleförbättringar kommer att skapa omedelbara och betydande fördelar för miljön och folkhälsan.
Samtidigt kommer standarderna för rena järnvägar också att kräva användning av avancerad teknik för utsläppskontroll som liknar den som redan finns för tunga diesellastbilar och bussar. Tillgången till rent dieselbränsle som inte är avsett för vägtransporter innebär att avancerad teknik för kontroll av rena dieselutsläpp kommer att minska NOx- och PM-utsläppen med 90 procent från nya järnvägsmotorer.
I dag är omvandlingen till nästan nollutsläpp i lokomotivmotorer för alla användningsområden avslutad, och nya motorer som tillverkades från och med 2015 uppnår nu U.S. EPA:s Tier 4-utsläppsregler för både partiklar och kväveoxider. Att ersätta ett enda äldre växellok med en ny Tier 4-dieselmotor med nästan nollutsläpp kan ge samma utsläppsminskningar som att ta bort 8 000 bilar från vägarna under ett år.
Advancerad järnvägsteknik ger ren luft och klimatfördelar
Men även om de nya Tier 4-diesellösningarna med nästan nollutsläpp för passagerar- och godstransporter är här, kan det dröja en tid innan de införs i lokomotivflottan. Forskning bekräftar att lokomotivmotorer i genomsnitt är i drift i mer än 50 år. Detta innebär att det finns en stor mängd mycket äldre motorer som konstruerades innan utsläppsnormerna infördes och som fortfarande är i drift. Att ersätta dessa mycket äldre lokomotiv med nya dieselmotorer med nästan nollutsläpp kan göra mycket för att omedelbart minska utsläppen i de samhällen där de används.
Den globala lokomotivtillverkaren Siemens samarbetade med motortillverkaren Cummins för att utveckla ett lokomotiv med nästan nollutsläpp för AMTRAK:s åldrande fordonsflotta. Sjuttiofem nya AMTRAK Charger-lokomotiv väntas tas i bruk 2021 och drivas av kraftfulla Cummins QSK90-dieselmotorer på 4 000 hästkrafter för att minska utsläppen med 90 procent och även spara bränsle. Dessa nya effektivare dieselmotorer förväntas minska C02-utsläppen med 10 procent.
Dieselmotorer kan integrera hybridsystem och det finns ingen anledning till varför lokomotiv inte kan dra nytta av dessa framsteg. Dieselmotorer med nästan nollutsläpp kombineras med energibesparingar och lagringsteknik för att ge överlägsna miljöprestanda. Motortillverkaren MTU har utvecklat ett hybrid PowerPak-system som kan anpassas för alla järnvägstillämpningar för att ge en 25-procentig minskning av CO2-utsläppen tillsammans med Tier 4-miljöfördelar.
Maskininlärning kan göra stora maskiner mer effektiva. ProgressRail, en division av utrustningstillverkaren Caterpillar, har integrerat avancerade elektroniska kontroller i de senaste lokomotivkonstruktionerna som kopplar Tier 4-fördelar för minskning av utsläpp nära noll till bränslebesparande prestanda. Om du någonsin har sett ett lokomotiv i drift har du kanske lagt märke till att flera lokomotiv körs i grupp för att flytta passagerar- eller järnvägsvagnar. De senaste elektroniska innovationerna gör det möjligt för dessa motorer att arbeta så effektivt som möjligt och eliminera tomgångskörning för att ge överlägsna bränslebesparingar.
Den ursprungliga dieselmotorn, som patenterades av Rudolph Diesel för över 100 år sedan, var utformad för att kunna drivas med biobränslen. I dag gäller samma sak eftersom gamla och nya dieselmotorer kan drivas med förnybart dieselbränsle och högkvalitativa blandningar av biodiesel för att minska utsläppen av växthusgaser avsevärt. VirginAtlantic som driver höghastighetstågstrafiken Brightline i Florida har åtagit sig att använda biodiesel för att minska resans koldioxidavtryck med 20 procent.