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Freitag, 26 November 2021 07:00

Vereinigte Staaten: Umstellung von Diesel-Güterzügen auf Batteriebetrieb würde sich rechnen

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Fotos G&W, Douglas Leffler.

Nahezu alle Lokomotiven in den USA werden durch dieselelektrische Antriebe angetrieben, die 35 Mio. t CO2 ausstoßen und eine Luftverschmutzung verursachen, die jährlich zu etwa 1.000 vorzeitigen Todesfällen führt und Kosten in Höhe von etwa 6,5 Mrd. USD (5,8 Mrd. EUR) für Gesundheitsschäden verursacht. Verbesserte Batterietechnologie und der Zugang zu billigem Strom aus erneuerbaren Energien eröffnen die Möglichkeit eines batterieelektrischen Schienenverkehrs.

Die Treibhausgasemissionen müssen bis 2030 um 45 % gesenkt werden, wenn die globale Erwärmung auf 1,5 ºC begrenzt werden soll, wie es im Pariser Klimaschutzabkommen von 2015 vorgesehen ist. Um dies zu erreichen, muss an vielen verschiedenen Fronten gearbeitet werden, und der Schienengüterverkehrssektor bietet eine einzigartige Gelegenheit für aggressive kurzfristige Klimaschutzmaßnahmen, so Forscher der Universität Berkeley.

Die Auroren Natalie D. Popovich , Deepak Rajagopal , Elif Tasar und Amol Phadke* zeigen in Ihrer Arbeit "Wirtschaftliche, ökologische und netzspezifische Vorteile der Umstellung von Dieselzügen auf batterieelektrische" [Nat Energy 6, 1017–1025 (2021), https://doi.org/10.1038/s41560-021-00915-5], dass mit einem einzigen Standard-Güterwagen im Zug, der mit einer 14-MWh-Batterie und einem Wechselrichter ausgestattet ist, eine Reichweite von 241 km erreicht werden kann, wobei nur die Hälfte der Energie verbraucht wird, die Dieselzüge benötigen.

Während viele Länder auf elektrische Güterzüge umgestiegen sind, war dies in den USA bisher nicht der Fall. Aufgrund der großen Entfernungen war es bisher schwierig, elektrifizierte Strecken zu bauen. Dennoch könnte es einen einfacheren Weg nach vorn geben, glauben die Forscher. Da dieselelektrische Züge bereits über einen Elektromotor verfügen, könnten die USA die Züge auf Batteriebetrieb umrüsten.

US-Lokomotiven der Klasse I sind dieselelektrisch: Ein Dieselmotor treibt einen elektrischen Generator an, der Fahrmotoren für den Antrieb der Achsen betreibt. Eine solche Lokomotive kann auf batterieelektrischen Antrieb umgerüstet werden, indem ein oder mehrere Batterie-Tenderwagen (Tender Cars) mit einer Verkabelung für die Stromversorgung des Antriebsstrangs hinzugefügt werden. Ein Tenderwagen könnte den Strom über ein Kabel an die zentrale Stromschiene der Lokomotive übertragen und diesen dann an die Fahrmotoren weiterleiten.

Der Schienengüterverkehr ist im Durchschnitt drei- bis viermal sparsamer als der Straßengüterverkehr. Dieser Vorteil verschafft den Zügen einen Spielraum für das Gewicht, das Volumen und den Energieverbrauch der Batterien, die erforderlich sind, um eine ausreichende Tagesreichweite zu erzielen und gleichzeitig eine sehr hohe Effizienz beizubehalten. Darüber hinaus bieten die Batterietechnologie und der Bahnbetrieb zahlreiche Möglichkeiten zum Aufladen während langer Strecken. Die Autoren zeigen, dass batteriebetriebene Züge mit einem einzigen Batteriewagen die erforderliche Reichweite erreichen und gleichzeitig die Energieeffizienz von diesel-elektrischen Zügen übertreffen können.

Geht man von der derzeit besten Energiedichte von LFP-Batterien (Lithium-Eisenphosphat-Akkumulator) aus, könnte ein einzelner Güterwagen eine 14-MWh-Batterie mit einer Reichweite von 241 km mit einer einzigen Ladung aufnehmen, was der durchschnittlichen Entfernung entspricht, die Güterzüge der Klasse I in den USA zwischen den Haltepunkten zurücklegen. Der Energieverbrauch von Batterie-Güterzügen erhöht sich aufgrund des zusätzlichen Batteriegewichts um 5 % (241 km Reichweite), ist aber aufgrund des hohen Wirkungsgrads der vollelektrischen Antriebe immer noch etwa halb so hoch wie der Energieverbrauch von Dieselzügen.

Bei den in naher Zukunft zu erwartenden Batteriepreisen können batterieelektrische Züge mit diesel-elektrischen Zügen gleichziehen, wenn die Umweltkosten berücksichtigt werden oder wenn die Eisenbahnunternehmen Zugang zu den Großhandelspreisen für Strom haben und eine 40%ige Nutzung der Schnellladeinfrastruktur erreichen können. Unter Berücksichtigung der verringerten Luftschadstoff- und CO2-Emissionen würde die Umstellung auf einen batterieelektrischen Antrieb dem US-Güterverkehrssektor über einen Zeitraum von 20 Jahren 94 Mrd. USD (84 Mrd. EUR) einsparen.

WKZ, Quelle Nature Energy

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