A nullakibocsátású (ZE) infrastruktúrára való törekvés folytatódik, különösen Kaliforniában. Hogyan? Áprilisban a Kaliforniai Légtisztasági Erőforrások Testülete jóváhagyott egy rendeletet, amely kötelezővé tenné a vasutak számára a dízel-elektromos mozdonyok ZE mozdonyokkal való helyettesítését. Ezek a mozdonyok általában 40 évnél vagy annál hosszabb élettartammal rendelkeznek, de a rendelet 2029 után megtiltaná azoknak a működését az államban, amelyek 23 évesek vagy annál idősebbek. Az utasmozdonyoknak szigorúbb ütemtervet kellene követniük, azokat, amelyeket 2030 után gyártanak, ZE üzemmódban kellene üzemeltetni.
2035-ig az új hosszú távú tehervonatok (más néven 1. osztályú vasúti vonalakhoz tartozók) hajtóműveinek is nullakibocsátásúnak kell lenniük. A vasutak általában nem cserélnek mozdonyokat, amikor államhatárokat lépnek át, így Kalifornia megbízatása értelemszerűen országszerte kiterjedne a vonatokra.
Az sem egyértelmű, hogy Kaliforniának jogában áll-e ily módon szabályozni az áruszállító vasutakat, mivel az Amerikai Egyesült Államokban az összes vasúti üzemeltetési aspektus szövetségi irányítás alatt áll. Ezt az ügyet a jogi szakértőknek, bíróságoknak és politikusoknak kellene tárgyalniuk. Ehelyett nézzük meg a technikai problémákat.
Egy tipikus "közúti" mozdonyban egy 2000-től 4500 lóerős dízelmotor hajt egy fedélzeti generátort, amely ezután hajtja a keréktárcsa vontatási motorjait. (Megjegyzés: Ez a teljesítmény IGBT-k által vannak szabályozva, most már hozzáadott kifinomult algoritmusokkal a teljesítmény optimalizálása érdekében.) A dízel-elektromos mozdonyok (általában csak "dízel" néven említve a beszélgetések során) a 40-es és 50-es években kezdték leváltani a gőzhajtású hajtóműveket, mert kevésbé költséges volt megvásárolni, üzemeltetni és karbantartani őket, az előnyök jelentős mértékben növekedtek a mozdony teljesítményszintjeinek növekedésével.
Az a törekvés, hogy a mozdonyok ZE-re álljanak át, olyannak tűnhet, mintha egy kisebb vétséget elkövetőt üldöznének, miközben közelükben vannak nagyobb, súlyosabb bűnösök is. Az Amerikai Környezetvédelmi Ügynökség "Gyors tények a közlekedési üvegházhatású gáz kibocsátásról" című jelentése szerint a közlekedés összességében az összes üvegházhatású gáz (GHG) kibocsátásának 29%-át teszi ki, és a vasút részesedése ebből 2%, ami azt jelenti, hogy a vasút kevesebb mint 0,6%-ot tesz ki az ilyen jellegű összes kibocsátásból.
Ráadásul a vasút messze a legköltséghatékonyabb módja a rakományok mozgatásának, ha az üzemanyag-felhasználást tonna-mérföldenkénti mértékben nézzük, és más mutatókat is figyelembe veszünk, átlagosan közel 500 mérföldet tud egy tonna rakományt mozgatni gallon üzemanyaggal. Általánosságban elmondható, hogy a vasutak 3×-4× hatékonyabbak az üzemanyag-felhasználás terén, mint a teherautók, és egyetlen áruszállító vonat több száz teherautót képes helyettesíteni.
Hogyan valósítható meg ez a nullakibocsátású cél Kaliforniában az összes villamosenergia felhasználásával? Az egyértelmű megoldás az lenne, hogy állítsák meg a vonatokat az államhatárnál, és váltás után ZE mozdonyokkal folytassák az utat. Ez megvalósítható lenne - feltéve, hogy léteznek ilyen mozdonyok, természetesen - de az ilyen eljárások költségei az átszállási időben, a munkaköltségekben, a balesetek kockázatában és a rakomány késésében hatalmasak lennének, azzal a költséggel együtt, amit az új mozdonyok jelentenének (a modern dízel-elektromos egységek aktív élettartama 30-40 év).
Két másik megközelítés a felsővezeték-rendszer vagy az önállóan működő akkumulátorok használata. Az előbbi technika mellett szól az érv, mivel tudjuk, hogy megvalósítható, ahogy Európában is bizonyították, ahol a nyomvonal mintegy 75%-a így van villamosítva (és sok más terület is használja a felsővezetékes áramot).
Az Egyesült Államokban két ellenérve van ennek a megközelítésnek. Először is, az egyes teherkocsik és vonatok sokkal könnyebbek és rövidebbek Európában, és sokkal kevesebbet szállítanak vonatonként. Emellett az általuk megtett távolságok is sokkal rövidebbek, mint az USA-ban, ahol közel 140 000 mérföldes áruszállító vasúti hálózat van. Európában a felsővezetékes rendszerek hatékonyak ezekre a személyszállító vonatokra, mivel sokkal könnyebbek, mint a tehervonatok, de szállítási kapacitásuk sokkal alacsonyabb.
Mennyibe kerülne az amerikai áruszállító vasúti pályák elektromosítása? Az becsült összeg szinte értelmetlen, mivel figyelembe kell venni a felmérést és az építési terveket, a földterület beszerzését (amely nagyrészt kisajátítást igényel), a jogi kihívásokat, az elektromos alállomásokat és azok területét, az új mozdonyok költségét és még sok más tényezőt, de kétségtelenül százmilliárd dollárokba kerülne, és évtizedekig tartana.
Talán jobb megoldás lenne a dízel-elektromos mozdonyok üzemanyagtartályának és generátor részeinek cseréje akkumulátorokra és megfelelő energiaátalakítóra és motorvezérlésre. Az elkerülhetetlen valóság az, hogy az ilyen elrendezés szállítási kapacitása és hatótávolsága sokkal kevesebb lenne, mint egy dízel-elektromos egységé, még akkor is, ha azonos vontatási teljesítményt feltételezünk; egyes többmotoros vonatok akár 100 teherkocsit is húznak több száz mérföldön át, megállás nélkül és nagy sebességgel. Minden 50-100 mérföldön való megállás az ilyen nagy kapacitású akkumulátorok töltésére hatalmas töltőállomásoknál vagy sok ezer fontot nyomó akkumulátor készletek cseréjére nem triviális feladat lenne, és jelentősen bonyolítaná az üzemeltetést és növelné az átszállási időt.
Ezeknek látszólagos korlátok ellenére vannak erőfeszítések az önállóan működő akkumulátoros energiával kapcsolatban. 2023 októberében a jelentős mozdonyépítő Wabtec (korábban Westinghouse Air Brake Company, és amely 2019-ben felvásárolta a GE mozdonyüzletét) bemutatta a FLXdrive akkumulátoros mozdonyt, a világ első 100%-ban akkumulátorral működő nagy teherbírású, fedélzeti energiával ellátott mozdonyát, 7 MWh akkumulátorkapacitással (2. ábra). Az első - és eddig az egyetlen - készüléket Ausztráliában tesztelik a Roy Hill nevű (egy vezető vasérc bányászati vállalat) területén, egy 344 km hosszú korlátozott útvonalon.
A kutatók akkumulátorral működő vonatokat is vizsgálnak külső energiaegységekkel. A Nature Energy című folyóiratban nemrég megjelent cikkben a kaliforniai Lawrence Berkeley National Laboratory csapata részletes javaslatot és elemzést nyújtott be ezeknek a dízel-elektromos mozdonyoknak a teljes elektromossá történő átalakítására.
Az ő megoldásukban egy erőkar követné a mozdonyt, amelyet akkumulátorok töltenek és csatlakozna a vontatási motorkerékrendszerhez a dízelmotor és a generátor helyén (amely vészhelyzetben maradhatna meg). Ez a hajtóerőt biztosító kocsi lehet egyedi tervezésű tartálykocsi vagy akár egy sík kocsi nagyméretű, akkumulátorokkal feltöltött modulokkal, amelyek könnyen le- és felszerelhetők lennének cserére (3. ábra). Megállapították, hogy ilyen elrendezés számos szempontból nagyon vonzó, de tartsuk szem előtt, hogy sok optimizmus kellett a végcél eléréséhez.
3.ábra: Egy külön akkumulátoros platós kocsi húzása működési és utánpótlási szempontból jobb lehet, mint a mozdony mozgató részébe való beépítése.
Talán az újratölthető akkumulátorok használatának gondolata rövidlátó. Egy olyan nem-akkumulátoros alternatíva, mint például a hidrogén és üzemanyagcellák (melyeket autókra is megoldásként emlegetnek), hosszú távon lehet a jobb választás. Az energia sűrűsége és hatótávolsága magasabb lehet, mint az akkumulátoroknál, miközben a tankolási idő hasonló lenne a dízel üzemidőkhöz. Azonban a hidrogénnek még mindig számos jól ismert súlyos problémája van, mivel kinyerése energiaigényes, és az infrastruktúra széles körű szállításához, elosztásához és használatához jelentős fejlesztésekre van szükség több területen.
A jogi kérdések mellett mi a véleménye a kaliforniai nullakibocsátású vasúti szabályozás gyakorlati megvalósíthatóságáról? Lehetséges-e elfogadható költséggel, fennakadások nélkül és egy bizonyos időkereten belül megvalósítani? És a végső kérdés: megéri-e a nullakibocsátású előny megszerzése a sok nehézség árán?