Batterien und Wasserstoff könnten Diesel im Schwerlastverkehr ersetzen

AUSTRALIENs größtes Frachtunternehmen, Aurizon, und die University of Queensland sind zu dem Schluss gekommen, dass eine Kombination aus Batterien und Wasserstoff im kommenden Jahrzehnt Dieselantrieb auf den Schwerlaststrecken des Landes ersetzen könnte.

In einem im Journal of Energy Storage veröffentlichten Artikel arbeiteten Dr. Ruth Knibbe und Professor Paul Meehan von der School of Mechanical and Mining Engineering der Universität mit Aurizon zusammen, um Eisenbahnkorridore in ganz Australien zu analysieren.

Das Papier demonstrierte die Grenzen moderner Batterien anhand realer Daten mehrerer Lokomotiven, die im australischen Schienengüterverkehr eingesetzt werden. Die Forscher entwickelten ein Energiemodell, um die erforderliche Energie und die potenziell regenerierte Energie jeder Route zu bewerten, wobei die Antriebs- und regenerative Batterieenergie, -masse und -kosten anhand von Daten aus dem Energiemodell in Verbindung mit Batteriespezifikationen bestimmt wurden.

Die Machbarkeit des Einsatzes von Lithium-Eisenphosphat- (LFP), Nickel-Mangan-Kobalt- (NMC) und Lithium-Titanoxid-Batterien (LTO) in Schwerlast-Traktionsanwendungen wurde unter Berücksichtigung von Kosten, Energiedichte, Zykluslebensdauer und Lokomotivdaten untersucht, wobei LFP als am häufigsten identifiziert wurde geeignete aktuelle Batterielösung.

Eine weitere Untersuchung des Energiebedarfs und der damit verbundenen Massen-/Volumenbeschränkungen ergab, dass für die Dekarbonisierung des Schwerlastverkehrs auf der Schiene drei Plattformen erforderlich sind: eine batterieelektrische Lokomotive für niedrigen Energiebedarf, die entweder mit einem batterieelektrischen Tender für mittleren Energiebedarf gekoppelt werden kann, oder eine batterieelektrische Lokomotive für den mittleren Energiebedarf ein elektrischer Tender mit Wasserstoff-Brennstoffzelle für höheren Energiebedarf.

Eine zukunftsorientierte technisch-ökonomische Bewertung von Batterie- und Wasserstoff-Brennstoffzellenplattformen kam zu dem Schluss, dass die kostengünstigste Lösung für Niedrigenergieanwendungen ein reines Batteriesystem und für energieintensive Aufgaben ein Batterie-Wasserstoff-System ist.

„Der Schienenverkehr war im Jahr 2020 für etwa 3 % der weltweiten Kohlenstoffemissionen verantwortlich, daher wird die Dekarbonisierung der Eisenbahn eine wichtige Rolle beim Übergang Australiens zu erneuerbaren Energien spielen“, sagt Knibbe. „Aber es ist eine Herausforderung, da lange Bahnstrecken im ganzen Land viel Energie erfordern und nur begrenzte Kapazitäten für den Aufbau der Ladeinfrastruktur vorhanden sind, was bedeutet, dass die gesamte Energie an Bord transportiert werden muss.“

Die Studie untersuchte die Zuggewichte und wie viel Energie erforderlich wäre, um volle Ladungen zwischen Minen und Häfen zu bewegen, sowie Optionen wie dynamisches Bremsen, das beim Bremsen Energie erzeugt.

„Während Hochleistungsbatterien große Chancen bieten, indem sie die Erfassung von Bremsenergie ermöglichen, ist es auch eine große Herausforderung, sie kühl zu halten“, sagt sie. „Die Batterien an Bord wiegen rund 42 Tonnen und müssen bei sicheren Temperaturen gehalten werden, damit sie nicht vorzeitig entladen.

„Wir haben sowohl den Energie- und Kühlbedarf jeder Bahnstrecke als auch die verfügbaren Energiespeichersysteme bewertet.“

Die Forscher fanden heraus, dass batteriebetriebene Züge Diesellokomotiven auf kürzeren, energiesparenden Strecken wie dem 200 km langen Korridor Gladstone – Moura im Zentrum von Queensland ersetzen könnten.

Roger Buckley, Manager für die Dekarbonisierung der Flotte bei Aurizon, sagte, die Forschung sei ein entscheidender Teil der Arbeit von Aurizon, die Kohlenstoffemissionen in der gesamten Lokomotivenflotte des Unternehmens zu reduzieren.

„Wir engagieren uns für den Aufbau einer nachhaltigeren Zukunft und haben einen klaren Fokus auf unser Ziel, den CO2-Fußabdruck von Aurizon weiter zu reduzieren, während wir darauf hinarbeiten, bis 2050 keine betrieblichen Emissionen mehr zu verursachen“, sagte er.

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