Argonne & Oak Ridge National Laboratories colaboram com a Wabtec em trens movidos a hidrogênio

À medida que os Estados Unidos se afastam dos carros e caminhões que queimam combustíveis fósseis, cientistas do Departamento de Energia dos EUA (CORÇA) Laboratório Nacional de Argonne e Laboratório Nacional de Oak Ridge (ORNL) estão explorando opções para outro meio de transporte: os trens. A pesquisa se concentra no hidrogênio zero carbono e outros combustíveis de baixo carbono como alternativas viáveis ​​ao diesel para a indústria ferroviária.

Pesquisadores do ORNL e do Argonne National Laboratory trabalharão com a Wabtec, fabricante líder de locomotivas de carga, para desenvolver as estratégias de hardware e controle para um motor de cilindro único e bicombustível para demonstrar a viabilidade do uso de combustíveis alternativos para locomotivas. O objetivo da equipe é reduzir as emissões de carbono das cerca de 25.000 locomotivas já em uso na América do Norte. Crédito: ORNL, Departamento de Energia dos EUA

Ambos os laboratórios firmaram acordos cooperativos de pesquisa e desenvolvimento com a Wabtec, fabricante líder de locomotivas de carga. O acordo Argonne e Wabtec também inclui a Convergent Science, desenvolvedora de software. O projeto terá duração de quatro anos.

Pesquisadores da equipe multidisciplinar deram início ao projeto e comemoraram a instalação do motor de locomotiva bicombustível monocilíndrico da empresa de tecnologia ferroviária Wabtec no National Transportation Research Center, uma instalação de usuário designada pelo DOE localizada em ORNLdurante um evento de 9 de novembro.

“Embora o hidrogênio tenha sido usado em motores de combustão leves, ainda é uma área muito nova de pesquisa em aplicações ferroviárias”. — Muhsin Ameen, cientista de pesquisa sênior de Argonne

O hidrogênio como combustível tem muitas vantagens, mas os motores das locomotivas devem ser modificados para garantir uma operação segura, eficiente e limpa. A equipe desenvolverá estratégias de hardware e controle para o motor, que funcionará com hidrogênio e diesel para demonstrar a viabilidade do uso de combustíveis alternativos.

“Estamos empolgados em fazer parte dessa colaboração porque ela aborda a necessidade de descarbonizar a indústria ferroviária, avançando a tecnologia de motores a hidrogênio para locomotivas atuais e futuras”, disse Josh Pihl, um ORNL pesquisador distinto e líder de grupo para catálise aplicada e pesquisa de emissões.“Também é um exemplo perfeito de como uma colaboração financiada pelo DOE entre a indústria e os laboratórios nacionais pode acelerar o desenvolvimento e a comercialização de tecnologias para ajudar a reduzir as emissões de carbono do transporte”.

Pihl disse que o projeto está alinhado com os objetivos da CORÇA‘s Vehicle Technologies Office para usar combustíveis de baixo carbono em setores de transporte de difícil eletrificação. Embora os veículos eletrificados sejam uma estratégia eficaz na redução das emissões de carbono de algumas partes do setor de transporte, as ferrovias são consideradas mais difíceis devido ao alto custo de construir um único sistema ferroviário eletrificado coordenado em toda a América do Norte. A cada ano, a frota ferroviária norte-americana emite aproximadamente 87,6 bilhões de libras de dióxido de carbono, um dos principais impulsionadores das mudanças climáticas.

Os pesquisadores estão explorando o potencial da tecnologia de motores de combustão de hidrogênio na indústria ferroviária, disse Muhsin Ameen, cientista de pesquisa sênior da Argonne. O hidrogênio é um transportador de energia que pode ser produzido a partir de fontes de energia limpa, como energia solar e eólica. Os cientistas estudam veículos movidos a hidrogênio há décadas.

“Para reduzir as emissões de dióxido de carbono a zero líquido até 2050, devemos fazer melhorias dramáticas na eficiência energética e nas emissões no sistema geral de transporte, incluindo ferrovias”, disse Ameen.“O hidrogênio tem sido usado em motores de combustão leves. No entanto, o hidrogênio é uma área mais recente de pesquisa em aplicações ferroviárias”.

A equipe de pesquisa está desenvolvendo tecnologia de combustão para alimentar a próxima geração de trens com até 100% de hidrogênio e outros combustíveis de baixo carbono. O objetivo da equipe é projetar motores de trem que ofereçam a mesma potência, alcance e custo-benefício que a tecnologia diesel atual.

“Esta colaboração com os laboratórios nacionais de Argonne e Oak Ridge com CORÇA o suporte avançará o desenvolvimento da tecnologia de hidrogênio dentro das plataformas líderes da indústria da Wabtec para motores de velocidade média. As ferrovias poderão reduzir significativamente as emissões e os custos operacionais, mantendo a uniformidade dentro de sua atual frota de trens”, disse James Gamble, vice-presidente da Engine & Tecnologia de Soluções de Energia na Wabtec.

Na primeira fase do projeto, o ORNL equipe trabalhará em mudanças de hardware para retrofitting de locomotivas. Seu objetivo é reduzir CO₂ emissões das cerca de 25.000 locomotivas já em uso na América do Norte. As locomotivas têm uma vida útil de mais de 30 anos, portanto, substituir toda a frota levaria décadas.

Durante a segunda fase do projeto, Argonne aproveitará mais de uma década de experiência em modelagem de injeção e combustão de hidrogênio para criar uma estrutura de modelagem para estudar tecnologias de combustão e controle de emissões usadas em motores de combustão de hidrogênio. Especialistas em injeção de combustível, modelagem cinética e de combustão, otimização de design, computação de alto desempenho e aprendizado de máquina levarão o projeto do início ao fim.

Ao mesmo tempo, ORNL e a Wabtec continuará alterando o hardware do motor para aumentar a quantidade de hidrogênio que pode ser usada. A equipe pretende substituir completamente o diesel por hidrogênio ou combustíveis de baixo carbono em novas locomotivas.

Os cientistas estão usando os computadores de alto desempenho da Argonne para desenvolver software de simulação. Esta ferramenta ajudará a prever o comportamento dos motores de combustão à medida que as condições de operação mudam e o hardware é modificado. As simulações ajudam os pesquisadores a entender o processo de combustão, que impulsiona a eficiência do motor e reduz as emissões.

Espera-se que cada locomotiva movida a diesel convertida em uma fonte de energia de zero ou baixo carbono economize até 5,6 milhões de libras de dióxido de carbono por ano.

Junto com Ameen, a equipe de Argonne inclui o líder do grupo e principal pesquisador Riccardo Scarcelli, o pós-doutorado Samuel Kamouz e o principal cientista de pesquisa de motores Christopher Powell.

Além de Pihl, o ORNL A equipe inclui os engenheiros de pesquisa Dean Edwards e Eric Nafziger e o mecânico de pesquisa Steve Whitted.

O projeto é financiado pelo Vehicle Technologies Office sob CORÇAGabinete de Eficiência Energética e Energias Renováveis ​​e Wabtec. As contribuições em espécie são fornecidas pela Wabtec e pela Convergent Science. A Administração Ferroviária Federal do Departamento de Transportes dos EUA também está financiando pesquisas relacionadas ao uso seguro de hidrogênio em motores de locomotivas.

Corporação Wabtec (NYSE: WAB) está focada na criação de soluções de transporte que movem e melhoram o mundo. A empresa é uma fornecedora líder global de equipamentos, sistemas, soluções digitais e serviços de valor agregado para os setores ferroviário de carga e trânsito, bem como os mercados de mineração, marítimo e industrial. A Wabtec é líder na indústria ferroviária há mais de 150 anos e tem a visão de alcançar um sistema ferroviário de emissão zero nos EUA e no mundo. Visite o site da Wabtec em: www​.wabtec​corp​.com.

UT-Battelle gerencia ORNL para o Gabinete de Ciências do Departamento de Energia, o maior patrocinador da pesquisa básica nas ciências físicas nos Estados Unidos. O Office of Science está trabalhando para enfrentar alguns dos desafios mais prementes do nosso tempo. Para mais informações, visite ener​gy​.gov/​s​cience.

Laboratório Nacional de Argonne busca soluções para problemas nacionais urgentes em ciência e tecnologia. O primeiro laboratório nacional do país, o Argonne conduz pesquisas científicas básicas e aplicadas de ponta em praticamente todas as disciplinas científicas. Os pesquisadores da Argonne trabalham em estreita colaboração com pesquisadores de centenas de empresas, universidades e agências federais, estaduais e municipais para ajudá-los a resolver seus problemas específicos, promover a liderança científica dos Estados Unidos e preparar a nação para um futuro melhor. Com funcionários de mais de 60 países, a Argonne é gerenciada pela UChicago Argonne, LLC para o Escritório de Ciências do Departamento de Energia dos EUA.

Escritório de Ciência do Departamento de Energia dos EUA é o maior apoiador individual da pesquisa básica em ciências físicas nos Estados Unidos e está trabalhando para enfrentar alguns dos desafios mais prementes do nosso tempo. Para mais informações, visite https://​energy​.gov/​s​cience.

Cortesia do Laboratório Nacional de Argonne

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