Argonne & Oak Ridge National Laboratories 与 Wabtec 合作开发氢动力火车

Argonne & Oak Ridge National Laboratories 与 Wabtec 合作开发氢动力火车

Argonne 和 Oak Ridge 国家实验室与 Wabtec 合作开发氢动力火车,以使铁路行业脱碳

随着美国不再使用燃烧化石燃料的汽车和卡车,美国能源部 ( DOE ) 的阿贡国家实验室和橡树岭国家实验室 ( ORNL ) 的科学家正在探索另一种交通方式的选择:火车。该研究的重点是零碳氢和其他低碳燃料作为铁路行业柴油的可行替代品。

ORNL 和阿贡国家实验室的研究人员将与领先的货运机车制造商 Wabtec 合作,开发单缸双燃料发动机的硬件和控制策略,以证明在机车中使用替代燃料的可行性。该团队的目标是减少北美已在使用的大约 25,000 辆机车的碳排放。图片来源:ORNL,美国能源部

两家实验室都与领先的货运机车制造商 Wabtec 签订了合作研发协议。 Argonne 和 Wabtec 协议还包括软件开发商 Convergent Science。该项目将运行四年。

11 月 9 日,多学科团队的研究人员启动了该项目,并庆祝在国家交通研究中心(位于ORNL的 DOE 指定用户设施)安装了铁路技术公司 Wabtec 的单缸双燃料机车发动机。

虽然氢已用于轻型内燃机,但它在铁路应用中仍然是一个非常新的研究领域。” — Muhsin Ameen,阿贡高级研究科学家

氢作为燃料具有许多优点,但必须对机车发动机进行改造,以确保安全、高效和清洁运行。该团队将为发动机开发硬件和控制策略,该发动机将使用氢和柴油燃料,以证明使用替代燃料的可行性。

我们很高兴能成为这项合作的一部分,因为它通过推进当前和未来机车的氢发动机技术来解决铁路行业脱碳的需求,” ORNL杰出研究员和应用催化和排放小组负责人乔什·皮尔 (Josh Pihl) 说研究。 â� <“这也是美国能源部资助的行业与国家实验室之间的合作如何加速技术的开发和商业化以帮助减少交通运输碳排放的完美示例。”

Pihl 表示,该项目符合美国能源部车辆技术办公室的目标,即在难以实现电气化的运输部门使用低碳燃料。虽然电动汽车是减少运输部门某些部分碳排放的有效策略,但由于在北美建立单一协调的电气化铁路系统成本高昂,铁路被认为更加困难。每年,北美铁路车队排放约 876 亿磅二氧化碳,这是气候变化的主要驱动力。

Argonne 高级研究科学家 Muhsin Ameen 说,研究人员正在探索氢内燃机技术在铁路行业的潜力。氢气是一种能源载体,可以通过太阳能和风能等清洁能源生产。几十年来,科学家们一直在研究氢动力汽车。

为了到 2050 年将二氧化碳排放量减少到净零,我们必须大幅提高包括铁路在内的整个交通系统的能源效率和排放量,”Ameen 说。 â� <“氢气已用于轻型内燃机。然而,氢是铁路应用中一个较新的研究领域。”

该研究团队正在开发燃烧技术,以使用高达 100% 的氢气和其他低碳燃料为下一代火车提供动力。该团队的目标是设计能够提供与当前柴油技术相同的功率、范围和成本效益的火车发动机。

美国能源部的支持下,与 Argonne 和橡树岭国家实验室的合作将推动 Wabtec 现有行业领先的中速发动机平台内氢技术的发展。 Wabtec 发动机动力解决方案技术副总裁 James Gamble 表示,铁路将能够大大减少排放和运营成本,同时保持现有列车车队的通用性。

在项目的第一阶段, ORNL团队将致力于改装机车的硬件更改。他们的目标是减少北美已在使用的大约 25,000 台机车的CO 2排放量。机车的使用寿命超过 30 年,因此更换整个机队需要几十年的时间。

在该项目的第二阶段,Argonne 将利用十多年在氢喷射和燃烧建模方面的经验,创建一个建模框架来研究氢燃烧发动机中使用的燃烧和排放控制技术。燃油喷射、动力学和燃烧建模、设计优化、高性能计算和机器学习方面的专家将全程负责该项目。

与此同时, ORNL和 Wabtec 将继续改变发动机硬件以增加可使用的氢气量。该团队的目标是在新机车中用氢或低碳燃料完全取代柴油。

科学家们正在使用 Argonne 的高性能计算机来开发模拟软件。随着运行条件的变化和硬件的修改,该工具将有助于预测内燃机的行为。模拟有助于研究人员了解燃烧过程,从而提高发动机效率并减少排放。

每辆转换为零碳或低碳能源的柴油机车预计每年可节省多达 560 万磅的二氧化碳。

除了 Ameen,Argonne 团队还包括小组组长和首席研究科学家 Riccardo Scarcelli、博士后研究员 Samuel Kamouz 和首席发动机研究科学家 Christopher Powell。

除了 Pihl, ORNL团队还包括研究工程师 Dean Edwards 和 Eric Nafziger 以及研究机械师 Steve Whitted。

该项目由能源部能源效率和可再生能源办公室下属的车辆技术办公室和西屋制动提供资金。实物捐助由 Wabtec 和 Convergent Science 提供。美国交通部联邦铁路管理局也在资助有关在机车发动机中安全使用氢气的相关研究。

Wabtec 公司(纽约证券交易所代码WAB )专注于创造移动和改善世界的交通解决方案。该公司是为货运和运输铁路行业以及采矿、海运和工业市场提供设备、系统、数字解决方案和增值服务的全球领先供应商。 150 多年来,西屋制动一直是铁路行业的领导者,其愿景是在美国和全球实现零排放铁路系统。访问 Wabtec 的网站:www​.wabtec​corp​.com。

UT-Battelle 为能源部科学办公室管理ORNL ,该办公室是美国物理科学基础研究的最大支持者。科学办公室正在努力解决我们这个时代最紧迫的一些挑战。欲了解更多信息,请访问 ener​gy​.gov/​s​c​ience。

阿贡国家实验室寻求解决紧迫的国家科学技术问题。作为美国第一个国家实验室,Argonne 在几乎所有科学学科中开展前沿的基础和应用科学研究。阿贡的研究人员与来自数百家公司、大学以及联邦、州和市政机构的研究人员密切合作,帮助他们解决具体问题,提升美国的科学领导地位,并为国家创造更美好的未来做好准备。 Argonne 拥有来自 60 多个国家的员工,由美国能源部科学办公室的 UChicago Argonne, LLC管理。

美国能源部科学办公室是美国物理科学基础研究的最大支持者,致力于解决我们这个时代最紧迫的一些挑战。如需更多信息,请访问 https://​ener​gy​.gov/​s​c​ience。

由阿贡国家实验室提供

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 来源: CleanTechnica </a

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