Kolossale vrachtlocomotieven zijn een vaste waarde in het Amerikaanse landschap, maar hun 4.400 pk sterke motoren verbranden samen jaarlijks 3,5 miljard gallons diesel, in een tijd waarin spoorwegen en andere gebruikers van fossiele brandstoffen onder druk staan ​​om de vervuiling en de uitstoot van broeikasgassen te verminderen.

Met weinig tamtam is de industrie echter begonnen met het exploiteren van locomotieven die op opgeslagen elektrische stroom rijden, op weg naar een toekomst waarin speelgoedwinkels niet de enige bron van batterijtreinen zijn. Amerikaanse passagierslijnen kunnen ook worden getransformeerd door de technologie, hoewel Californische spoorwegfunctionarissen zeggen dat het niet zal werken voor de bullet-trein van de staat.

In een zojuist voltooide test liet BNSF een goederentrein van Barstow naar Stockton rijden met een experimentele batterijlocomotief, gekoppeld aan twee diesellocomotieven, en behaalde een reductie van 11% in het brandstofverbruik, samen met vergelijkbare reducties in de uitstoot van stikstofoxiden, kleine deeltjes en broeikasgassen. Een verbeterde toekomstige operationele versie zal naar verwachting de brandstofefficiëntie met 30% verbeteren.

De test was een "bepalend moment voor het goederenvervoer per spoor", waardoor de industrie versnelde tot uiteindelijke emissievrije locomotieven, zei Eric Gebhardt, chief technology officer bij Wabtec, dat het systeem ontwikkelde in zijn onderzoekscentrum bij Lake Erie in het noorden van Pennsylvania.

Door batterijen en waterstof aangedreven treinen behoren tot de enige haalbare opties voor de spoorwegindustrie om de uitstoot van broeikasgassen te verminderen. Elke batterijlocomotief die een diesel vervangt, zal de CO2-uitstoot met 3.000 ton per jaar verminderen, schat Wabtec.

Maar het is onwaarschijnlijk dat ze dieselaangedreven treinen snel kunnen vervangen. Amerikaanse goederentreinen worden overspoeld met overtollige locomotieven en niemand kan voorspellen wat op batterijen werkende systemen zullen kosten, vergeleken met bestaande diesels van $ 3 miljoen.

"Batterijlocomotieven zijn haalbaar", zegt Michael Iden, een adviseur die lange tijd directeur locomotieftechniek van Union Pacific was. Iden vergelijkt de prestatie van Wabtec met de eerste gemotoriseerde vlucht van de gebroeders Wright:een proof of concept dat klaar is voor ontwikkeling. Ze zullen binnenkort worden getest in havens en spoorwegemplacementen in Californië, merkte hij op.

Dat gezegd hebbende:"Het schatten van de kosten van commercieel beschikbare locomotieven in productiebatterijen is naar mijn mening hetzelfde als het voorspellen van de prijs van meerdere volledig aangelegde garagewoningen met vier slaapkamers en drie auto's met in de grond gelegen zwembaden op Mars," zei Iden. "Er zullen ooit zulke huizen op Mars bestaan, maar dat is nog ver weg."

Veel zal afhangen van de mate waarin staats- en federale regelgevers druk uitoefenen op de spoorwegen om hun uitstoot op te ruimen. Hier in Californië wil de staat Air Resources Board dat spoorwegen diesels in de komende 14 jaar verminderen of zelfs elimineren.

De transportsector is verantwoordelijk voor 29% van de Amerikaanse uitstoot van broeikasgassen. Binnen die categorie is de spoorwegindustrie, die 40% van het langeafstandsvrachtvervoer vervoert, goed voor slechts 2%, volgens gegevens van het Amerikaanse Environmental Protection Agency. Maar zowel goederentreinen als vrachtwagens stellen veel bevolkte stedelijke corridors, met name buurten in de buurt van de havens van Long Beach en Los Angeles, bloot aan roet en vervuiling.

"We kunnen meer doen", zegt Ian Jefferies, voorzitter van de Assn. van American Railroads, daarbij verwijzend naar het potentieel van op batterijen werkende treinen. "Het is een goede zaak om de uitstoot te verminderen en het brandstofverbruik te verminderen en weerspiegelt de doelstellingen van de samenleving." Tegelijkertijd verzetten Jefferies en zijn organisatie zich tegen voorgestelde regelgeving om diesels uit te bannen en zeggen:"Het slaat nergens op."

Severin Borenstein, een energie-expert en professor aan de Haas School of Business van UC Berkeley, zei dat spoorwegen waarschijnlijk geen gratis pas zullen krijgen over klimaatveranderingskwesties.

"Het feit dat spoorwegen nu al de meest efficiënte transportbron zijn, is geweldig, maar we moeten allemaal de broeikasgassen verminderen", zei hij. "Spoorwegen zijn een belangrijke bron van broeikasgassen."

Afgezien van vracht, bieden batterij- en brandstofcelaangedreven treinen belofte om het Amerikaanse passagiersspoor te upgraden, dat over het algemeen rijdt op rails die eigendom zijn van goederenspoorwegen, zoals BNSF en Union Pacific. Deze bedrijven verzetten zich tegen bovengrondse elektrische leidingen - zoals die welke stedelijke lightrail aandrijven - vanwege mogelijke interferentie met vrachtactiviteiten. Batterijen en brandstofcellocomotieven elimineren dat potentiële conflict.

In San Bernardino wacht de provinciale transportautoriteit op de levering van een door waterstofbrandstofcel aangedreven passagierstrein, die tegen 2024 in gebruik zal worden genomen op het Metrolink-forenzenspoorsysteem. De trein is in ontwikkeling in Zwitserland door Stadler, die ook een lijn van hogesnelheidstreinen maakt die op draden rijden.

Naast het verminderen van vervuiling, kan de Stadler-trein sneller accelereren en vertragen dan een diesel, waardoor de reistijden worden verkort - net zoals elektrische voertuigen die muscle cars uit de jaren zestig nabootsen - en zal waarschijnlijk een beroep doen op renners met sterke milieu-opvattingen.

"We staan ​​aan het begin van een overgangsperiode en er is veel beweging in de technologie", zegt Guido Vogel, hoofd engineering bij Stadler. "Er is een politieke druk om af te stappen van dieselaandrijving."

De Amerikaanse spoorwegindustrie heeft in het verleden belangrijke transformaties doorgemaakt, van hout naar steenkool en steenkool naar olie, voordat ze nu afhankelijk werd van diesel. Tegenwoordig exploiteert het wat wordt beschouwd als het meest efficiënte vrachtsysteem ter wereld.

Elke dag rijden ongeveer 23.000 locomotieven over het nationale spoorwegnet. De helft van hen is actief in Californië. Hoewel ze ongeveer vier keer zuiniger zijn met brandstof dan vrachtwagens met een groot tuig - in termen van vervoerde ton-mijlen - verbranden ze ongeveer een gallon diesel per 2.000 voet.

Tel alles bij elkaar op, en dit jaarlijkse dieselverbruik van 3,5 miljard gallon zou een rivier vullen van 10 voet diep en 25 voet breed van Los Angeles tot Phoenix.

De California Air Resources Board, die de Wabtec-test hielp financieren, is van mening dat treinen een te grote bron van broeikasgassen zijn om aan verdere regelgeving te ontsnappen.

Luchtregelgevers begonnen in 1998 de goederenspoorwegen, met name BNSF en Union Pacific, in te perken toen ze een vrijwillig pact ondertekenden dat het gebruik van nieuwere dieselmotoren vereiste die minder vervuiling veroorzaakten. Maar de overeenkomst verplichtte de spoorwegen om nog nieuwere generaties dieselmotoren te gebruiken. Tegenwoordig exploiteren de twee spoorwegen slechts 472 van de modernste systemen, bekend als Tier 4-diesels, van de 11.217 die ze op enig moment in Californië rijden, volgens een jaarverslag aan de luchtraad.

"Er is niets dat hen dwingt om van hun Tier 0-locomotieven af ​​te komen", zegt Ajay Mangat, supervisor van de afdeling vrachtsystemen van de air board.

Het personeel van de luchtmacht bereidt complexe regelgeving voor om de spoorwegemissies tegen 2035 te elimineren, hoewel dit wel afhankelijk is van de technische haalbaarheid, zei hij. Het voorstel gaat volgend jaar naar de luchtraad voor een stemming.

Jefferies, het hoofd van de spoorwegvereniging, zei dat de voorgestelde regelgeving een vrijwillige vermindering van de Californische emissies met 70% negeert sinds 2005. Sterker nog, de vereniging beweert dat de luchtvaartmaatschappij geen wettelijke jurisdictie heeft omdat spoorwegen alleen onderworpen zijn aan federale regelgeving, een lang gekoesterd recht .

Zelfs als de luchtraad er niet in slaagt strenge regels op te leggen, staan ​​de spoorwegen, net als andere industrieën, onder druk vanuit vele richtingen:aandeelhouders, klanten, werknemers en belangengroepen.

In Japan, Duitsland, het Verenigd Koninkrijk en de VS ontwikkelen ongeveer een half dozijn fabrikanten van spoorwegapparatuur systemen die treinen kunnen laten rijden op batterijen of waterstofbrandstofcellen, volgens een onderzoeksrapport van de sector.

Wabtec's Gebhardt zei dat de initiële kosten van een locomotief op batterijen hoger zullen zijn dan die van een traditionele diesel, maar de brandstofkosten met elektrisch opladen zullen lager zijn. Aangezien bestaande locomotieven dieselmotoren gebruiken om stroom op te wekken die elektrische tractiemotoren aandrijft, hoeft alleen de opwekking van elektriciteit te worden opgelost.

"Het is economisch logisch omdat batterijen exponentieel beter worden", zei Gebhardt.

In de test in Californië worden de batterijen opgeladen telkens wanneer de trein afremt tot stilstand, wat vaak voorkomt op goederenroutes. De Wabtec-trein laadde zijn batterijen weer op, door middel van regeneratief remmen, bijvoorbeeld tijdens de steile afdaling van 4000 voet van de Tehachapi-pas naar de San Joaquin-vallei.

Een andere locomotief op batterijen zal een demonstratieproject van Pacific Harbor Line verankeren in de havens van Los Angeles en Long Beach. De locomotief van 3.200 pk, gemaakt door Progress Rail, een onderdeel van Caterpillar, kan auto's 24 uur lang rond de haven slepen op één lading. Union Pacific heeft zojuist een locomotief op batterijen gekocht voor gebruik in een van zijn schakelstations in Californië.

Carrie Schindler, directeur van transit- en spoorprogramma's voor de San Bernardino County Transportation Authority, zei dat zijn Stadler-treinset voor twee auto's in gebruik zal worden genomen op een nieuw gebouwde negen-mijlslijn tussen San Bernardino en Redlands, met 16 retourvluchten per dag bij 79 mph.

Een elektrische trein is energiezuiniger dan een elektrische auto, per passagier, zegt Vogel, technisch hoofd van Stadler.

Schindler zei dat het programma van $ 23 miljoen voor de technologische ontwikkeling en treinstellen aanzienlijke emissiereducties mogelijk zal maken zonder de enorme kosten van het bouwen van bovengrondse hoogspanningslijnen. Het Caltrain-forenzensysteem tussen San Jose en San Francisco betaalt $ 2 miljard voor slechts 80 mijl aan bovenleiding.

Op dit moment lijkt het onwaarschijnlijk dat de Californische autoriteit voor bullet-treinen de technologie zal omarmen. Toen hem ernaar werd gevraagd tijdens een recente wetgevende hoorzitting, zei Chief Executive Brian Kelly dat voorgestelde draadloze treinen niet zouden voldoen aan het wettelijk vastgelegde mandaat van 220 mph-snelheid. De spoorwegautoriteit is bezig dit jaar een contract uit te geven voor een bekabeld systeem en gerelateerde treinen, hoewel hij zei dat de autoriteit de batterijtechnologie zal controleren.

De plannen van de spoorwegautoriteit kwamen naar voren tijdens recente onderhandelingen met de wetgever voor aanvullende financiering, wat aanleiding gaf tot bezorgdheid over de vraag of de bullet train het potentieel voor een baanbrekende technologie niet in overweging neemt. Wetgevende leiders vertrokken zonder enige overeenkomst om meer geld toe te eigenen, volgens een persoon die bekend is met de gesloten deurgesprekken, maar niet bevoegd was om er in het openbaar over te spreken.