目前，火车机车仍然是一种快速有效的陆上货物运输方式。钢对钢的低滚动阻力在道路上总是能胜过橡胶，它能够拉紧连接在一起的一长列货运车厢，同时也给火车带来了显著的空气动力学优势。更不用说整个铁路系统都是围绕节能建设的，在可能的情况下避免坡度，并通过尽可能少的停靠站来节约动力。

然而，尽管很多地区已经基本实现了铁路系统电气化，但也有一些地区仍坚持使用柴油机车，而这些机车在很大程度上要为全球近0.5%的温室气体排放负责——根据OWID的数据，大约每年2.5亿吨二氧化碳当量。在年实现零排放的竞赛中，这一问题需要得到尽快解决。

在某些地区将铁路基础设施与电力架空线连接起来是很有意义的，但在美国，几乎所有的铁路基础设施都是私有的，距离很远，许多地区人口稀少，政府在鼓励电气化方面又做得很少，只有不到1%的铁路是电气化的，这种基础设施似乎是一个不可能的困难解决方案。

《自然能源》（NatureEnergy）杂志上的一项新研究，为一种新颖的替代方案提供了一些数据：电池电力机车可以自己携带能源供应。这些举措已经开始涌现，比如Wabtec公司的FLXDrive，这是世界上第一台%电池供电的机车，今年早些时候完成了为期三个月的试用，车上装有2.4兆瓦时的电池。

上图：Wabtec的FLXDrive机车被称为世界上第一个%电池驱动的机车。

由于今天的内燃机车通常都是使用电力驱动系统，使用柴油发动机作为发电机，将它们转换为直流电池动力并不困难。你只需要一个大电池和连接到驱动系统的线路就可以了。

在这篇新的研究论文中，研究小组建议在火车头后面安装专门的电池箱。研究小组计算，每一节车厢都可以以长周期寿命的磷酸亚铁锂电池的形式，储存多达14兆瓦时的能量。你可以运行多个机车和/或多个电池组车厢，为给定的列车提供动力。

这项研究分析了美国加州运营的一列理论列车的能源使用、实用性和经济性，使用4台3.3兆瓦的机车，牵引节车厢和吨创收货物，由一节电池车厢提供动力。

研究发现，这一大电池组足以实现公里（英里）的续航里程，足以满足美国一级货运列车停靠站之间的平均距离。该研究团队表示，电瓶车的重量使列车的能耗增加了约5%，但由于电池的高效率以及将一些制动能量回收到系统中的能力，列车的总体能耗约为典型柴油-电动列车的一半。

假设，如果可以提供快速充电器，电瓶车可以在装货、卸货和换乘期间的每一站充电。使用现有的2C充电技术，这将需要30-60分钟。或者，电池车可能会被换成一辆新的，这意味着几乎不需要什么花哨的基础设施，而且用完的电池可以慢慢充电，直到下一次需要它。

在经济方面，该小组计算了20年内电池电力机车和柴油电力机车的总拥有成本（TCO），发现电池电力机车的每台成本应在至万美元之间，其中电池和充电基础设施成本占最大份额。每辆柴油机车的成本约为万美元，其中大部分用于燃料和维护。

但这是在没有计算环境破坏成本的前提下进行的——如果这些成本是“在继续实施EPATier4规则的假设下”征收的，根据研究人员的说法，这可能会使一辆柴油机车的TCO高达万美元。

如果整个美国铁路部门以这种方式为其车队通电，该团队指出，该国实际上将有大约吉瓦时的模块化移动储能在全国范围内运行。其中一部分，可以运送到受灾地区弥补极端天气事件造成的电力损失。而且，这不会导致轨道系统停止运行，因为柴油发动机仍在机车上，如果需要可以随时使用。在连接到电网进行充电的同时，它们还可以提供有价值的快速响应负载平衡服务。这两者都可能成为收入机会。

显然，铁路也有使用其他清洁能源的机会，包括氢。研究人员说，一种氢燃料电池机车，就像三年前在德国首次亮相的这种，可以以电池列车的一半成本推出，因为它可以避免电池的高昂初期成本和建立充电基础设施的必要性。但即使在最保守的假设下，到年，TCO最终也将与电池列车持平。

此外，还有可能将柴油机车转换为氨动力，这将使能量存储比氢或电池更小、更轻。氨还可以简化燃料物流。另一方面，绿色氨将比氢燃料更昂贵，燃烧它将比通过燃料电池运行氢，更低效。这项研究没有提到氨作为一种替代品，也没有试图进行任何价格比较。

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