Klimaneutralität für Eisenerz -Transportrouten in Brasilien
Seit 18 Monaten arbeiten DB Engineering & Consulting und Vale S.A., der weltweit größte Produzent von Eisenerz und Nickel und zugleich einer der größten Logistikbetriebe Brasiliens, gemeinsam an der Sondierung und Untersuchung von Möglichkeiten zur Einführung emissionsmindernder Technologien im Bahnbetrieb von Vale S.A.
Vale S.A. hat sich vorgenommen, die Emissionen bis 2030 um 33 % zu reduzieren und bis 2050 in all seinen Betrieben klimaneutral zu werden. DB Engineering & Consulting konzentrierte sich auf die beiden Eisenerztransportstrecken: die Estrada de Ferro Carajas (EFC) mit ihrer anspruchsvollen, bergigen Topografie und die überwiegend bergab verlaufende Estrada de Ferro Vitoria Minas (EFVM).
Aufgrund der unterschiedlichen Topografien waren detaillierte Untersuchungen erforderlich, um für jede Strecke eine geeignete Lösung zu finden, da keine Universallösung möglich war. In Betracht kamen verschiedene Kombinationen von Lokomotivtechnologien und Elektrifizierungsstrategien, beispielsweise Diesel-Batterie-Hybridsysteme, Dualmodus, verschiedene Arten der Oberleitungselektrifizierung und Batterielösungen.
Rückgriff auf vorhandenes Simulations-Know-how
Etwa 40 % des Schienennetzes der Deutschen Bahn sind nicht elektrifiziert. Die Deutsche Bahn hat den DB Eco Rail Simulator entwickelt, um verschiedene emissionsfreie Traktionstechnologien für den zukünftigen Betrieb auf nicht-elektrifizierten Netzabschnitten in Deutschland zu beurteilen. Der Simulator analysiert den Energiebedarf bestehender Dieselloks, die auf diesen Netzabschnitten verkehren, und identifiziert die Leistungsanforderungen an emissionsfreie Ersatzlokomotiven.
DB Engineering & Consulting war zuversichtlich, mithilfe von Simulationen praktikable technische Lösungen mit emissionsarmen und emissionsfreien Lokomotivkonfigurationen ermitteln zu können, die die Emissionsreduktionsziele von Vale S.A. erreichen würden. Schließlich konnte das Unternehmen den Simulator nutzen, um die Leistung der bestehenden Diesellokflotte von Vale S.A. auf den einzelnen Strecken zu analysieren und dann die Leistung der emissionsfreien Lokomotiven zu simulieren.
Die Simulationen wurden mit Modellen verschiedener emissionsfreier Traktionstechnologien (Elektro-, Batterie- und Hybridkonfigurationen) durchgeführt, die mit unterschiedlichen Elektrifizierungsstrategien betrieben werden. Dabei wurden die Anforderungen an die energetische Leistung der Lokomotiven und deren Eigenschaften sowie die Standorte der Elektro- und Ladeinfrastruktur festgelegt, um die für die Emissionsreduktionsziele notwendige Reduzierung des Dieselverbrauchs zu erreichen.
Die Simulatormodelle für die emissionsfreie Lokomotivtechnik basierten auf den aktuellsten Informationen der Geräte- und Systemhersteller. Diese Informationen wurden im Zuge einer Marktsondierung gesammelt, die mehreren Zwecken diente:
- Sammeln von Informationen über die neuesten Gerätespezifikationen und kommerziellen Kosten emissionsfreier Technologien
- Unterrichtung des Marktes über die potenzielle Größenordnung der zukünftigen Nachfrage nach emissionsfreien Technologien
- Erstellung einer größeren Liste von Anbietern für Vale S.A., die in der Lage sind, geeignete Geräte und Systeme zu liefern, um die bevorzugte technische Lösung zu implementieren
Dahinter stand die Hoffnung, dass dieser Prozess auch dazu beiträgt, preistreibende Engpässe bei den Lieferkapazitäten zu vermeiden oder zu minimieren.
Festlegung der Must-Haves
Der Simulator identifizierte die minimalen Leistungsanforderungen und technischen Eigenschaften von Lokomotivsystemen, mit denen sich die Emissionsreduktionsziele für 2030 und 2050 erreichen lassen. Insgesamt wurden für jede Strecke mehr als fünf Lösungen identifiziert, mit denen das Emissionsreduktionsziel für 2030 erreicht werden könnte, und für jede Route wurden drei oder mehr Lösungen identifiziert, mit denen bis 2050 eine Netto-Null-Emission erreicht werden könnte.
Um für die Umsetzung in Frage zu kommen, mussten die technischen Lösungen auch finanziell und logistisch machbar sein. Die logistische Machbarkeitsbewertung nutzte die Informationen, die während der Marktsondierung gesammelt wurden, und konzentrierte sich auf die Produktions- und Fertigungsraten, die für die Implementierung der technischen Lösungen erforderlich wären.
Zur Beurteilung der finanziellen Machbarkeit entwickelte DB Engineering & Consulting anhand der von Vale S.A. erhaltenen Angaben ein Finanzmodell, um die Investitions- und Betriebskosten jeder Lösung über die gesamte Lebensdauer zu bewerten. Die Lösungen, die die finanziellen Vorgaben erfüllten, wurden weiter untersucht, um festzustellen, welche Kombinationen die Ziele für 2030 bzw. 2050 am besten erreichen würden. Die besten Kombinationen aus technischen Lösungen und günstigen Finanzprognosen wurden als bevorzugte Optionen zur Erreichung der kurz- und langfristigen Ziele ausgewählt.
Wahl des Weges zum nachhaltigen Bahnbetrieb
Angesichts des zur Verfügung stehenden Zeitrahmens, der Größe der umzustellenden Flotte von Vale S.A. und des Wunsches, die Nutzungsdauer der Bestandsfahrzeuge zu maximieren, stellten die Partner fest, dass die Emissionen mit einer Dual-Mode-Dieselloklösung (Diesellok mit Anschluss an Oberleitungsabschnitte) auf der EFC-Strecke um 33 % reduziert werden könnten. Als beste Option für die EFVM-Strecke wurde eine Hybrid-Dieselloklösung (Diesellok mit Batterietender und Aufladeeinrichtungen am Hafen) ermittelt, da die Fahrt von der Mine zum Hafen größtenteils bergab verläuft.
Die Untersuchung ergab, dass batterieelektrische Lokomotiven plus zusätzliche Batterietender mit Oberleitungsabschnitten zum Aufladen der Batterielokomotiven und Batterietender die beste Lösung sowohl für die EFC- als auch die EFVM-Strecke sind, um bis 2050 Netto-Null-Emissionen zu erreichen.
Der längere Zeitrahmen für das Erreichen des Netto-Null-Emissionsziels bietet die Möglichkeit, die vorgeschlagenen Lösungen noch zu verfeinern, und erlaubt es, weitere technische Lösungen in Betracht zu ziehen.
Am Ende haben die Partner einen Weg zur Erreichung der Emissionsreduktionsziele aufgezeigt, der technisch und finanziell machbar ist und der das konventionelle Denken über die Anwendung emissionsfreier Technologien in Bahnsystemen in Frage stellt. Darüber hinaus war es eine lohnende Erfahrung für die Partner, da ihre Arbeit zur Verbesserung der Nachhaltigkeit im Eisenbahnbetrieb beitragen wird.
