全电动火车在短期内不太可能实现，主要是因为需要对适合其独特要求的电池系统进行更多测试。但即便如此，在解决碳污染的问题上，该行业的效率还是出人意料的高。

文/Alan Ohnsman

就像一列一英里长的笨重火车一样，货运铁路行业的变革并不迅速，必须谨慎地分阶段进行。

但跟随着汽车和卡车制造商的步伐，机车制造商和铁路公司也开始转向足以为小镇供电的电池，以控制碳和柴油排放，同时保持燃料效率优势。

联合太平洋公司最近表示，将斥资逾1亿美元，从Wabtec和卡特彼勒（Caterpillar）的子公司Progress Rail处购买20辆由电池驱动的机车和充电系统，这是迄今为止世界上规模最大的此类采购。从2023年开始，这家位于奥马哈的铁路公司将使用这种火车在加州和内布拉斯的货场拉车——而不是跨国运行。据估计，这种巨型机器每年可以为其减少8,000吨的碳排放。此外，增加电池也是一种提高效率的方法：火车每加仑柴油运输每吨货物可超过480英里。根据美国铁路协会（Association of American railways）的数据，这比卡车的平均水平高出四倍。

联合太平洋公司负责可持续发展和战略的执行副总裁Beth Whited在接受《福布斯》采访时表示:“从燃油消耗的角度来看，我们处于有利地位，从（柴油）颗粒物的角度来看，我们也处于有利地位，但卡车可能会更早装上电池，它们会开始悄悄追赶我们。”这家美国收入排名第二的铁路公司还计划到2030年将温室气体排放量减少26%，并认为电动火车有助于实现这一目标。“对我们来说，重要的是真正推动减排，而且要尽快。”

现在，各国企业正在投资数十亿美元，以提高电动汽车和商用车的产量，一些投入最大的公司包括通用汽车、福特、现代、丰田、大众、戴姆勒、康明斯和沃尔沃等。考虑到火车机车的质量和动力要求，货运铁路是一项更为复杂的工作。全电动火车在短期内不太可能实现，主要是因为需要对适合其独特要求的电池系统进行更多测试。但即便如此，在解决碳污染的问题上，该行业的效率还是出人意料的高：根据美国环保署的数据，2019年，美国约40%的货运由铁路完成，但与运输相关的温室气体排放中，铁路只占不到2%，而卡车占24%。

Whited说，联合太平洋公司从Wabtec订购了一批2.5兆瓦时电池的机车，但不确定它们使用的锂离子电池是否足够耐用到可以将它们部署在主要的长途线路上。在这些线路上，多个柴油动力机车被连接在一起，可拉动150多节火车车厢。现在，这家铁路公司正在寻求使用更多的生物柴油和可再生能源燃料，以减少列车上的颗粒物污染。尽管康明斯和其他公司也在为轻型客运列车开发氢动力系统，但安装新的大规模存能设施的成本高企，而从低碳来源获得的氢的供应量也极少，这意味着氢动力系统目前还不是一个有效的选择。

“对于我们这个行业的用途来说，这种技术有点落后——而且对我们来说，它有更多的缺点，”Whited说。这是因为与使用柴油相比，使用氢燃料需要铁路公司投资更复杂的储存和燃油系统。“就美国目前的氢供应而言，我认为它还没有准备好支持当下正在讨论的、可以在一段时间内建成的项目数量。我们当然在关注氢燃料方面的情况。我们只是认为现在还为时过早。”

其他一些铁路公司则想要看看Wabtec公司的电池列车（该列车使用合作伙伴通用汽车公司提供的锂离子电池组）除了在铁路场站拉车以外是否还能做更多的事情。这家总部位于匹兹堡的制造商正在为加拿大国家铁路公司（Canadian National）和澳大利亚矿业公司力拓（Rio Tinto）、必和必拓（BHP）和罗伊·希尔（Roy Hill）准备更强大的机车。据Wabtec的首席技术官Eric Gebhardt透露，这些机车将装载高达8兆瓦时的电池组。这种“公用事业规模”的电池对于半卡车来说太重了——因为美国联邦法规禁止重量超过8万磅的车辆在美国高速公路上行驶——但对于42.5万磅的机车来说是没问题的。它们将与柴油机车搭配工作，以节省燃料和减少排放。去年，Wabtec与BNSF在加州中央谷的一个试点项目中就做到了这一点，使用了2.4兆瓦的电池组，减少了11%的燃料使用量。

配备高功率电池的列车可以节省燃料，并利用再生制动系统——就像是丰田普锐斯或特斯拉Model 3的超大版本——在运行中充电，获取重型列车减速时产生的大量动能。

“我们现在的电池容量是7兆瓦时，但在不久的将来，我们将会达到8兆瓦时。届时，我们可以节省30%的燃料使用量，”Gebhardt说，“因为每次你踩刹车的时候，所有的电池都在充电。这些电池可以提供数兆瓦的电力……火车和卡车一个最大的区别就是，火车头后面可能跟着长达一两英里的车厢，而这列火车有2万、3万或4万吨重。”

自去年在加州进行首次测试以来，Wabtec很快就接到了18台电池动力机车的订单。Gebhardt不愿透露具体的定价，但根据联合太平洋公司的订单推算，一款2.5兆瓦的机车每辆的价格可能在400万美元左右。“澳大利亚的矿业公司正在购买这些设备用于自己的铁路轨道，然后我们与加拿大国家铁路公司还有一项合作，所以它正在升温。我们在2021年初运行了原始设备，并在2021年中期取得了结果。现在订单就开始进来了，我们对此感到非常兴奋。”

总部位于洛杉矶的Parallel Systems公司联合创始人兼首席执行官Matt Soule表示，该公司由三名前SpaceX工程师领导，正在进一步发展高科技铁路理念，并计划开发相对较小的、电池驱动的短途货运列车，同时也可以实现自动驾驶。他表示：“我们正在创造一种具有与卡车竞争的单位经济效益的车辆，而且不需要很大的规模。”

图源：Parallel Systems

Parallel的计划是在其设计的平台上运行10到50节车厢的列车，这些列车由分布式电池组提供动力，作为在货运铁路线上运行的150节或更多车厢的典型列车的补充。该公司还打算利用积极列车控制技术(Positive Train Control，简称PTC)来实现车辆自动化。PTC由Wabtec公司和Progress Rail公司共同研发，目前已在美国所有货运和客运铁路线上使用。它可以让铁路监控设施的操作员知道列车的准确位置，以避免潜在的碰撞和事故。加上计算机视觉和传感器，Parallel相信它的列车可以实现自动驾驶。

自动驾驶的汽车和卡车必须为城市街道和高速公路上一系列意想不到的情况做好准备，但是在铁路路线上，“你不会在铁路网络上随机遇到其他列车；你对所有东西的位置都有一个中心认识，”Soule说。PTC有助于确保每次只有一列火车在特定路段内运行。“该行业已经在PTC上投入了大量资金，我们绝对认为这是可以利用的东西。”

今年1月，Parallel获得了5,000万美元的融资，并在2月获得了美国能源部440万美元的拨款，用于与联邦研究人员一起测试其电动货运列车平台。

Gebhardt说，尽管Wabtec仍在准备制造并交付其首批18辆电池驱动列车，但它对人们对电力机车所表现出的兴趣感到非常乐观。

他说：“我们现在还没有对这些数字作出估计，但我们认为，在未来几年里，这些数字会出现一个很好的上升趋势。”■

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