Akkumulatorlok

Akkumulatorlok, også kalt batterilok, er elektrisk drevne lokomotiver med batteridrift. Akkumulatorlokene er godt egnet for innendørs oppdrag som transport og skifting på mindre trafikkerte baner hvor man vil unngå røyk eller eksos. Lokomotiver for skifting eller rangering er ment for flytting av jernbanemateriell internt på et stasjonsområde eller avsperrede områder.
I forbindelse med tunnelbygging blir batteridrevne smålokomotiver ofte foretrukket. For gruvejernbaner er batteridrevne lokomotiver nødvendig for å unngå utslipp enten av røyk, eksos eller strøm, som kan bli farefulle i gruvene.
Det første batteridrevet kjøretøyet ble utprøvd så tidlig som i 1838 av Robert Davidson fra Aberdeen i Skottland, da han bygget et akkumulatorlok på 7 tonn, med et stort galvanisk batteri delt i førti celler. Davidson-lokomotivet var en suksess under prøvekjøringene blant annet på Edinburgh-Glasgow banen. Lokomotivet, som fikk kallenavnet «Galvani» etter oppfinneren Luigi Galvani i 1842, var 4,8 meter langt med en vekt på 5 tonn som klarte å nå 6,4 km/t mellom Edinburgh og Glasgow. En pålitelig beskrivelse av lokomotivets utseende finnes ikke, en reklamebrosjyre fra 1843 viser at det kan ha hatt en firkantet vognkasse som rommet batteriet. Det sies at lokomotivet ble ødelagt av damplokomotivpersonell som fryktet konkurranse. Davidson lyktes med å få lokomotivet til å fungere, men hadde feilvurderte batterikonstruksjonen slik at energitappingen ble dårligere enn forventet. Sabotørene utøvet sin sabotasje i Perth da Davidson satte bort lokomotivet i vogndepotet.
Dette hindret ikke fremtidige forsøk av andre oppfinnere som Charles Grafton Page, som utviklet et batteridrevet kjøretøy på oppdrag for den amerikanske kongressen i 1851. Page tok ganske enkelt en passasjervogn og ombygde den for å romme elmotoren på 16 hestekrefter i ytelse, som så drev to store drivhjul tatt fra et lokomotiv. Drivsystemet var langt vanskeligere, siden kongressen gav sin tillatelse den 2. mars 1849 hadde det tatt Page to år for å gjøre ferdig arbeidet.
Testingen av «lokomotivet», som minnet om en motorvogn, fant sted på linjen mellom Washington og Baltimore den 29. april 1851, mer bestemt mellom Washington stasjon og Bladensburg. Under kjøringen oppdaget Page ulempen med datidens batterikonstruksjon; den var for skrøpelig til å tåle rystelsene og vibrasjonene fra skinnene. Etter åtte kilometer var Page nødt til å stoppe lokomotivet fordi batteriet var ødelagt. Det vist seg at lokomotivet/motorvognen var dårlig balansert for skinnekjøring slik at batterikassen med væskeinnhold (svovelsyre, salpetersyre) som var montert i understellet var spesielt utsatt.
Til tross for at Davidson og Page hadde bevist gyldigheten i elektrisk drevne kjøretøyer, var batterier et dårlig alternativ. Interessen forsvant så snart Alexandre Bessolo oppfant tredjeskinnedriften i 1845 og Gardiner Q. Colton i 1847 beviste at man kunne bruke stasjonære drivsystemer ved å overføre strøm til mottageren i kjøretøyet (et leketøytog) gjennom strømførende skinner. Da tyskeren Werner von Siemens i 1879 testet en trekkvogn på en messe i Berlin, var det på basis av forgjengernes arbeid siden Bessolo. Men det som utgjorde forskjellen var at det foregikk en langsom, men sikker elektrifisering i samfunnet etter hvert som elektrisitet ble adoptert som energikilde. Batteriene var inntil da et vanlig alternativ som stasjonær strømkilde. Thomas Hall i Boston, USA hadde testet et lite bemannet lokomotiv i 1850 med to batterier som kilde for strømmen til skinnene. Det som gjorde Siemens` elektrotog i 1879 historisk viktig er dynamoen, som kan omdanne mekanisk energi til elektrisk energi.
Det første praktiske akkumulatorlokomotivet ble bygget av franskmannen Clovis Dupuy i 1880. Batteriet som en potensiell kraftkilde for å generere elektrisk kraft til unike bruksområder førte til stor interesse, og det første gjenladningsbatteriet ble oppfunnet av franskmannen Gaston Planté i 1859 med hans blysyre-batteri som var blitt forbedret av Camille Alphonse Faure (hans design var kalt «Fauré-batteri») i 1881. Gjenladningsbatteriene, som var satt i kommersiell bruk med sine egenskaper som gjorde dem ettertraktet, åpnet opp vegen for batteridrevne kjøretøyer på nytt. Dupuy var først ut, selv om andre kilder hevdet hans prøvedrift startet i mars 1882. Det var et lite lokomotiv på smalspor med batteriene på en tendervogn som var brukt for bearbeiding av lin på Breuil-en-Auge, Liseux i Normandie, Frankrike.
Batterilokomotivets gjennombrudd foregikk samtidig med de andre batteridrevne kjøretøyer i 1880-tallet. C.P. Elieson i London, Storbritannia utviklet et lokomotiv i 1885 som så ble satt i trafikk hos sporveisselskapet North Metropolitan Tramways (NMTC) i sporveistog fra 1886 til 1888. Elieson-lokomotivene fungerte godt, men driftssikkerheten var dårlig ettersom batteriene ikke kunne generere nok trekkraft til enhvert tidspunkt på ruten i East End. Lokomotivet hadde en vekt på 5 tonn og kunne ikke gå raskere enn hestesporvognen man delte skinnene med. Etter mindre enn to år måtte lokomotivene trekkes ut.
De franske jernbaneselskapene ble interessert i elektrifisering av jernbanedrift, men de var ikke alene; i både Nord-Amerika og Europa hadde innføringen av dynamoen åpnet opp uante muligheter som ble utforsket blant annet av kjente vitenskapsmenn som Thomas Edison. Det var mange prøveprosjekter i tiden mellom 1879 og 1900, hvor man i løpet av tjue år prøvde ut elektriske drivsystemer, både eksterne (med strømskinne eller kontaktledning) og interne (som selv genererer trekkraft). Det var i denne perioden batterilokomotivet fant sin plass som gruvelokomotiv, skiftelokomotiv, trekkvogn for miniatyrjernbane som parkjernbane og annet hvor rekkevidde og hastighet var lite viktig. Men underveis hadde man prøvd ut batteridrevne lokomotiver som alternativ til ordinære lokomotiver på jernbanen.
Akkumulatorlokomotivets fordel var at man ikke trengte å bygge opp et strømforsyningssystem mellom de stasjonære strømkildene og togene langs jernbanestrekningen. Derfor hadde de franske jernbaneselskapene Compagnie des chemins de fer du Nord (CF du Nord) og Compagnie des chemins de fer de Paris à Lyon et à la Méditerranée (PLM) siden begynnelsen på 1890-tallet interessert seg for batteridrevne tog. CF du Nord var først ut i 1893 med presentasjonen av det store lokomotivet med kallenavnet «Mammouth» som hadde et avansert system hvor fire elektromotorer var montert i par omkring de to drivhjulene, med en ytelsesevne på 30 hestekrefter per motor. 80 batterier med en samlet vekt på 18 tonn ble satt inn i vognkassen ovenpå hjulunderstellet med elektromotorene. Det vist seg at lokomotivet kunne kjøres i fem timer i 45 km/t på 200 kilometer. På det lengste kom lokomotivet opptil 300 km før batteriene var utladet.
Det kjente høyhastighetstoget TGV begynte på linjen mellom Paris og Lyon. PLM var inn i en innovativ periode hvor man prøvde ut elektrisk drevne tog i 1890 til 1920 med forskjellige eksperimentelle lokomotiver. Det første som ble bygd var akkumulatorlokomotivet PLM E-1 den 14. september 1897, som i mai 1898 fikk en tendervogn med ekstra batterier. Det var et treakslet lokomotiv med uvanlig design med et «panser» forut hvor 18 batterier var plassert foran førerhuset med vekt på 44,5 tonn og en stor fireakslet tendervogn med 96 batterier, med vekt på 45,8 tonn. PLM brukte den offentlige betegnelsen «Locomotive Électrique A Grande Vitesse E-1» om lokomotivet som var ment for å oppnå 100 km/t. Under testene mellom Paris og Meun var det oppdaget at toget på 147 tonn utenom lokomotivets egne vekt oppnådde en gjennomsnittlig hastighet på 45 km/t. Det er antydet at lokomotivet nådde 103 km/t, men dette er usikkert. Andre kilder hevder 75 km/t som topphastighet. Dessuten ble akkumulatorlokomotivet utrangert i 1905.
Mens jernbaneingeniørene i Frankrike oppgav akkumulatorlokomotivet, kom det til sin rett i Storbritannia. Et batteridrevet lokomotiv med en kapasitet på 60 batterier ble utviklet som skiftelokomotiv i Lancashire & Yorkshire Railway i 1903. På dette tidspunktet var de dampdrevne skiftelokomotivene utkonkurrert av de mer effektive og enkle batterilokomotivene. I undergrunnsbanen i London var det oppstått et behov for ikke-elektrifiserte assistansekjøretøyer, blant annet når kjørestrømmen måtte slåes av. De første batterilokomotivene bygget av Hurst Nelson and Co i Motherwell ble levert i august 1905 til Londons undergrunnsbane. De var spesialkonstruert for de trange tunnelene kalt «the tube» med 80 batterier i en vogn som var 15,4 meter lang.
Det første elektriske lokomotivet for Norges Statsbaner (NSB) var et batterilok under litra Ea 1 som ble anskaffet for lokaltogtrafikken mellom Fredrikstad og Sarpsborg i 1916. Det enslige Ea 1-akkumulatorloket ble bygget av Strømmens Værksted, med det elektriske utstyret fra Siemens/Schuckert i Tyskland. Siden 1892 var elektrolokomotiver benyttet i flere små industribaner, og Thamshavnbanen var først ut med persontrafikk med elektriske drift i 1911. Men elektrifiseringen av det norske jernbanenettet under NSBs kontroll startet ikke for alvor før på 1920-tallet. Inntil da var mindre investeringer i den nye teknologien sett som da strekningen mellom Oslo Vest og Brakerøya på Drammensbanen ble elektrifisert i 1922 (vedtatt i 1914, avbrutt av krigsutbruddet).
Ea 1-lokomotivet var ikke en stor suksess på Østfoldbanen, ettersom det var brukt for å trekke større tog også for personbefordring. Loket ble derfor overført til lettere skifting. Et annet akkumulatorlok ble anskaffet i 1920 under litra Ea 2 med nummeringen nr. 502 fra AEG i Tyskland. I motsetning til det første loket fikk Ea 2 et langt liv hos NSB, som hadde hensatt lokomotivet i mange år fram til brannen i Filipstad i 1943. Etter brannen ble loket gjenoppbygget under den nye literingen Ska 208 og sendt til skifteområdene blant annet i Loenga hvor det gjorde en hederlig innsats fram til utrangeringen i 1980. Ea 1 var ikke så heldig i sammenligning, den ble hensatt i 1930-tallet og senere opphugd.
Akkumulatorloker var ikke en stor suksess hos NSB. Mindre lok var i ettertiden anskaffet, blant annet ble to akkumulatorlok innkjøpt i forbindelse med byggingen av tunnelene på Sørlandsbanen med sporvidde på 750 mm. De to lokene ble ombygd til normalspor under litra Ska 207 i 1946. Batteridrevne skifteaggregater eller skiftelok viste seg velegnet for skifting i Lodalen, to små loker av type Ska 205 ble anskaffet i 1936, erstattet med to nye loker av type Ska 223 i 1978 og 1980.
I Sverige hadde elektrifiseringen startet på 1920-tallet, men det oppsto et behov for lokomotiver som kunne brukes i ikke-elektriserte strekninger. Den første serien på to lokomotiver ble levert i 1927 under det svenske litra Öa, deretter en andre serie på åtte lok under litra Öb på begynnelsen på 1930-tallet. Det viste seg at de ikke fungerte som tiltenkt, så man gikk inn for en hybridløsning med strømavtager som hentet strømmen til omformeren som så ladet opp batteriene.
De første hybridlokomotivene kom i 1935 under litra Öc, til sammen ble tolv lokomotiver levert. Det ble besluttet å videreføre hybridløsningen hvor loket kunne kjøres som et vanlig elektrisk lok med kontaktledningsdrift eller med batteriene. 24 loker under litra Öd var levert i 1942 til 1949. Ö-batterilokene var tunge og vedlikeholdskrevende, og ble derfor erstattet med dieseldrevne skifteaggregater.
Akkumulatorlokomotiver for personbefordring fram til det tjueførste århundret er ikke uvanlig, spesielt i forbindelse med parkjernbane og korte jernbanestrekninger mot severdigheter. Et typisk eksempel er Dresdner Parkeisenbahn i Dresden, Tyskland siden 1950, nå en populær attraksjon i den store parken Großer Garten med sine dampdrevne og batteridrevne lokomotiver. Nedlagte gruvbaner ble ofte gjenbrukt som museumsbaner med eksisterende batteridrevne gruvelokomotiver som trekker tog etter seg. På den britiske Isle of Man er Groudle Gren Railway i virksomhet som en attraksjonsbane med sporvidde på 610 mm, hvor man på 1920-tallet hadde batteridrevne lokomotiver, «Sea Lion» og «Polar Bear», og den sistnevnte ble brukt som mal for en kopi av originallokomotivet i 2003. I Japan ble en liten flåte bygd kun for personbefordring ment for Seibu Yamaguchi-banen utenfor Tokyo. En banestrekning på 2,5 kilometer var lagt ut fra Yamaguchi jernbanestasjon til en fornøyelsespark i Seibu i 1950, med en sporvidde på 762 mm. Mindre batterilokomotiver var bygd under litra B11 til B15, bare 4,8 meter langt og 2,1 meter høy på to aksler. De var retirert i 1984.
Batteridrevne lokomotiver for skifting og innendørs som kortavstands godsfrakt har alltid vært en del av hverdagslivet innenfor jernbanen verden rundt, men de var sterkt begrenset av batterieffekten, med kort rekkevidde og begrenset trekkekraft. Spesielt populært var lokomotivene i industrianlegg hvor man ville unngå utslipp av damp, røyk eller gasser. Jernbaneoperatører måtte ha sterke maskiner for å flytte lokomotiver rundt i verkstedområdene og «batteri-skiftere» er populært i anlegg hvor man bare trengte skinner på få hundre meter.
Godsjernbane hadde overtatt mye av datidens jernbanenettverk i mange land, spesielt i USA med store dieselelektriske lokomotiver ment for godstransport med lav gjennomsnittlig hastighet, men med stor trekkraft. Spesielt de amerikanske «road switchers» var bygd som rullende kraftverker som genererte elektrisk trekkraft. En typisk representant, EMD SD40-2, kunne generere 370 kN i trekkraft med en dieselmotor på 2,240 kW (3,000 hestekrefter). Det har vært en stor interesse for batteridrift i store skiftelokomotiver ment for godsfrakt ettersom mange av lokomotivene måtte etterfylles med diesel i store tanker. Forskjellige prosjekter dukket opp av og til.
De fleste kom ikke videre fra prøvestadiet, som Altoona Works BP4 som var ett ordinært skiftelokomotiv ombygd fra et EMD GP38 lokomotiv ved å bytte ut dieselmotoren med en stor batterimodul som rommet 1,080 blysyre-batterier. Lokomotivet ble ombygd og satt i testkjøring hos Norfolk Southern Railway med statlig assistanse fra United States Department of Energy og Federal Railroad Administration i USA i 2007. Lokomotivet forblir et rullende laboratorium for batteritest under tilnavnet «Green Weenie». Det ble høstet inn mye erfaring, blant annet at blysyrebatteriene ikke kunne hurtiglades og tømmes uten senvirkninger over tid. Under et eksperiment i 2013 ble det oppdaget at nyere batterier gir 30 % bedre ytelse. Men det vist seg at lokomotivet fungerte godt siden 2009 innenfor sin tiltenkte rolle.
Ettersom dieselutslipp har blitt tatt fram som gjenstand for politisk debatt omkring et miljøvennlig transportalternativ samtidig som batteriteknologien er under en rivende utvikling, har lokomotivprodusenter og jernbaneoperatører meldt sin interesse for hybridlokomotiver og batterilokomotiver. BNSF Railway Company vil sette inn et batterilokomotiv i Central Valley mellom Stockton og Barstow, California med hjelp fra lokomotivprodusenten General Electric (GE) i året 2020 for å prøve ut litium-ion batterier med en ytelseskraft på 2,400 kW. Man har også planer om batteridrift på ordinære dieselelektriske lokomotiver for ferdsel i befolkede områder.