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Die Zukunft des Bahnverkehrs

Diesellos in die Zukunft

© Deutsche Bahn AG

18. März 2021

Abgesehen vom Fahrrad befördert kein anderes Verkehrsmittel Menschen und Waren umweltfreundlicher als die Bahn. Luft nach oben ist natürlich nach wie vor, nicht nur mit effizienteren Zügen und mehr Ökostrom aus der Oberleitung. 250 Millionen Liter Diesel schlucken die Fahrzeuge der Deutschen Bahn im Jahr – bis 2050 sollen es null werden. Um diesen Plan auf die Schiene zu bringen, testet das Unternehmen umweltfreundlichere Antriebe und Treibstoffe. Auch regionale Zugbetreiber planen mit Alternativen zum Diesel.

Nur der graue Streifen unterscheidet das advanced TrainLab äußerlich von einem normalen ICE. Im Inneren des Erprobungszugs stecken statt Passagieren aber vor allem diverse Apparaturen, mit denen die Bahn technische Innovationen testet. Wie den synthetischen Diesel, mit dem das rollende Labor unterwegs ist. Hergestellt wird der Bio-Diesel überwiegend aus organischen Abfallstoffen wie Altfetten und Altspeiseölen. Das spart Kohlendioxid bei der Produktion des Kraftstoffs, weil die Reststoffe nicht eigens hergestellt werden müssen.

Unterm Strich soll der Bio-Diesel den CO2-Ausstoß gegenüber Treibstoff aus Erdöl um bis zu 90 Prozent verringern und dabei problemlos in heutigen Motoren vertankt werden können: Der Bahn zufolge fahren die Dieselmotoren des Versuchszugs störungsfrei und mussten technisch nicht umgerüstet werden. Seit Oktober 2020 ist auch der Sylt Shuttle zwischen Westerland und Niebüll probeweise mit dem klimafreundlicheren Treibstoff unterwegs. Weitere Tests im regulären Bahnbetrieb sind geplant.

Die ultimative Antwort auf das Dieselproblem ist der Bio-Kraftstoff allerdings nicht. Er ist deutlich teurer als konventioneller Diesel, und auch Altfette und andere Reststoffe sind nicht unbegrenzt verfügbar. Seine Verwendung auf der Schiene könnte künftig zudem mit dem Flugverkehr konkurrieren, wo auf der Langstrecke Flüssigkraftstoffe bislang als alternativlos gelten. Die Bahn betrachtet den Bio-Diesel daher eher als letztes Mittel der Wahl für Einsatzgebiete, bei denen eine Umstellung auf Batterie-, Wasserstoff- oder Hybridlokomotiven nicht wirtschaftlich wäre.

 

„Zweikraftloks“ und Hybridzüge

Die Güterbahntochter DB Cargo will in Zukunft etwa verstärkt auf sogenannte Zweikraftloks setzen. Je nach Strecke können die Züge elektrisch oder mit Diesel fahren. Ein umweltfreundlicher Kompromiss für ein bisheriges Dilemma: Um Güterwagen im Einzelwagenverkehr bis zum Gleisanschluss des jeweiligen Kunden zu fahren, sind heute noch Dieselloks im Einsatz. Denn auch wenn die Hauptstrecke elektrifiziert ist, gibt es auf diesen „letzten Meilen“ meist keine Oberleitung. Die Zweikraftloks lösen das Problem, indem sie überwiegend elektrisch laufen und nur dann den Diesel nutzen, wenn kein Fahrdraht verfügbar ist. 100 Zweikraftloks hat DB Cargo bereits bei Siemens bestellt. Bis zu 400 könnten es insgesamt werden – eine Anschaffung, die sich die Bahntochter über eine Milliarde Euro kosten lässt. 2023 sollen die ersten Zweikraftloks auf die Schiene gehen.

Um auch den Rangierbetrieb dieselärmer abzuwickeln, plant DB Cargo den Einsatz von Hybridlokomotiven. Deren Elektroantrieb wird durch einen Dieselmotor lediglich unterstützt, wenn eine besonders große Leistung benötigt wird. 50 bis 75 Prozent der Einsatzzeit können die Hybride der Bahn zufolge im Batteriebetrieb bewältigen. Der Treibstoffverbrauch soll so um 50 Prozent und der Schadstoffausstoß sogar um bis zu 70 Prozent gesenkt werden. 50 Hybridlokomotiven für den Rangierbetrieb hat DB Cargo bei Toshiba bestellt, weitere 50 Schienenfahrzeuge hat der Logistikpartner Railpool geordert.

Alternativen für die Nebenstrecken

Besonders stark dieselt es heute noch auf wenig befahrenen Nebenstrecken. Während der Fernverkehr zu 98 Prozent unter Strom steht, sind es im Nahverkehr gerade einmal 63 Prozent. Die Elektrifizierung der Nebenstrecken geht nur schleppend voran, ist generell sehr zeitaufwendig – und gilt auch wirtschaftlich betrachtet nicht immer als Mittel der Wahl. Denn wo nur im Stundentakt ein Zug fährt, rechnen sich neue Oberleitungen oft nicht. Regionale Verkehrsbetreiber entdecken daher zunehmend den Wasserstoff für sich.

„Technisch gesehen können Wasserstoffzüge mit heutigen Dieseltriebwagen in vielen Einsatzbereichen mithalten.“

Roland Jorczyk, Schienenverkehrsexperte von TÜV NORD

Seit September 2018 bringen zwei Brennstoffzellenzüge des französischen Herstellers Alstom Passagiere von Buxtehude nach Bremervörde. Bis 2022 soll die Flotte auf 14 H2-Züge anwachsen. Der Rhein-Main-Verkehrsverbund (RMV) hat gleich 27 Coradia-iLint-Züge bei Alstom bestellt. Wenn die Schienenfahrzeuge wie geplant 2022 im Taunus auf vier Linien Dieseltriebwagen ersetzen, wäre das die größte Flotte von Wasserstoffzügen weltweit. Aber auch italienische und französische Bahnbetreiber wollen Brennstoffzellenzüge anschaffen.

 

Wettbewerb der Brennstoffzellenzüge

Konkurrenz bekommt Alstom von der Firma Siemens, die ihrerseits einen Brennstoffzellenzug entwickelt. Den Mireo Plus H will die Deutsche Bahn 2024 erstmals zwischen Tübingen, Horb und Pforzheim testen. Wo Alstom pauschal eine Reichweite von 1.000 Kilometern in Aussicht stellt, soll der Brennstoffzellentriebwagen von Siemens als zweiteiliger Zug bis zu 600 Kilometer mit einer Wasserstofffüllung fahren. Als Dreiteiler mit entsprechend größeren Tanks seien ebenfalls bis zu 1.000 Kilometer machbar. Absetzen will sich Siemens vom französischen Wettbewerber mit einem höheren Fahrtempo. Erreicht der Coradia iLint maximal 140 Stundenkilometer, soll der Wasserstoff-Mireo mit 160 Stundenkilometern Passagiere transportieren.

Siemens zufolge soll der Brennstoffzellenantrieb so leistungsfähig sein wie ein elektrischer Zug. „Technisch gesehen können Wasserstoffzüge in vielen Einsatzbereichen auch mit heutigen Dieseltriebwagen mithalten, erklärt Roland Jorczyk, Schienenverkehrsexperte von TÜV NORD. Brennstoffzellen liefern zwar momentan eine deutlich geringere Leistung als Dieselmotoren. Kompensiert wird dieser Unterschied allerdings durch eine Pufferbatterie, wie sie auch ein Wasserstoffauto an Bord hat. Diese speichert den Strom, den die Brennstoffzelle erzeugt und deckt sogenannte Lastspitzen beim Anfahren oder Beschleunigen ab. Nur die besonders starken Diesellokomotiven auf den nicht elektrifizierten Strecken Nordamerikas könne der Wasserstoffantrieb momentan nicht ersetzen, räumt Hersteller Siemens ein. „Eine Hürde für den Einsatz in Deutschland ist das aber nicht“, sagt TÜV-NORD-Experte Jorczyk. Wasserstoff soll hierzulande ja nur die Elektrifizierungslücken schließen. Der Fernverkehr für Passagiere wie Güter läuft ohnehin bereits unter der Oberleitung.

 

Wasserstoff muss „grüner“ werden

Aktuell sind Wasserstofftankstellen für die Schiene noch erheblich spärlicher gesät als an der Straße. Allerdings lasse sich die erforderliche Infrastruktur deutlich einfacher aufbauen, erklärt Roland Jorczyk. „Im Bahnbetrieb kann man natürlich wesentlich besser abschätzen, wo ein Bedarf besteht, und durch eine geschickte Planung auch mit wesentlich weniger Tankstellen auskommen.“ Weil diese Tankstellen tagtäglich ausgelastet wären, würde sich ihr Betrieb auch wirtschaftlich lohnen. Anders als auf der Straße, wo aktuell nur vereinzelt ein Wasserstoffauto eine Tankstelle ansteuert.

Damit sich der Einsatz der Brennstoffzellenzüge aber tatsächlich für das Klima rechnet, muss der getankte Wasserstoff künftig „grüner“ werden, gibt der TÜV-NORD-Experte zu bedenken. Abgase produzieren Wasserstoffgefährte zwar grundsätzlich nicht. Aus ihrem Auspuff kommt nur Wasserdampf und Kondenswasser. Bislang werden Brennstoffzellenzüge jedoch hauptsächlich mit „grauem“ Wasserstoff  betrieben. Der wird aus fossilem Erdgas hergestellt oder fällt als Abfallprodukt in der chemischen Industrie an – und ist damit alles andere als klimaneutral. Doch das soll sich zunehmend ändern. Für den 2024 geplanten Test des Siemens-Zugs bei Tübingen will die Bahn Wasserstoff in einem Elektrolyseur mit Ökostrom erzeugen. Die Wasserstofftankstelle, die aktuell für die Züge von Alstom im niedersächsischen Bremervörde gebaut wird, soll zu einem späteren Zeitpunkt um Elektrolyseanlagen erweitert werden. Perspektivisch ist geplant, den Wasserstoff dort mit Windstrom aus der Region zu erzeugen.

Für die Zughersteller verspricht die Wasserstofftechnologie ein lukratives Geschäft zu werden. Laut Siemens-Mobility-Chef Michael Peter könnten in den kommenden zehn bis 15 Jahren allein in Europa bis zu 15.000 Triebzüge ausgetauscht werden. Ein Zug vom Typ Mireo Plus H koste je nach Ausstattung fünf bis zehn Millionen Euro. „Das ergibt in Europa ein Marktpotenzial von 50 Milliarden bis 150 Milliarden Euro“, so Peter gegenüber der Nachrichtenagentur Reuters.

 

Brennstoffzelle oder Batteriebetrieb?

Doch der Wasserstoffzug trifft nicht auf einhellige Begeisterung. Über eine übliche Lebensdauer von 30 Jahren sei ein Batteriezug bis zu 59 Millionen Euro günstiger als ein Triebwagen mit Brennstoffzelle, so das Ergebnis einer Studie des Verbandes der Elektrotechnik, Elektronik und Informationstechnik (VDE). Als Gründe nennen die Autoren den teuren Austausch der Brennstoffzellen, die über die Lebensdauer des Zuges bis zu siebenmal erneuert werden müssten, und die hohen Kosten für die Energie. Grüner Wasserstoff aus Ökostrom ist aktuell noch in geringen Mengen verfügbar, und somit ist es auch in Zukunft zwangsläufig teurer, als den Strom direkt in einen E-Motor zu speisen. Die Hersteller der Wasserstoffzüge lassen das Ergebnis der Studie nicht gelten. Batterie- und Wasserstoffantrieb seien gleichwertig, so Siemens, und böten je nach Einsatznetz entsprechende Vorteile. „Natürlich gibt es momentan prädestinierte Strecken für die jeweilige Technologie – aber das ist nicht ein für alle Mal festgeschrieben“, schränkt Roland Jorczyk ein. Beide Technologien sind noch vergleichsweise jung, bei beiden werden die Kosten sinken und die Reichweiten steigen. Manche Vor- und Nachteile werden sich erst in der Praxis herauskristallisieren, so der TÜV-NORD-Experte. „Und das dürfte die Bedingungen für Batterie- wie Brennstoffzüge noch einmal neu durchwürfeln.“

Tatsächlich planen die Hersteller mit beiden Technologien. Siemens ebenso wie Alstom haben bereits Batteriezüge im Einsatz oder in der Entwicklung. Elf Akkuzüge vom Typ Coradia Continental soll der französische Hersteller bis 2023 an den Verkehrsverbund Mittelsachsen liefern. Die Batterien der Schienenfahrzeuge können an der Oberleitung geladen werden und haben eine Reichweite von 120 Kilometern – genug, um 80 Kilometer nicht elektrifizierte Strecke zwischen Chemnitz und Leipzig zu überbrücken. Auch die Landesanstalt Schienenfahrzeuge Baden-Württemberg (SFBW) will ab Dezember 2023 im Netz 8 Ortenau batterieelektrisch auf die Strecke gehen. Dazu hat der Transportdienstleister bei Siemens 20 Akkuzüge vom Typ Mireo Plus B bestellt. Um diese Zeit will der Nahverkehrsverbund Schleswig-Holstein bereits fast seine komplette Dieselflotte auf den Nebenstrecken durch Batteriezüge ersetzt haben. 55 Akku-Triebwagen des Herstellers Stadler sollen ab Ende 2022 zwischen Kiel und Lüneburg, Bad Oldesloe und Büsum für abgasfreien Schienenverkehr sorgen.