Elektromobilität

Statt Diesel: Brennstoffzellen und Batterien machen Züge grüner

von Marten Zabel

Wasserstoff oder Batteriebetrieb: Beides könnte bei Zügen den Dieselantrieb ersetzen – die Technik ist jener der Dampflokomotive nicht unähnlich.

Ein Zug auf einer Eisenbahnbrücke über Feldern und Wäldern.
Ohne Oberleitungen über den Gleisen ist die Diesellok derzeit der gängige Antrieb im Schienensystem hierzulande. Vielleicht steigt aber bald wieder Dampf aus den Lokomotiven der Zukunft mit Wasserstoff-Brennstoffzellen. Foto: Shutterstock / 3rn4

Das erfahren Sie gleich:

  • Weshalb die Wasserstoff-Brennstoffzelle ideal für die Eisenbahn geeignet ist
  • Wie Brennstoffzellen im Zug die Schienen erobert
  • Warum in Dresden demnächst Züge mit Akkus fahren
  • Warum die Dampflokomotive ihre Rückkehr feiert

Mit Wasserstoff betriebene Brennstoffzellen: Für die Elektromobilität gelten sie als eine der wichtigsten Energiequellen – zumindest theoretisch. Probleme mit Größe, Speichermöglichkeiten für den Wasserstoff und der Masse des Systems hemmen bislang die Verbreitung von Elektroautos mit Wasserstoff-Technologie.

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Auf den Straßen haben derzeit lediglich Busse nicht mit der enormen Masse der Wasserstoff-Brennstoffzellen zu kämpfen. Nun zeichnet sich jedoch ein alternatives Einsatzgebiet für die Technologie ab: die Eisenbahn. Denn bei Schienenfahrzeugen ist das Gewicht nicht ganz so wichtig wie bei Autos.

Wie Brennstoffzellen im Zug die Schienen erobert

Entsprechend ist ein System aus Brennstoffzellen auch mit der hohen Energiedichte von Dieselmotoren und -tanks konkurrenzfähig. Gleich mehrere Hersteller haben inzwischen das Potenzial erkannt und die ersten Brennstoffzellen-Züge rollen in Testfahrten auf einigen Strecken.

In Deutschland verkehren im Auftrag der Elbe-Weser-Verkehrsbetriebe seit Sommer 2018 zwei in Frankreich gebaute Coradia iLint, mit Brennstoffzellen angetriebene Regionalzüge zwischen Cuxhaven und Bremervörde. Erste Testfahrten absolvierte die Bahn bereits.

Ihre Höchstgeschwindigkeit ist mit 140 Kilometern pro Stunde der eines Dieselzugs ebenbürtig, die Betriebskosten sind allerdings geringer. So soll sich der Zug trotz höherer Anschaffungskosten in seiner erwarteten Lebensdauer von 25 bis 30 Jahren rentieren. 14 der Züge sind bereits bestellt.

Ein Testprojekt der Österreichischen Verkehrsbetriebe (ÖBB) gemeinsam mit dem Unternehmen RCC Railway ist sogar bereits auf den Schienen unterwegs: Im Wiener Vergnügungspark Prater fährt die Rundbahn Liliput seit Kurzem mit Wasserstoffantrieb.

Die Schmalspurbahn Hydrolilly wurde lokal entwickelt und gebaut. Im Park ergänzt sie die historische Dampflokomotive – und dient gleichzeitig als Testprojekt für die Weiterentwicklung der Wasserstoff-Brennstoffzelle.

Fehlende Oberleitungen machen kreativ

Auch in Schleswig-Holstein, wo die Elektrifizierung der Schienen nur rund 40 Prozent erreicht, könnten die Wasserstoffzüge funktionieren: Hier ließe sich nicht konstant erzeugte Windenergie als Wasserstoff speichern, der die Bahn antreibt.

Schleswig-Holstein steht allerdings nicht alleine da mit diesem Problem. In Deutschland etwa sind nur rund zwei Drittel der Schienen elektrifiziert – ein Jahrhundert nach dem Beginn der Elektrifizierung. Mit Österreich – mit mehr als 70 Prozent Elektrifizierung – und der Schweiz – mit einer 100-prozentigen Elektrifizierung des Schienennetzes – kann Deutschland so nicht mithalten.

Auf langen Strecken, wie denen im australischen Outback oder an der transsibirischen Eisenbahn, sind es noch weniger. Das zu ändern wäre jedoch teuer und aufgrund der hohen Wartungskosten meist nicht wirtschaftlich. Daher verkehren dort aktuell hauptsächlich Dieselloks. Eine Ausnahme bildet der erste Solarzug der Welt, der an Australiens Ostküste fährt.

Unabhängig vom Netz: Bombardier stattet Züge mit Akku aus

Doch nicht nur die Brennstoffzelle kommt als Ersatz für Dieselloks in Frage. In Dresden erprobt der dort tätige Verkehrsverbund Oberelbe (VVO) den Einsatz von batteriebetriebenen Zügen. Diese laden während der Fahrt unter Oberleitungen einen Akku auf, der wiederum den Elektromotor mit Energie speist, sobald das elektrifizierte Netz endet. Auf insgesamt vier Nebenstrecken rund um Dresden will der VVO bis 2024 die aktuell darauf fahrenden Dieselzüge durch Batteriezüge ersetzen.

"Ist der Zug auf einer elektrifizierten Strecke unterwegs, lädt er über den Stromabnehmer auf dem Dach die Akkus auf. Wenn er dann ohne Oberleitung weiterfahren muss, nutzt er die gespeicherte Energie für den Antrieb", sagt Stefan von Mach, Technischer Leiter des Projektes von Bombardier, in der offiziellen Pressemitteilung.

Wie genau das aussehen könnte, will die Technische Universität Berlin zusammen mit dem Zughersteller Bombardier Transportation herausfinden. In einer Machbarkeitsstudie ermitteln sie die technische Umsetzung eines batteriebetriebenen Zuges und dessen Wirtschaftlichkeit.

Der Testzug setzt dabei auf Lithium-Ion-Zellen mit Nickel-Mangan-Cobalt als Basis; eine Mischung aus Wasser und Glykol kühlt die Akkus, damit diese bei der Rekuperation nicht zu heiß werden. 7,5 Tonnen Gewicht bringen die vier Batterien auf dem Dach zusätzlich mit; 300 kWh speichern sie maximal. Aktuell reicht die Kapazität für ungefähr 40 Kilometer netzunabhängige Fahrt.

Sollte sich der Test als erfolgreich erweisen und in eine Serienproduktion münden, will Bombardier aber bis zu 100 Kilometer mit den geladenen Akkus schaffen. Eine Möglichkeit, dieses Ziel zu erreichen, ist die Drosselung der Höchstgeschwindigkeit: Maximal 120 Kilometer pro Stunde soll der Batteriezug zurücklegen.

Eine Reichweite von 100 Kilometern pro Akkuladung würde ausreichen, um in Deutschland über die Hälfte aller Strecken ohne Oberleitung zu überbrücken – ohne auf Dieselloks ausweichen zu müssen.

Warum die Dampflokomotive ihre Rückkehr feiert

Brennstoffzellen und Batterien wären dazu eine umweltfreundlichere Alternative und sind zudem ebenso leise wie ein konventioneller elektrischer Zug – zudem wird mit steigenden Ölpreisen auch Diesel als Treibstoff immer teurer, im Gegensatz zum günstigen Wasserstoff.

Ganz wie alte Dampflokomotiven stoßen Züge mit Brennstoffzellen Wolken aus Wasserdampf aus. Sie sind somit direkte Nachfolger der alten Lokomotiven – nur mit weniger Wartungsaufwand und natürlich ohne die Verbrennung von schmutziger Kohle.

Um auch die Straßen sauberer zu machen, arbeiten Forscher am MIT derzeit an Fusionsenergie aus Wasserstoff oder Helium, die Elektroautos zukünftig mit grüner Energie antreiben soll.

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