22. Mai 2018

Ein Überblick: Innovative Antriebe auf der Schiene

Ein Überblick: Innovative Antriebe auf der Schiene
Elektromobilität: Neben der klassischen E-Lokomotive hat die Schiene noch viele andere Innovationen zu bieten.

Der Dieselskandal mit all seinen Ausmaßen hat Deutschland zweifelsfrei verändert: Seit Beginn der Affäre haben sich die einstigen Randthemen „Luftqualität“ und „Elektromobilität“ zu Mega-Themen entwickelt, die Öffentlichkeit, Politik und Medien in Wallung bringen. Wie können Fahrzeuge umweltverträglicher unterwegs sein, welche Antriebe sind überhaupt geeignet für eine „grüne Mobilität“ und welche Technogien gibt es schon? Die gesellschaftliche Debatte dreht sich dabei häufig um das Auto. Und das, obwohl die Schiene bei der E-Mobilität der Straße um Einiges voraus ist. Während auf deutschen Straßen bisher in der Realität nur wenige Elektroautos fahren (2017 gerade mal 34.022), sind die Bahnen schon heute zu 90 Prozent elektrisch unterwegs. Kein Verkehrsträger ist der Vision „100 Prozent Elektromobilität“ so nah, wie die Schiene. Ob nun mit Strom aus der Oberleitung, Wasserstoff oder Batterie – es gibt viele Möglichkeiten, Züge emissionsfrei anzutreiben. Dieser Überblick soll aufzeigen, welch innovative Antriebe die Schiene zu bieten hat.

Die Elektromobilität auf der Schiene wird heutzutage fast ausschließlich von klassischen Elektro-Lokomotiven und -Triebwagen erbracht, die über eine Oberleitung oder Stromschienen betrieben werden. Eine Diesellok stößt im Güterverkehr im Schnitt pro Tonnenkilometer 1,5 Mal mehr CO2 aus als eine E-Lok. Im Schienenpersonennahverkehr liegt der Faktor bei etwa 1,2 pro Personenkilometer. Die Allianz pro Schiene setzt sich für die schnellere Elektrifizierung des Schienennetzes, also die Ausrüstung von Strecken mit Oberleitungen, ein. Meilensteine sind ein Elektrifizierungsgrad von 70 Prozent in Deutschland im Jahr 2025 gegenüber aktuell rund 60 Prozent und ein Elektrifizierungsgrad von mindestens 75 Prozent im Jahr 2030.

Für die Strecken, die nicht elektrifiziert werden, sind Fahrzeuge mit alternativen Antrieben eine gute Investition in die Zukunft, die auch ohne Oberleitung elektromobil unterwegs sein können. Im Personenverkehr sind dies Wasserstoff- und Batterietriebfahrzüge. Im Güterverkehr gibt es Last-Mile-, Hybrid- sowie Dual-Mode-Lokomotiven.

Innovative Antriebe im Überblick

Innovative Antriebe auf der Schiene: Wasserstoff-Triebzug

Wasserstoff-Triebzug

Im Wasserstoff-Triebzug (alternativ Brennstoffzellenzug) erzeugt eine Brennstoffzelle Strom aus Wasserstoff. Die Energie wird in Batterien gespeichert. Angetrieben wird der Zug von Elektromotoren. Das Fahrzeug kann so vollkommen unabhängig von der Oberleitung elektrisch fahren, benötigt aber eine Wasserstoff-Tankinfrastruktur. Ein voller Tank soll für eine Reichweite von bis zu 1.000 Kilometern sorgen. Seit 2018 sind die ersten Fahrzeuge im Probebetrieb. Ab 2020 soll die Serienreife erreicht sein.

 

 

 

 

Innovative Antriebe auf der Schiene: Batterie-Triebzug

 

 

Batterie-Triebzug

Wie ein gängiger Elektrotriebzug bezieht der Batterie-Triebzug den Fahrstrom aus der Oberleitung. Zusätzlich sind Batterien an Bord, die auf Strecken mit Oberleitung aufgeladen werden. Auf Abschnitten ohne externe Stromversorgung bezieht der Antrieb die Energie aus den Batterien. So können Batterie-Triebzüge die vorhandene Oberleitungsinfrastruktur zum Fahren und „Nachtanken“ nutzen. Das Bundesverkehrsministerium unterstützt den Hersteller Bombardier bei der Erprobung mit 4 Millionen Euro.

 

 

 

Innovative Antriebe auf der Schiene: Hybrid-Lokomotive

 

 

 

Hybrid-Lokomotive

Hybrid-Lokomotiven verfügen neben einem Elektromotor über einen Stromgenerator und eine Batterie als Energiespeicher. Bei Teillast fährt die Lok Batteriestrom. Nur wenn mehr Leistung benötigt wird, hilft ein Dieselmotor mit. Der Motor dient auch als Stromgenerator zum Nachladen der Batterie. Anders als bei herkömmlichen Dieselloks läuft der Motor auch bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten immer im optimalen Drehzahlbereich und lädt die Batterie. Dadurch können bis zu 50 Prozent Treibstoff gespart werden, der Schadstoffausstoß sinkt sogar um bis zu 70 Prozent. Hybridloks eignen sich besonders für den Rangierbetrieb mit häufigem Anfahren und Anhalten. 50 bis 75 Prozent der Einsatzzeit kann im Batteriebetrieb gefahren werden.

 

Innovative Antriebe auf der Schiene: Last-Mile-Lokomotive

 

 

Last-Mile-Lokomotive

Last-Mile-Lokomotiven verfügen über zwei Antriebe. Sie verbinden einen vollwertigen Elektroantrieb mit einem Diesel-Hilfsmotor. Wie bei einer herkömmlichen Elektro-Lokomotive erfolgt die Stromversorgung durch die Oberleitung. Auf Streckenabschnitten ohne Oberleitung schaltet die Last-Mile-Lokomotive auf den Hilfsantrieb um. So können Last-Mile-Lokomotiven die E-Infrastruktur optimal nutzen. Wo eine Oberleitung vorhanden ist, fahren sie mit Strom. Nur auf kurzen Abschnitten ohne Stromversorgung – häufig die ersten und letzten Kilometer – wird auf den Verbrennungsmotor umgeschaltet. Last-Mile-Lokomotiven vermeiden so lange Fahrten mit Diesel unter der vorhandenen Oberleitung. Heute ist es oft so, dass kleine Elektrifizierungslücken im Streckenverlauf dazu führen, dass die gesamte Strecke mit Diesel befahren wird. Die Last-Mile-Lok ist vom Prinzip her ähnlich aufgebaut wie die Dual-Mode-Lokomotive (siehe unten). Die Dual-Mode-Lok kann jedoch deutlich längere Strecken ohne Oberleitung überbrücken. 

 

Innovative Antriebe auf der Schiene: Dual-Mode-Lokomotive

Dual-Mode-Lokomotive

Dual-Mode-Lokomotiven vereinen zwei vollwertige Loks in einem Fahrzeug. Zum einen ist das Fahrzeug eine echte E-Lok, die mit Strom aus der Oberleitung fährt. Zum anderen hat die Dual-Mode-Lokomotive auch einen emissionsarmen Dieselmotor an Bord. Dieser Stromgenerator erzeugt auf Strecken ohne Oberleitung Strom für den Antrieb und ermöglicht es Elektrifizierungslücken im Streckennetz zu überbrücken. Mit solchen Fahrzeugen werden also Fahrten mit Diesel unter der Oberleitung vermieden. So kann die E-Infrastruktur maximal genutzt werden. Bei Dual-Mode-Lokomotiven steht auch abseits der Oberleitung eine hohe Leistung zur Verfügung, der Zug kann also mit voller Geschwindigkeit weiterfahren und belegt keine zusätzliche Kapazität im Schienennetz.

 

 

 

 

Innovative Antriebe: Förderung vom Bund notwendig

Wie viele Innovationen sind Loks und Züge mit alternativen Antrieben zum Markteintritt teurer als Fahrzeuge mit herkömmlicher Diesel-Technologie. Der Bund sollte die Eisenbahnverkehrsunternehmen daher mit einem Förderprogramm unterstützen, um diese Markteintrittshürde zu überwinden. Ähnliche Anschubhilfen werden mit der Kaufprämie für Elektroautos und der Mautbefreiung für E-Lkw gewährt.

 

Weitere Informationen zum Thema: