Alternative Antriebe auf der Schiene

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Alternative Antriebe auf der Schiene

Alternative Antriebe auf der Schiene

Spätestens seit dem Dieselskandal hat sich der Blick auf die Mobilität verändert. Waren Dinge wie CO2-Ausstoß, Luftqualität oder Elektromobilität lange Zeit eher Nischenthemen, haben sie sich nun zu Mega-Themen entwickelt. Als solche sind sie in der Öffentlichkeit genauso präsent wie in den Medien und der Politik. Wie können Fahrzeuge umweltfreundlicher werden? Welche Antriebe passen zur grünen Mobilität? Welche Technologien stehen bereits zur Verfügung? Das sind Fragen, die diskutiert werden.

Das Augenmerk bei solchen Debatten liegt meist auf dem Auto. Dabei könnte sich der Straßenverkehr gerade in Sachen Elektromobilität viel vom Schienenverkehr abschauen. Denn während die Anzahl der Elektroautos, die auf deutschen Straßen unterwegs sind, nach wie vor ziemlich überschaubar ist, fahren die Bahnen bereits zu 90 Prozent elektrisch. Dem großen Ziel der Elektromobilität ist kein Verkehrsträger so nah wie der Schienenverkehr.

Um Züge emissionsfrei anzutreiben, gibt es verschiedene Möglichkeiten. Strom aus der Oberleitung, Batterien oder Wasserstoff zum Beispiel. In diesem Überblick zeigen wir die wichtigsten Technologien.

 

Alternative Antriebe auf der Schiene

Im Zusammenhang mit der angestrebten und dringend notwendigen Verkehrswende spielt die Elektromobilität eine Schlüsselrolle. Denn Elektrofahrzeuge fahren abgasfrei und der Energieverbrauch von Elektromotoren ist geringer und effizienter als bei Verbrennungsmotoren. Doch was auf der Straße noch Zukunftsmusik ist, ist auf der Schiene bereits Standard. Hier wird die Verkehrsleistung schon zu 90 Prozent elektrisch erbracht.

Natürlich brauchen elektrisch betriebene Fahrzeuge nachhaltig produzierten Fahrstrom, um klimafreundlich unterwegs zu sein. Doch auch hier können die Bahnen punkten. Denn der Anteil an Ökostrom im Schienenverkehr ist hoch und steigt stetig. Außerdem speist der elektrische Schienenverkehr seine Bremsenergie in aller Regel wieder ins Stromnetz ein. Dadurch wird der elektrische Antrieb noch effizienter.

Die Eisenbahnbranche hat sich als Ziel gesetzt, eine 100-prozentige Elektromobilität zu erreichen und in Zukunft komplett auf den Dieselantrieb zu verzichten. Doch dazu muss die Elektrifizierung der Bahnstrecken schneller vorangehen.

Elektrifizierung meint die Ausrüstung von Strecken mit Oberleitungen oder Stromschienen, über die Züge mit Elektroantrieb versorgt werden können. Bisher sind etwa 60 Prozent des Bundesschienennetzes elektrifiziert. Angestrebt ist, dass dieser Grad bis 2025 auf 70 Prozent und bis 2030 auf mindestens 75 Prozent steigen soll.

Für die Strecken ohne Elektrifizierung lohnt sich die Investition in alternative Antriebe. Solche Technologien gibt es bereits auf der Schiene. Im Personenverkehr nämlich in Form von Wasserstoff- und Batterie-Triebzügen und im Güterverkehr als Last-Mile, Hybrid- und Dual-Mode-Lokomotiven.

 

Wasserstoff-Triebzüge

Bei einem Wasserstoff-Triebzug handelt es sich um einen Elektrozug, der über einen Batteriespeicher und eine Brennstoffzelle verfügt. Die Brennstoffzelle nutzt Wasserstoff, um daraus Strom zu erzeugen. Die Energie wird anschließend in Batterien gespeichert. Den Antrieb des Zugs übernehmen Elektromotoren.

Durch diese Technologie kann ein Wasserstoff-Triebzug, der auch Brennstoffzellenzug genannt wird, unabhängig von einer Oberleitung elektrisch unterwegs sein. Allerdings benötigt er eine Infrastruktur, die das Tanken von Wasserstoff ermöglicht. Dabei reicht ein voller Tank für eine Reichweite von bis zu 1.000 Kilometern.

 

Batterie-Triebzüge

Wie ein herkömmlicher Elektro-Triebzug bezieht auch ein Batterie-Triebzug den benötigten Fahrstrom aus der Oberleitung. Zusätzlich dazu hat er Batterien an Bord, die als Energiespeicher dienen.

Auf Strecken mit Oberleitung lädt der Zug die Batterien auf, tankt also gewissermaßen Energie nach. Fährt der Zug dann auf einer Strecke ohne externe Stromversorgung, kann er die Energie, die in den Batterien gespeichert ist, für den Antrieb nutzen. Batterie-Triebzüge werden seit 2019 auf der Schiene erprobt.

Beispiel:

 

Last-Mile-Lokomotiven

Eine Last-Mile-Lokomotive ist mit zwei Antrieben ausgestattet, nämlich einem vollwertigen Elektroantrieb und einem Diesel-Hilfsmotor. Wie eine klassische E-Lok bezieht die Last-Mile-Lokomotive den Fahrstrom aus der Oberleitung. In Streckenabschnitten ohne Stromversorgung schaltet der Antrieb auf den Verbrennungsmotor um.

Die beiden Antriebe sorgen dafür, dass eine Last-Mile-Lokomotive die elektrische Infrastruktur optimal ausnutzen kann. Denn dort, wo eine Oberleitung zur Verfügung steht, nutzt sie den Strom. Nur auf den Abschnitten ohne Elektrifizierung fährt sie mit Diesel. Zumindest auf den viel befahrenen Hauptstrecken sind die Stücke ohne Stromversorgung inzwischen recht klein. Meist sind es nur die ersten und letzten Kilometer bis zur nächsten Oberleitung. Daher kommt auch der Name. Lange Fahrten mit Diesel, obwohl eine Oberleitung vorhanden ist, können so vermieden werden. Last-Mile-Lokomotiven sind seit 2016 im Einsatz.

 

Hybrid-Lokomotiven

Eine Hybrid-Lokomotive ist eine E-Lok, die neben dem Elektromotor mit einem Stromgenerator und einem Batteriespeicher ausgestattet ist. Bei Teillast nutzt sie den Strom aus der Batterie. Ist der Bedarf an Leistung höher, hilft ein Dieselmotor aus.

Der Dieselmotor steuert aber nicht nur die benötigte Leistung bei, sondern dient auch als Stromgenerator, um die Batterie nachzuladen. Im Unterschied zu klassischen Dieselloks läuft der Motor dabei immer und unabhängig von der Geschwindigkeit des Zugs auf optimaler Drehzahl. Durch den Betrieb im optimalen Drehzahlbereich erzeugt das Dieselaggregat permanent Strom, der in der Batterie gespeichert werden kann. Auf diese Weise können bis zu 50 Prozent Treibstoff eingespart werden. Der Ausstoß an Schadstoffen sinkt sogar um bis zu 70 Prozent.

Die Stärken von Hybrid-Lokomotiven kommen vor allem im Rangierbetrieb zum Tragen, bei dem häufig angefahren und angehalten werden muss. Gut die Hälfte der Einssatzzeit können die Loks hier im Batteriebetrieb fahren. Hybrid-Lokomotiven sind seit 2015 auf der Schiene.

Beispiel:

 

Dual-Mode-Lokomotiven

Die Dual-Mode-Lok ähnelt vom Grundprinzip her der Last-Mile-Lokomotive. Allerdings vereint sie zwei vollwertige Schienenfahrzeuge in sich. Zum einen ist das eine echte Elektro-Lokomotive, die mit Strom aus der Oberleitung unterwegs ist. Zum anderen ist die 2-in-1-Lokomotive mit einem emissionsarmen Dieselmotor ausgestattet. Auf Strecken ohne Oberleitung produziert das Dieselaggregat Strom für den Elektromotor.

Eine Dual-Mode-Lokomotive kann die vorhandene Infrastruktur deshalb optimal ausnutzen. Dabei kann sie auch in Abschnitten ohne Elektrifizierung mit voller Geschwindigkeit weiterfahren. Und anders als die Last-Mile-Lokomotive kann die Dual-Mode-Lok deutlich längere Strecken ohne externe Stromversorgung überbrücken. Insofern kann sie ein guter Ersatz für klassische Diesellokomotiven sein. Dual-Mode-Lokomotiven fahren seit 2020.

Beispiel:

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