Könnte der Wasserstoffzug den Schienenverkehr revolutionieren?.

Obwohl die Eisenbahn seit Jahren das umweltfreundlichste Verkehrsmittel in der EU ist, werden Anstrengungen unternommen, sie zu dekarbonisieren. Nach Ansicht vieler Experten kann der Wasserstoffzug zu langfristigen positiven Veränderungen in diesem Bereich beitragen. Der Wert dieser Lösung liegt nicht nur in Umweltaspekten, sondern auch in Aspekten der Effizienz, des Komforts und der Sicherheit. Zu den Vorteilen des Einsatzes von Wasserstoff im Schienenverkehr gehören die Verringerung des Lärmpegels und die Möglichkeit, Dieselzüge auf nicht elektrifizierten Strecken wirksam zu ersetzen. Die optimale Nutzung des Potenzials von Wasserstoff als Kraftstoff und die Verwirklichung weiterer Umweltziele mit ihm wird eine der wichtigsten Herausforderungen sein, vor denen die Eisenbahnindustrie in naher Zukunft steht.

Obwohl die Eisenbahn seit Jahren das umweltfreundlichste Verkehrsmittel in der EU ist, werden Anstrengungen unternommen, sie zu dekarbonisieren. Nach Ansicht vieler Experten kann der Wasserstoffzug zu langfristigen positiven Veränderungen in diesem Bereich beitragen. Der Wert dieser Lösung liegt nicht nur in Umweltaspekten, sondern auch in Aspekten der Effizienz, des Komforts und der Sicherheit. Zu den Vorteilen des Einsatzes von Wasserstoff im Schienenverkehr gehören die Verringerung des Lärmpegels und die Möglichkeit, Dieselzüge auf nicht elektrifizierten Strecken wirksam zu ersetzen. Die optimale Nutzung des Potenzials von Wasserstoff als Kraftstoff und die Verwirklichung weiterer Umweltziele mit ihm wird eine der wichtigsten Herausforderungen sein, vor denen die Eisenbahnindustrie in naher Zukunft steht.

Die von polnischen Unternehmen ergriffenen und umgesetzten Initiativen erregen in diesem Zusammenhang große Aufmerksamkeit. Ein hervorragendes Beispiel hierfür ist die von PESA Bydgoszcz entwickelte Wasserstofflokomotive SM42-6Dn. Die Erteilung der Zulassung durch das Amt für Eisenbahnverkehr (Urząd Transportu Kolejowego) stieß auf großes Medieninteresse, nicht nur in der Branche. Die Wasserstoffbahn beflügelt die Phantasie und gibt Hoffnung auf eine deutliche Verringerung des Kohlenstoff-Fußabdrucks des Schienenverkehrs in den kommenden Jahrzehnten. Wir empfehlen Ihnen die Lektüre des Artikels, in dem wir kurz darauf eingehen:

• die Geschichte der Wasserstoffbahn
• dem Standort der polnischen Wasserstoff-Eisenbahnindustrie, die von dem in Bydgoszcz ansässigen Unternehmen PESA geleitet wird,
• Herausforderungen und Perspektiven für die Entwicklung und Einführung von Wasserstoffzügen.

Geschichte der Wasserstoffbahn – wie hat sich das Konzept im Laufe der Jahre entwickelt?

Seit mehr als 20 Jahren sind Wasserstofflokomotiven und andere technologische Lösungen, die auf der Verwendung dieses Kraftstoffs basieren, eines der Hauptthemen in der Diskussion über die Zukunft des Schienenverkehrs. Das eigentliche Konzept der Wasserstoff-Brennstoffzelle für den Antrieb von Fahrzeugen ist jedoch viel älter. Ihre praktische Anwendung in der Technik wurde bereits Mitte der 1960er Jahre entdeckt, als sie an Bord der Raumfähre installiert wurde, die an der Apollo-Mission teilnahm. Außerhalb des Raumfahrtsektors hat sich die Lösung jedoch nicht als Durchbruch erwiesen. Hindernisse für ihre Entwicklung und Verbreitung waren unter anderem das damals noch geringe Umweltbewusstsein und die relativ hohen Kosten der Technologie.

Versuche, Wasserstoffzellen in Bussen einzusetzen, begannen bereits in den 1990er Jahren, aber es dauerte bis zur Jahrtausendwende, bis diese Technologie im öffentlichen und privaten Verkehr intensiver entwickelt wurde. Es genügt zu erwähnen, dass die erste Verwendung des Begriffs „Wasserstoffbahn“ auf den 22. August 2003 datiert wird. Der Begriff wurde bei einem Vortrag über die „Mooresville Hydrail Initiative“ im Volpe Transportation Systems Centre des US-Verkehrsministeriums in Cambridge geprägt. Interessanterweise wurde die erste wasserstoffbetriebene Grubenlokomotive bereits 2002 in Kanada vorgeführt. – d.h. ein Jahr früher. Wie groß die Herausforderungen bei der Einführung der Wasserstofftechnologie sind, zeigt sich daran, dass es bis 2006 dauerte, bis ein Wasserstofftriebwagen eingeführt wurde, und dass es weitere 12 Jahre dauerte, bis das Modell Coradia iLint – der weltweit erste kommerzielle Personenzug mit Wasserstoffantrieb – in Betrieb genommen wurde. Am 17. September 2018 wurden die ersten beiden Fahrzeuge dieses Typs in Niedersachsen in Betrieb genommen.

Viele Länder, die ihren Schienenverkehr modernisieren wollen, haben das Potenzial von Wasserstoffzügen erkannt. Investitionen in Wasserstoff- oder Hybridzüge (Wasserstoff-Elektro-Züge) sind u. a. in Frankreich, Italien und England geplant und im Gange. Die britischen Eisenbahnen wollen mit dieser Technologie den Einsatz von Dieselzügen bis 2040 vollständig beenden. Auch außereuropäische Länder wie Kanada, die USA und Südkorea interessieren sich für das Konzept der Wasserstoff-Personenzüge. Es ist erwähnenswert, dass auch an Wasserstofflokomotiven gearbeitet wird, die z. B. für Rangierarbeiten auf Rangierbahnhöfen oder in Industrieanlagen eingesetzt werden.

In welchem Stadium befinden sich die Arbeiten zur Entwicklung von Wasserstoffeisenbahnen in Polen?

Auch in Polen wird in die Entwicklung von Wasserstoffzügen und -lokomotiven investiert. Es ist erwähnenswert, dass vorrangig wasserstoffbetriebene Schienenfahrzeuge als Alternative zu Dieselzügen auf nicht elektrifizierten Strecken eingesetzt werden. Unser Land liegt im Vergleich zum EU-Durchschnitt beim Elektrifizierungsgrad der Strecken sehr gut, so dass man meinen könnte, dass das Interesse an wasserstoffbetriebenen Zügen und Lokomotiven geringer wäre. Das ist ein falscher Eindruck – in Polen wird das Schienennetz nur wenig genutzt, was unter anderem mit dem eingeschränkten Betrieb der nicht elektrifizierten Strecken zusammenhängt. Wenn Entscheidungen getroffen werden, um den Nutzungsgrad des Schienennetzes zu erhöhen, könnten sich Wasserstoffzüge als eine sehr vorteilhafte Lösung für die Dekarbonisierung der polnischen Eisenbahnen erweisen.

Die Arbeiten an diesem Projekt, der ersten Wasserstofflokomotive Polens, wurden vor einigen Jahren von der in Bydgoszcz ansässigen Eisenbahngesellschaft PESA aufgenommen. Das Ergebnis dieses Projekts ist die Rangierlokomotive SM42-6Dn, die von zwei Wasserstoffzellen angetrieben wird. Sie ist mit vier Asynchron-Fahrmotoren mit je 180 kW Leistung ausgestattet und hat Zugang zu Wasserstofftanks mit einem Fassungsvermögen von 175 kg. Die Wasserstoffzellen erzeugen Energie und treiben über eine Traktionsbatterie alle vier Motoren an. Dadurch kann die Lokomotive eine Höchstgeschwindigkeit von 90 km/h erreichen. Wichtig ist, dass das Fassungsvermögen der Wasserstofftanks so angepasst ist, dass eine Betankung volle 24 Stunden Rangierbetrieb ermöglicht. Hinzu kommt, dass die Rangierlokomotive SM42-6Dn über ein eingebautes Hinderniserkennungssystem und ein autonomes Fahrsystem verfügt. Damit kann der Lokführer das Fahrzeug bei der Zusammenstellung von Zuggarnituren per Funk selbst steuern.

Die wasserstoffbetriebene Lokomotive aus Bydgoszcz wurde auf der Internationalen Eisenbahnmesse TRAKO 2021 vorgestellt und vom Eisenbahnverkehrsamt für den Betrieb Mitte 2023 zugelassen. In naher Zukunft soll ein polnischer Wasserstoffzug gebaut werden. PESA Bydgoszcz plant, bis 2026 die ersten Personenzüge mit Wasserstoffzellen einzusetzen.

Warum könnte der Wasserstoffzug den Schienenverkehr revolutionieren?

Die Bestrebungen zur Dekarbonisierung des Schienenverkehrs veranlassen immer mehr Länder dazu, umfangreiche Mittel für die Entwicklung von Wasserstoffzügen bereitzustellen. Warum werden so große Hoffnungen in diese Technologie gesetzt?

Emissionsfrei

Einer der Hauptgründe, warum die Wasserstoffbahn auf so großes Interesse stößt, ist ihr Umweltpotenzial. Die Verbrennung von Wasserstoff verursacht keine Treibhausgasemissionen. Die einzigen Nebenprodukte, die bei der Verwendung als Kraftstoff entstehen, sind Wärme und Wasser.

Sicherheit und Energieeffizienz

Ein großer Vorteil von Wasserstoffzellen ist ihre Energieeffizienz. Dies ist weitgehend auf die Eigenschaften von Wasserstoff zurückzuführen, der im Verhältnis zur Masse den höchsten Heizwert und die höchste Verbrennungswärme unter den Kraftstoffen aufweist. Ebenso wichtig ist, dass Wasserstoffzüge in puncto Sicherheit konventionellen Verkehrsträgern nicht nachstehen.

Möglichkeit des Ersatzes von Dieselzügen

Der Einsatz von Wasserstoffzügen ermöglicht es, die Zahl der Dieselzüge auf nicht elektrifizierten Strecken zu reduzieren. Insgesamt können Wasserstoffzüge auch zur Energieeffizienz des Schienenverkehrs beitragen, da Wasserstofflokomotiven einen guten Wirkungsgrad haben und lange Strecken ohne häufiges Auftanken zurücklegen können.

Rauschunterdrückung

Ein wichtiger Vorteil von Wasserstoffzügen sind ihre geringen Lärmemissionen, was für den Komfort der Anwohner an den Gleisen besonders wichtig ist.

Effizienter Betrieb bei niedrigen Temperaturen

Wasserstoffzellen, die die Grundlage der Wasserstofftechnologie im Schienenverkehr bilden, zeichnen sich durch einen effizienten Betrieb bei niedrigen Temperaturen aus.

Günstige Alternative zur Elektrifizierung von Bahnstrecken

Die Wasserstoffbahn ist eine lohnende Alternative zu Investitionen in die Elektrifizierung der Bahn. Dieser Aspekt ist vor allem für Märkte wie beispielsweise Nordamerika relevant, wo elektrifizierte Strecken sehr selten sind.

Vielseitigkeit

Im Zusammenhang mit dem Einsatz von Wasserstoff im Eisenbahnbereich ist auch sein breites Anwendungsspektrum zu erwähnen. Auf der Grundlage dieser Technologie können viele verschiedene Arten des Schienenverkehrs modernisiert werden, unter anderem der Personen-, Güter- oder Industrieverkehr.

Was sind die Herausforderungen einer Wasserstoffbahn?

Der Weg zum Ziel eines kostengünstigen und effizienten Einsatzes von Wasserstoffzügen ist nicht einfach. Eines der Hauptprobleme, die es zu bewältigen gilt, ist die Notwendigkeit, in die richtige Infrastruktur zu investieren. Unter anderem muss ein umfangreiches Netz von Wasserstofftankstellen eingerichtet und eine ausreichende Zahl von Mitarbeitern ausgebildet werden, die über die erforderlichen Kenntnisse für den ordnungsgemäßen Betrieb und die Wartung des gesamten Systems verfügen.

Eine weitere Herausforderung im Zusammenhang mit der Wasserstoffrevolution im Schienenverkehr ist die Gewinnung des Wasserstoffs selbst. Einige der bisher getesteten Brennstoffzellenzüge verwenden sogenannten grauen Wasserstoff, der bei der Methanreformierung, der Kohlevergasung oder der Aufspaltung von Wasser in einzelne Elemente anfallen kann. Der Einsatz von energie- und emissionsintensiven Verfahren widerspricht dabei dem ökologischen Gedanken der Wasserstoffbahntechnik. Langfristiges Ziel ist die Verwendung von so genanntem grünen Wasserstoff, der durch Elektrolyse mit Energie aus erneuerbaren Quellen wie Windkraftanlagen oder Photovoltaikanlagen gewonnen wird.

Zusammenfassung

Das Potenzial von Wasserstoffzügen hat dazu geführt, dass sich viele Länder weltweit für Investitionen in diese Technologie entschieden haben. Die Emissionsfreiheit, die moderne wasserstoffbetriebene Schienenfahrzeuge bieten können, könnte sie zur Grundlage einer künftigen ökologischen Revolution im Schienenverkehr machen. Es gibt jedoch nicht nur ökologische Argumente, die für eine Förderung der Entwicklung von Wasserstoffbahnen sprechen. Weitere wichtige Vorteile von Wasserstoffzügen sind u.a. ihre Effizienz, ihr niedriger Geräuschpegel, ihre Sicherheit und ihr effizienter Betrieb bei niedrigen Temperaturen. Der kosteneffiziente Einsatz von Schienenfahrzeugen ist jedoch mit gewissen Herausforderungen verbunden, wie z. B. der Notwendigkeit, eine geeignete Infrastruktur zu schaffen, die Arbeitskräfte auszubilden sowie die effiziente Beschaffung von grünem Wasserstoff.

Die Konzeption von wasserstoffbetriebenen Schienenfahrzeugen ist ein Unterfangen, das von den beteiligten Fachleuten das nötige Know-how und eine langjährige Erfahrung bei der Umsetzung fortschrittlicher technologischer Projekte im Bereich des Schienenverkehrs erfordert. Die Kenntnis der Besonderheiten dieses Sektors ist von entscheidender Bedeutung, denn die Produktion von Schienenfahrzeugen unterscheidet sich erheblich von den Standards, nach denen beispielsweise das Industriedesign in der Automobilindustrie durchgeführt wird. Endego hat sich seit vielen Jahren auf die Durchführung von Technologieprojekten für Unternehmen der Bahnindustrie spezialisiert. Wir haben erfolgreich mit führenden nationalen Eisenbahnunternehmen wie PESA, dem Entwickler der ersten polnischen Wasserstofflokomotive, und Polski Tabor Szynowy – Wagon zusammengearbeitet, um nur einige zu nennen.

Sind Sie auf der Suche nach einem bewährten Ingenieurteam mit Erfahrung in der Entwicklung von Schlüsselelementen, die die Funktionalität, Effizienz und Ästhetik von Schienenfahrzeugen beeinflussen? Kontaktieren Sie uns und lassen Sie uns gemeinsam die Zukunft des Schienenverkehrs gestalten!