Wasserstoff für den Schienenverkehr

Produktbeschreibung

Executive summary

Ziel der europäischen Politik ist die Reduktion der Treibhausgasemissionen im Verkehrssektor. Dies betrifft auch die Entwicklung des Schienenverkehrs. Die Elektrifizierung des Schienenverkehrs gilt als vorrangiger Lösungsansatz, um auf allen Strecken den Verkehr mit umweltfreundlicher elektrischer Energie zu ermöglichen. In Deutschland sind derzeit 61 % des Schienennetzes elektrifiziert, auf denen 90 % der Verkehrsleistung erbracht werden. Für diejenigen Strecken, die sich wirtschaftlich nicht mit Oberleitungen elektrifizieren lassen, bedarf es neuer technologischer Lösungen. Hierzu zählen Antriebssysteme mit Batterien oder wasserstoffbasierte Systeme, bei denen Brennstoffzellen zum Einsatz kommen.

1 Politische Rahmenbedingungen
Die Politik in Deutschland strebt eine nachhaltige, effiziente, barrierefreie, intelligente, innovative und für alle bezahlbare Mobilität an. Bis 2045 soll die Dekarbonisierung des Mobilitätsbereichs sichergestellt werden. Zur Umsetzung dieser Zielstellungen werden die Investitionen in den Schienenverkehr erheblich gesteigert. Bis 2030 sollen 75 % des Schienennetzes elektrifiziert und innovative Antriebstechnologien unterstützt werden. Das Netz soll erweitert, Strecken reaktiviert und neue Gewerbe- und Industriegebiete an die Schiene angebunden werden.
Die politischen Zielstellungen sprechen für große Potenziale alternativer Antriebstechnologien. Insbesondere lässt sich dort ein Potenzial für alternative Antriebe ableiten, wo die Errichtungskosten  einer Oberleitung Netzerweiterungen und Streckenreaktivierungen unwirtschaftlich erscheinen lassen.

2 Neue Antriebe im Schienenverkehr
Ziel der Verkehrspolitik ist die Treibhausgasneutralität. Das per Oberleitung elektrifizierte Schienennetz gilt hierbei als zielführend. Auf den Verkehrslinien, die nicht oder nur teilelektrifiziert sind, kommen bisher Dieselfahrzeuge zum Einsatz. Zur Erreichung der ökologischen Zielstellungen ist zukünftig der Einsatz von Antriebssystemen erforderlich, deren Betrieb frei von Treibhausgasemissionen ist

2.1 Einsatzfelder neuer Antriebe
Die Elektrifizierung mit Oberleitung hat trotz ihrer vielfältigen Vorteile Grenzen. Auf einigen Strecken
sprechen jedoch wirtschaftliche oder technische Gründe gegen den Aufbau einer Oberleitung. Neue
Antriebssysteme werden aber auch dort benötigt, wo eine Oberleitung nur mit langem Zeithorizont umsetzungsfähig ist.

2.2 Technologieoptionen
Als Option für wirtschaftlich nicht mit Oberleitungen elektrifizierbare Strecken bieten sich Batterie- und
Brennstoffzellenfahrzeuge sowie Dieseltriebfahrzeuge mit synthetischen Energieträgern (SYN) oder E-Fuels und die Umrüstung von konventionellen Antriebssystemen an:

Batteriefahrzeuge, auch als Oberleitungs-/Batterie-Hybridfahrzeuge (BEMU) bezeichnet, sind als Erweiterung des bestehenden Systems zu betrachten, da die Traktionsbatterie während der Fahrt in elektrifizierten Bereichen aufgeladen werden kann.
Im fahrleitungsfreien Betrieb erfolgt die Stromversorgung aller elektrischen Verbraucher aus der Traktionsbatterie, wobei in der Regel Lithium-Ionen-Batterien zum Einsatz kommen. Der nutzbare Energieinhalt der Batterie ist entscheidend für die erzielbare Reichweite.
Aktuelle Fahrzeuge besitzen mit einer Batterieladung eine Reichweite bis ca. 120 km. Die Reichweite ist stark von dem Einsatzprofil bestehend aus Fahrgeschwindigkeiten, Geländeprofil und Fahrzeiten abhängig.

Brennstoffzellenfahrzeuge verfügen ebenfalls über einem elektrischen Antriebsstrang; sie nutzen aber für die Energiespeicherung Wasserstoff. Für die Stromerzeugung aus Wasserstoff kommen Brennstoffzellen, heute üblicherweise Proton Exchange Membrane Fuel Cells (PEM-FC), zum Einsatz.
Wasserstoff kann in größeren Mengen an Bord von Fahrzeugen gespeichert werden. Diese Technologie eignet sich damit auch für den Betrieb auf langen Strecken und potenziell für Anwendungen im Lokomotivbereich. Die auf dem Markt verfügbaren Brennstoffzellen-/Batterie-Hybrid.

…

Inhalt
Executive summary 1
Vorwort 5
Inhalt 6
Handlungsempfehlungen 7
Abkürzungen 8
Autorenteam 8
1 Politische Zielstellungen 9
2 Neue Antriebe im Schienenverkehr 10
2.1 Einsatzfelder neuer Antriebe 10
2.2 Technologieoptionen 11
2.3 Effizienzvergleich und Potenziale zur Effizienzsteigerung 14
2.4 Nutzungsorientierte Bewertung 16
3 Energieversorgung 19
3.1 Energiepotenzial für alternative Antriebssysteme 19
3.2 Wasserstoff 20
3.3 Energiepreisentwicklung 23
3.4 Gesetzliche Rahmenbedingungen 24
4 Sektorenkopplung 26
Alle Kernaussagen zusammengefasst 28
Schrifttum 30

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