Wasserstoffexperten Bahn frei für den Wasserstoff-Schienenverkehr

Quelle: Pressemitteilung der beteiligten Verbände und Institute

Anbieter zum Thema

Der Schienenverkehr in Deutschland könnte durch grünen Wasserstoff ein weiteres Stück in Richtung Klimaneutralität rollen, sagen Experten aus Industrie und Forschung.

Dem Wasserstoffantrieb per Brennstoffzelle könnte bald auch die Schiene gehören, wie dieser Zug in Bremervörde bewiesen hat. Das meinen auch Experten des VDI und des VDE. Und Forscher machen sich bereits daran, die Reichweite deutlich zu erhöhen. Hier die Details.
Dem Wasserstoffantrieb per Brennstoffzelle könnte bald auch die Schiene gehören, wie dieser Zug in Bremervörde bewiesen hat. Das meinen auch Experten des VDI und des VDE. Und Forscher machen sich bereits daran, die Reichweite deutlich zu erhöhen. Hier die Details.
(Bild: RTL)

Im Kampf gegen den Klimawandel will die Politik den Schienenverkehr in Deutschland weiter ausbauen. Die Verbände VDI und VDA machen deshalb in einem gemeinsamen Impulspapier klar, wie vor allem mit Wasserstoffzügen auf den Einsatz fossiler Energieträger im Bahnverkehr verzichtet werden könnte. Ergänzend empfehle sich, Züge mit batteriebasierten Antriebssystemen einzusetzen. Die Züge sollten möglichst mit grünem Strom fahren. Bis 2030 will die Regierung 75 Prozent des Schienennetzes elektrifizieren. Die Ziele unterstützen, könnte auch ein neues thermisches Managementkonzept, das am Fraunhofer IFAM entwickelt wurde, weil es die Reichweite von Zügen mit Wasserstoffantrieb vergrößere. Später mehr dazu. Jetzt zunächst zu den Statements der Verbände VDI und VDE:

Rund 1,5 Millionen Euro pro Schienenkilometer ist zu teuer

Nach den Zahlen der Allianz „pro Schiene“ für das Jahr 2021 werden bereits 90 Prozent der Verkehrsleistung im Schienenverkehr elektrisch erbracht. Der Anteil des Dieselbetriebs liege deshalb bei nur 10 Prozent. Den Bahnverkehr auf einem vollständig elektrifizierten Netz zu betreiben wäre aber nur mit hohem Aufwand und Kosten möglich. Es würde bei den aktuellen Planungs- und Ausbaukapazitäten auch zu lange dauern, so die Verbände. Die Kosten für die Errichtung der Oberleitungsanlagen sowie notwendige Begleitmaßnahmen liegen laut DB Netz durchschnittlich bei über 1,5 Millionen Euro pro Kilometer!

Was tut man bei Elektrifizierungslücken?

Rüdiger Wendt, Mitglied im VDI-Fachbeirat Bahntechnik, kommentiert: „Antriebe mit Oberleitung sind im Bahnverkehr das Mittel der Wahl, weil sie am effizientesten sind. Doch überall, wo es Lücken bei der Elektrifizierung gibt, bietet sich der Einsatz von Wasserstoff- und Batteriezügen an.“

Bei Batteriefahrzeugen wird der Fahrdraht direkt für die Versorgung des Antriebs verwendet. Gleichzeitig wird die Batterie während der Fahrt und im Stillstand darüber auch geladen, erklärt der Experte. Falls keine Oberleitung verfügbar sei könnten auch Ladestationen weiterhelfen.

Die aktuellen Modelle fahre bis zu 120 Kilometer weit – je nachdem wie die topologischen und betrieblichen Randbedingungen sind. Wendt ergänzt: „Batteriefahrzeuge haben also den Nachteil, dass ihre Reichweite begrenzt ist. Die erforderliche Ladezeit muss außerdem betrieblich sinnvoll und zuverlässig realisiert werden.“ Bestenfalls erfolge die Ladung in Fahrt. Bei längeren Abschnitten ohne Fahrleitung seien deshalb wasserstoffbetriebene Brennstoffzellen-Fahrzeuge vernünftiger.

Schon 1.000 Kilometer mit Wasserstoff erreichbar

Und Tobias Bregulla, Mitglied im VDE/VDI-Fachausschuss Wasserstoff und Brennstoffzellen, merkt dazu an: „Dabei wird Wasserstoff mit Luftsauerstoff in elektrische Energie umgewandelt, die anstatt der Batterie, den Motor antreibt. Es entstehen lediglich Wasser und Wärme als Nebenprodukte.“ Diese könnten energiesparend sogar zum Heizen des Fahrgastraums in Herbst und Winter dienen. Derzeit setzen die am Markt verfügbaren Fahrzeugmodelle auf komprimierten gasförmigen Wasserstoff und erzielen Reichweiten von bis zu 1.000 Kilometern, wie der Experte betont.

Grüner Wasserstoff – die begehrte Powerquelle

Allerdings gibt Bregulla zu bedenken, dass sogenannter grüner Wasserstoff wegen des wachsenden Interesses auch anderer Sektoren ein sehr begehrter Energieträger ist. Dies spreche dafür, dass der Schienenverkehr langfristig seinen Bedarf auch mit eigenen Erzeugungseinheiten decken sollte. Der Einsatz eigener Elektrolyseure könnte das leisten. So würde sich die Wettbewerbsfähigkeit von grünem Wasserstoff im Schienenverkehr deutlich verbessern.

Insgesamt sehen VDI und VDE angesichts der politischen Zielvorgaben große Potenziale für die innovativen Antriebstechnologien auf nicht- oder teilelektrifizierten Strecken. Wenn bei einer Erweiterung des Streckennetzes im Regionalverkehr durch Neubau oder Reaktivierung wirtschaftliche oder technische Gründe gegen den Bau einer Oberleitung sprechen, könnten die neuen Technologien mit Blick auf den Lebenszyklus dennoch eine emissionsfreie und wirtschaftliche Zugfahrt ermöglichen.

IFAM-Forscher holen aus Brennstoffzellen mehr Leistung heraus

Gemeinsam mit der Hörmann Vehicle Engineering GmbH, der Wärmetauscher Sachsen GmbH sowie dem Institut für Luft- und Kältetechnik Gemeinnützige Gesellschaft mbH arbeitet das Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM an einem neuen Ansatz in der Abwärmenutzung für die Fahrzeugklimatisierung.

Der zentrale Gedanke davon ist, eine effektive Verwertung der Brennstoffzellen-Abwärme für die Temperierung des Fahrzeuginnenraumes zu entwickeln – eine Möglichkeit, die oben schon Tobias Bregulla erwähnte.

Energiebedarf für Klimatisierung kann gut gedeckt werden

Damit soll die Mindestreichweite von Brennstoffzellen-Triebzügen um 20 Prozent erhöht werden können. Gleichzeitig soll der Komfort der Reisenden dabei sowohl aus thermischer als auch aus akustischer Sicht steigen. Denn sowohl die nötige Heizwärme als auch die Kälte über eine Klimaanlage kann durch die Abwärme der Brennstoffzelle gedeckt werden, so die Forscher. Im Sommerbetrieb kann die Abwärme nämlich für die Innenraumklimatisierung genutzt werden, indem eine Absorptionswärmepumpe kühle Luft mit der Abwärme der Brennstoffzelle erzeugt.

Jetzt Newsletter abonnieren

Verpassen Sie nicht unsere besten Inhalte

Mit Klick auf „Newsletter abonnieren“ erkläre ich mich mit der Verarbeitung und Nutzung meiner Daten gemäß Einwilligungserklärung (bitte aufklappen für Details) einverstanden und akzeptiere die Nutzungsbedingungen. Weitere Informationen finde ich in unserer Datenschutzerklärung.

Aufklappen für Details zu Ihrer Einwilligung

Letztlich könne der Strom der Brennstoffzelle konzentriert für den Vortrieb genutzt werden, denn er müsse nicht für die Klimatisierung eingesetzt werden. Bei üblichen Fahrzeugen verschlinge die Klimatisierung nämlich bis zu 25 Prozent des Gesamtenergiebedarfs. Die effizientere Nutzung der vorhandenen Brennstoffzellen-Abwärme kann die Reichweite von entsprechend angetriebenen Fahrzeugen folglich wesentlich erhöhen.

So untersuchen die Forscher die Arten der Abwärmenutzung

Konkret beschäftigen sich die Forscher mit der Kopplung der Wärmequelle – also der Brennstoffzelle – mit den verschiedenen Wärmenutzungen in Form von Absorptionskältemaschine und Raumheizung. Das geschieht über PCM-Speicher, in denen faserartige Strukuren zur Anpassung der Speicherleistung eingesetzt werden. So wurde ein PCM-Speicher mit einer zellularen metallischen Struktur für eine verbesserte Wärmeleitung konzipiert, der zwei getrennte Fluidkreisläufe enthält: Einerseits einen heißen Fluidkreislauf, der der Abwärme der Brennstoffzelle entspricht. Andererseits einen kalten Fluidkreislauf, der dem der thermisch aktivierten Innenraumkomponenten gleichkommt. So könne die Funktionsweise im Zug nachgewiesen sowie der Einfluss unterschiedlicher Bauweisen und Anschlussarten untersucht werden.

Das ist eine zellulare respektive faserartige Struktur mit integriertem Wärmeträger in Form von Kupferröhren. Damit könnte die Abwärme von Brennstoffzellen zur Klimatisierung von Zügen besser genutzt werden. Gleichzeitig steigt die Reichweite solcher Fahrzeuge.
Das ist eine zellulare respektive faserartige Struktur mit integriertem Wärmeträger in Form von Kupferröhren. Damit könnte die Abwärme von Brennstoffzellen zur Klimatisierung von Zügen besser genutzt werden. Gleichzeitig steigt die Reichweite solcher Fahrzeuge.
(Bild: TU Dresden)

Außerdem wird die thermische Aktivierung von Innenraumflächen und anderen Einbauten wie Tisch- und Sitzkonstruktionen betrachtet, wie es weiter heißt. Um die richtige Wahl von Decken- und Fußbodenelementen treffen zu können, werden numerische Simulationsmodelle in 2D und 3D erstellt. Damit ließe sich die thermische Beschaffenheit verschiedener Elemente etwa mit Blick auf die Systemträgheit, Oberflächentemperaturen und Wärmeströme betrachten. So können Aufbau und Materialien optimal ausgewählt werden.

(ID:48595432)