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Verkehrswende: Ein Wasserstoffzug für die bayrische und schwäbische Provinz

Die Deutsche Bahn will den Wasserstoff für die von Siemens entwickelten Züge vor Ort gewinnen.



Der Diesel soll weg. Aber welche Züge sollen künftig Fahrgäste auf den Nebenstrecken befördern? Siemens und die Deutsche Bahn setzen auf elektrische Triebfahrzeuge mit Brennstoffzelle. Der Wasserstoff dafür soll vor Ort erzeugt werden. Tests sollen in absehbarer Zeit starten.

Mireo Plus H heißt der neue Wasserstoffzug, der auf Strecken eingesetzt werden soll, die nicht elektrifiziert sind. Er basiert auf dem konventionellen Triebzug Mireo mit Stromabnehmer, der 2020 zugelassen wurde und seither im Regelbetrieb unterwegs ist, unter anderem in Rheinland-Pfalz und Baden-Württemberg.

Der Zug verfügt laut Siemens-Datenblatt (PDF) über einen 1,7 Megawatt starken Antrieb, der den Zug bis auf 160 km/h beschleunigt. Den Strom für den Zug liefern Brennstoffzellen, die mit Wasserstoff betrieben werden.

Ballard liefert die Zellen

Die Zellen sowie die Wasserstofftanks sind auf dem Dach des Zuges untergebracht. Der Zug ist als Zweiteiler ausgelegt, wobei jeder Zugteil ein eigenes Brennstoffzellensystem hat. Jede der Brennstoffzellen, die der kanadische Hersteller Ballard Power Systems zusammen mit Siemens Mobility für den Einsatz in Zügen entwickelte, liefert eine Leistung von 200 Kilowatt.

Die restliche Leistung kommt aus Lithium-Titanat-Akkus (LTO), die im Boden des Zuges untergebracht sind. Sie werden von den Brennstoffzellen sowie über die Rekuperation von Bremsenergie geladen.

Die Reichweite des Mireo Plus H in der Standardkonfiguration als Zweiteiler beträgt rund 600 Kilometer. Das entspreche in etwa der üblichen Reichweite eines Dieselzuges, sagte Marco Loncar von Siemens Mobility auf der Fachmesse Innotrans, wo Siemens den Zug vorstellte, im Gespräch mit Golem.de. Siemens will den Mireo Plus H aber auch als Dreiteiler anbieten. Dann soll er bis zu 1.000 Kilometer mit einer Tankfüllung schaffen.

Der Vorteil des Wasserstoffzugs ist die Beschleunigung

Den großen Vorteil des Zuges gegenüber einem konventionellen Dieselzug sieht Loncar in der Beschleunigung: Diese beträgt 1,1 Meter pro Quadratsekunde. Das ist deutlich schneller als bei einem Dieselzug und entspricht fast der Beschleunigung eines Oberleitungszuges. Darauf habe auch der Fokus bei der Entwicklung des Mireo Plus H gelesen: die aktuellen Dieselzüge durch Züge zu ersetzen, die das Fahrverhalten eines Oberleitungszuges hätten.

Mit der besseren Beschleunigung werde der Zug effizienter, sagt Loncar. Im Regionalverkehr lägen die Stationen meist recht dicht beieinander. Eine bessere Beschleunigung sei von Vorteil. Ein Wasserstoffzug könnte die gleiche Strecke in kürzerer Zeit schaffen als ein Dieselzug.

Nur: Woher kommt der Wasserstoff?

Die Bahn produziert Wasserstoff

Während beispielsweise die Wasserstoffzüge des Rhein-Main-Verkehrsverbunds (RMV) mit Wasserstoff betankt werden sollen, der im Industriepark Frankfurt-Höchst, einem großen Chemie- und Pharmaindustriestandort, als Nebenprodukt anfällt, plant die Bahn eine Wasserstoffgewinnung vor Ort. Diese soll im Rahmen des Projekts H2 goes Rail getestet werden.

Die Anlage besteht aus mehreren Komponenten: einer Tankstelle mit Speicher, einer Elektrolyseeinheit, einem Verdichter und einer Netzanschlussanlage. In einem zwölfmonatigen Pilotprojekt in Baden-Württemberg soll das System auf der Strecke zwischen Tübingen, Horb und Pforzheim erprobt werden.

Die Elektrolyseeinheit solle nachts Wasserstoff gewinnen, sagte Benjamin Voigt, Referent Alternative Antriebstechnologien mit Schwerpunkt Wasserstoff bei der Deutschen Bahn, im Gespräch mit Golem.de. Der Strom werde aus der Oberleitung entnommen – "möglichst netzdienlich. Das heißt, wir entnehmen den Strom nachts, wenn kein Zug fährt".

Der Elektrolyseur kann 200 Kilogramm Wasserstoff liefern

Der Elektrolyseur nimmt aus dem Netz etwa 450 Kilowatt auf und kann pro Tag bis zu 200 Kilogramm Wasserstoff liefern. Für den Betrieb des Mireo auf der Kulturbahn genannten Strecke reichen etwa 80 Kilogramm am Tag. Der Verdichter komprimiert den Wasserstoff.

Der auf ein Druckniveau von 300 bar verdichtete Wasserstoff wird dann in einem mobilen Speicher gelagert. Der Speicher hat eine Kapazität von etwa 900 Kilogramm und macht eine Hälfte der Wasserstofftankstelle aus. Der andere Teil besteht aus einem weiteren Verdichter, einem kleineren Speicher (200 Kilogramm), einer Kühlanlage und der eigentlichen Tankeinrichtung.

Ziel sei es, den Wasserstoffzug in der gleichen Zeit zu betanken wie einen Dieselzug – in etwa 15 Minuten. Die Betankung erfolgt nach dem Überströmkonzept über ein Druckgefälle. Dafür wird der Wasserstoff im zweiten Verdichter auf 500 bar komprimiert und dann mit 350 bar in den Zug gefüllt.

Die Tankstelle ist mobil

Vorteil der ganzen Anlage: Sie ist mobil. Der Speicher und die Tankanlage passen jeweils in einen 40-Fuß-Trailer. Auch die anderen Komponenten sind mobil, Elektrolyseur und Verdichter sind in Containern untergebracht. "Wir wollen ein mobiles Konzept, weil wir nicht wissen, in welchen Zeithorizonten die Tankstelle eingesetzt wird. Deswegen sollte sie auch auf Rädern stehen, damit man sie in kürzester Zeit von A nach B verschieben kann", sagt Voigt.

Die Tankstelle kann auch ohne Elektrolyseeinheit eingesetzt werden. Dann wird der Speichertrailer von einem Sattelschlepper zu einem Gaslieferanten gefahren, dort aufgefüllt und dann wieder zur Tankstelle zurückgebracht.

Am 15. September ist eine Testfahrt in Bayern geplant, weitere sollen im Herbst im Nordschwarzwald stattfinden. Anfang 2024 soll der Testbetrieb auf der Kulturbahn sowie in Bayern zwischen Augsburg und Füssen starten. Im Dezember wird die Niederbarnimer Eisenbahn den Mireo Plus H auf der Heidekrautbahn in Ostbrandenburg einsetzen

Anderswo hingegen kommt man von den Wasserstoffzügen wieder ab.

Brennstoffzelle oder Akku?

Wasserstoff gilt hier als eine vielversprechende Technik, um Dieselzüge auf nicht elektrifizierten Strecken zu ersetzen. 2018 stellte Siemens-Konkurrent Alstom den Brennstoffzellenzug Coradia iLint vor. Ein Testbetrieb mit zwei Zügen zwischen Cuxhaven, Bremerhaven, Bremervörde und Buxtehude startete im September 2018. Seit August vergangenen Jahres ist dort eine Flotte aus 14 wasserstoffbetriebenen Züge im Einsatz.

Kürzlich gab die niedersächsische Landesregierung jedoch bekannt, dass die Landesnahverkehrsgesellschaft (LNVG) keine weiteren Wasserstoffzüge mehr anschaffen werde. Sie setze stattdessen auf Akkutriebzüge, von denen 102 gekauft werden sollten.

Grund sei, dass Akkuzüge im Betrieb günstiger seien als Wasserstoffzüge. Das hatte der Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik (VDE) 2020 in einer Studie gezeigt. Allerdings hängt es auch vom Streckenprofil ab, ob Akkuzüge eingesetzt werden können. Der Akkuzug Mireo Plus B hat eine Reichweite von maximal 120 Kilometern.

Der Akkuzug kann unterwegs laden

Viele Regionalstrecken sind aber teilelektrifiziert. Hier könnte der Zug, der mit einem Stromabnehmer ausgestattet ist, unterwegs laden. Für Strecken, die länger sind, eignet er sich also nicht. Aber auch auf kürzeren Strecken kann es schwierig werden, wenn ein Zug beispielsweise im Pendelverkehr ohne lange Aufenthalte eingesetzt werden soll. Hier könnte ein Brennstoffzellenzug praktikabler sein.

Derzeit sind 61 Prozent des deutschen Schienennetzes elektrifiziert. Das umfasst rund 33.300 Kilometer. Bis zum Jahr 2030 sollen 75 Prozent des Netzes elektrifiziert werden. In den vergangenen Jahren wurde der dafür notwendige Ausbau jedoch nicht erreicht.

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[gerhardal]

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