Schienenfahrzeuge, deren Antriebskonzepte auf fossilen Energieträgern beruhen, sind Auslaufmodelle! Denn in den meisten relevanten Märkten existieren bereits heute gesetzliche Regulierungen, die daran keinen Zweifel lassen. Die Fahrpläne für die Dekarbonisierung, also den Abschied von fossilen Brennstoffen wie Diesel, sind dabei längst fixiert: In der zweiten Hälfte des 21. Jahrhunderts werden weite Teile der internationalen Staatengemeinschaft den Ausstoß schädlicher Treibhausgase weitgehend auf Null setzen. Ein Schlüssel für die Umsetzung dieser Pläne liegt in einer grundlegenden Verkehrswende. Selbstverständlich ist davon auch der Schienenverkehr betroffen. Denn von den zurzeit etwa 1,3 Millionen Kilometern Fahrweg weltweit sind gerade einmal rund 375.000 Kilometer elektrifiziert – also knapp 30 Prozent. Lokomotiven und Triebwagen mit Verbrennungsmotor – meist mit fossilem Diesel betrieben – sind daher in weiten Teilen der Welt immer noch eher die Regel denn die Ausnahme. Immerhin aber sind kohlebetriebene Dampfloks fast nur noch als touristisch genutzte nostalgische Relikte im Einsatz.

Der Grad der Elektrifizierung der Schienennetze schwankt erheblich. In Nordamerika ist es etwa ein Prozent. In Asien ist er von 34 Prozent im Jahr 2013 auf heute etwas über 55 Prozent gestiegen. Auch in Europa wird rund 46 Prozent des gesamten Schienennetzes mit Dieselfahrzeugen bedient. Trotz vieler Bemühungen, mehr Strom an die Schiene zu bringen, ist eine Elektrifizierungsquote von 100 Prozent bis weit über die Mitte des Jahrhunderts hinaus utopisch, allein schon wegen der immens hohen Kosten, die Netzbetreiber in einem verhältnismäßig kurzen Zeitraum in den Ausbau stecken müssten. Aus ökonomischer Sicht lohnt sich die Elektrifizierung zudem meistens erst bei mittlerer bis hoher Verkehrsdichte.

Für Betreiber von Schienenfahrzeugen ist daher der Blick auf innovative Antriebskonzepte einer Post-Diesel-Generation bereits heute unabdingbar. Schließlich sind Nutzungsdauern von 30 Jahren und mehr für Schienenfahrzeuge keine Seltenheit. Wer im Jahr 2022 also ein Fahrzeug neu in Betrieb nimmt, muss die Emissionsregelungen des Jahres 2050 mindestens im Hinterkopf haben. Grundsätzlich bieten sich drei Konzepte für den nachhaltigen Antrieb an: Brennstoffzellen, batterieelektrische Antriebe sowie Verbrennungsmotoren mit alternativen Kraftstoffen. Grundvoraussetzung bei allen Systemen ist, dass die Produktion der Energie klimaneutral erfolgt, etwa mit Photovoltaik, Wind- oder Wasserkraft. Andernfalls ist im Sinne des Klimaschutzes nichts gewonnen.

Der Vorteil dieses Konzepts liegt auf der Hand: Vorhandene Fahrzeuge können weiter genutzt werden, da nahezu alle Verbrennungsmotoren problemlos mit dem nachhaltig produziertem e-Fuels zurechtkommen. Voith arbeitet bereits an Lösungen, die speziell für e-Fuels oder auch Wasserstoff ausgelegt sind. Durch den Einsatz modernster Antriebskonzepte können Effizienz und damit auch Schadstoffreduktion dabei noch weiter optimiert werden. Zumindest als Brückentechnologie sind Bio-Diesel und e-Fuels daher denkbare Alternativen auf dem Weg zum Zero-Emission-Ziel.

So hat die Österreichische Bundesbahn im Rahmen ihrer Initiative Update Flottenstrategie 2035 schon seit 2019 den Prototyp Cityjet Eco im Einsatz. Die Deutsche Bahn will im Jahr 2023 auf mehreren Strecken mit batteriebetriebenen Zügen nicht-elektrifizierte Teilstrecken überwinden. Die Krux dabei sind Faktoren wie Gewicht der Speicher oder Reichweite der Fahrzeuge: Mit rund 120 Kilometern sind heutige Batterien vor allem für den Nahverkehr oder eben als Überbrückung ausreichend. Entweder geht der Zug dann an eine Ladestation – und hat eine lange Stillstandzeit – oder er zieht seine Energie, wenn er auf einem Streckenabschnitt mit Oberleitung fährt. Zudem schalten die Antriebsmotoren in den Generatormodus, wenn der Lokführer das elektronische Bremssignal gibt. Dieses Prinzip der Rekuperation kennt man vom E-Auto. Längere Reichweiten lassen sich nur durch mehr Batterien erreichen, was das Gewicht des Fahrzeugs signifikant erhöht. Ein wirtschaftlicher Betrieb ist im Augenblick auf langen Strecken daher kaum denkbar.

Trotz dieser Einschränkungen: Ein erster Schritt ist gemacht, und künftige Generationen von Batterien werden Dank einer noch größeren Energiedichte deutlich höhere Reichweiten ermöglichen.

Mit einer breiten Palette an Radsatzgetrieben besitzt Voith bereits heute eine sehr große Kompetenz für alle zukunftstauglichen Konzepte, so auch im Segment elektromechanischer Antriebskonzepte. Weltweit nutzen elektrisch betriebene Schienenfahrzeuge bereits diese Systeme.