Brennstoffzellen-Züge vor dem Aus? Was viele falsch verstehen

Brennstoffzellen im Schienenverkehr, das bringt es nicht, so der Tenor einer kürzlich veröffentlichten Studie des angesehenen Branchenverbands VDE. Durchgeführt wurde diese in Kooperation mit der Mobility-Sparte von Siemens (WKN: 723610) und weiteren Partnern. Dabei wurden umfangreiche Wirtschaftlichkeitsanalysen durchgeführt, die Brennstoffzellen mit großen Batteriesystemen für den Einsatz in Elektrotriebzügen verglichen.

Das negative Ergebnis könnte bedeuten, dass der Kampf um Marktanteile für die Wasserstoff-Lobby verloren ist. Müssen Ballard Power (WKN: A0RENB), die Cummins (WKN: 853121)-Tochter Hydrogenics, PowerCell Sweden (WKN: A14TK6) und weitere Lieferanten nun um lukrative Aufträge bangen? Wohl kaum, denn das Kleingedruckte zeigt, dass das Rennen noch offen ist.

Darum ging es in der Studie

Wie in vielen Sektoren, lautet auch beim Schienenverkehr das Ziel, bis 2050 möglichst klimaneutral unterwegs zu sein. Bis dahin sollten folglich keine Dieselloks mehr im Einsatz sein. Da Neufahrzeuge in der Regel über drei Jahrzehnte hinweg genutzt werden, sind die Betreiber nun angehalten, auch auf Nebenstrecken ohne Oberleitungen elektrifizierte Lösungen zu suchen.

Die technischen Alternativen lassen sich auf drei Kategorien reduzieren: Erstens der Ausbau des Oberleitungsnetzes, zweitens der Einbau von großen Energiespeichern oder drittens die emissionsfreie Stromerzeugung an Bord mittels Brennstoffzellen und Wasserstofftanks, ergänzt um einen mittelgroßen Energiespeicher.

Für diese drei Optionen rechneten die Experten rund um den VDE durch, welche Kosten über die Laufzeit anfallen. Alle Parameter bezogen sich dabei auf das Netz Düren, das über drei Linien mit Diesellokbetrieb verfügt. Als Referenzjahr für den Start der Elektrifizierung wurde das Jahr 2026 festgelegt. Dies erfordert natürlich umfangreiche Annahmen über die Entwicklung von Preisen und Technologien.

Allerdings zeigt die Studie in umfassenden Analysen auf, dass die rein batterieelektrische Lösung auch unter ziemlich extremen Annahmen noch immer überlegen ist. Selbst wenn es beispielsweise gelingen sollte, den Wasserstoff für unter 2 Euro zu produzieren (statt der mittleren Annahme von 4,50 Euro), würde es anderweitige Kostennachteile nicht aufwiegen.

Darum sind die Ergebnisse nicht zu verallgemeinern

Die Studienautoren geben sich von den überaus eindeutigen Ergebnissen überrascht, betonen allerdings auch, dass „die Aussagen streng genommen nur für das Beispiel ‚Netz Düren‘ mit seinen spezifischen Streckeneigenschaften und Betriebsbedingungen zutreffend“ seien. Für mich ist klar: Es kommt sehr stark darauf an, wie kräftig der Triebzug schuften muss. Über längere Strecken mit Höhenunterschieden und erhöhter Zuglast dürfte sich die Batterie ziemlich schnell disqualifizieren.

Für Düren genügt offenbar ein typisches Batteriesystem mit gut 500 Kilowattstunden Kapazität locker, um die Oberleitungslücken von rund 30 Kilometern zu überbrücken. Bei anspruchsvolleren Betriebsbedingungen müsste der Energiespeicher jedoch deutlich größer dimensioniert werden, was die Kosten treibt und Gewichtsprobleme mit sich bringt. Außerdem könnte sich dann die Ladezeit so stark erhöhen, dass ein Aufladen während kurzer Bahnhofsaufenthalte oder innerhalb etwaiger Oberleitungsabschnitte nicht mehr gelingt. Eine Folge wäre zusätzlicher Stillstand, den sich kein Betreiber leisten mag.

Je größer der Energiebedarf ist, desto eher kommt folglich die Brennstoffzelle ins Spiel. Wasserstoff kann zügig getankt werden und speichert rund zehnmal so viel Energie wie eine Lithiumbatterie. Hierbei ist auch an den Heizbedarf im Winter zu denken. Wärme mit Batteriestrom zu erzeugen, ist alles andere als optimal. Bei der Brennstoffzelle hingegen fällt Hitze als Abfallprodukt an, das zur Klimatisierung genutzt werden kann. Auf nordischen Zugstrecken hat die Batterie wohl kaum eine Chance dagegen.

Ein Knackpunkt der Studie ist daneben die Haltbarkeit der teuren Komponenten. Hierbei erwarten die Autoren, dass die Batterie alle acht Jahre getauscht werden muss, während beim Brennstoffzellensystem schon nach fünf Jahren neues Material her muss. Das heißt, dass über einen 30-jährigen Nutzungszeitraum fünf bis sieben teure Stacks angeschafft werden müssten.

Doch genau an der Halbbarkeit der Komponenten wird derzeit intensiv geforscht. Während also die Erstausstattung 2026 voraussichtlich fünf Jahre später abgenutzt sein wird, könnte schon die nächste Generation zum gleichen Preis viel robuster und besser sein. Die Zeit arbeitet hier für die Brennstoffzelle.

Der Wasserstoffzug ist noch nicht abgefahren

Auf die Wasserstoffwirtschaft zu setzen bedeutet, sehr langfristig zu denken. Dass im Jahr 2026 noch die ausgereiftere Batterietechnologie tendenziell im Vorteil ist, sollte Wasserstofffans nicht überraschen. Je weiter das Ökosystem aus Erzeugung, Speicherung und Nutzung sich entwickelt, desto mehr sinken jedoch systemweit die Kosten. Zunächst werden sich Brennstoffzellen bei schweren Nutzfahrzeugen in größeren Stückzahlen bewähren, wo sie ihre Vorzüge am besten ausspielen können. Danach werden sie sicherlich auch im Schienenverkehr vermehrt ihren Markt finden.

Anleger sollten sich folglich nicht von einigen reißerischen Überschriften zu der Studie verunsichern lassen. Liest man das Kleingedruckte, dann kommt klar heraus, dass auch die Brennstoffzelle weiterhin große Potenziale hat.