Transeuropäische H2-Verfügbarkeit für den Schienengüterverkehr

Abstract

Ausgehend vom Ziel der Klimaneutralität bis zur Mitte dieses Jahrhunderts steht der Schienengüterverkehr vor der Herausforderung, die Verkehrsleistung auf nicht elektrifizierten Streckenabschnitten von aktuell dieselbetriebenen Lokomotiven auf klimaneutrale Antriebstechnologien umzustellen. Wasserstoff stellt hierfür einen vielversprechenden, klimaneutralen Energiespeicher zur Bereitstellung von Traktionsenergie dar. Eine Analyse der Transportketten und des aktuellen Schienennetzes verdeutlicht, dass der Einsatz von wasserstoffbetriebenen Fahrzeugen im europäischen Schienengüterverkehr vor allem auf der sogenannten ersten und letzten Meile eine Rolle spielen wird. Hintergrund ist, dass eine vollständige Elektrifizierung des Nebennetzes aus wirtschaftlichen, aber auch aus technischen Gründen nicht absehbar ist. Für den Langstreckenverkehr im Hauptlauf kann dagegen perspektivisch von einer vollständigen Elektrifizierung ausgegangen werden. So sind die europäischen Schienengüterverkehrskorridore, über die der größte Teil des internationalen Güterverkehrs abgewickelt wird, bereits heute fast vollständig elektrifiziert. Eine weitgehende Elektrifizierung des Trans-European Transport Network (TEN-T-Netz) wird bis 2050 angestrebt, ebenso der Ausbau einer flächendeckenden Versorgungsinfrastruktur für Fahrzeuge mit alternativen Antriebskonzepten. Ein wesentlicher Schlüsselfaktor für einen energieeffizienten Betrieb ist die Hybridisierung des Antriebsstranges. Die Analyse der aktuellen Markttrends zeigt, dass Eisenbahnverkehrsunternehmen zunehmend auf Triebfahrzeuge mit Speichermöglichkeit der Bremsenergie oder Zweikraftantriebe für die Überbrückung von Elektrifizierungslücken im Fahrtverlauf setzen. Daher bietet sich die Brennstoffzellentechnologie für wasserstoffbetriebene Schienenfahrzeuge besonders an. Die Marktanalyse bestätigt weiterhin, dass der Einsatz von Brennstoffzellenfahrzeugen realistisch ist. Die Entwicklung und Praxiserprobung von Pilotlösungen für den Schienengüterverkehr haben bereits begonnen. Die Lösungen zur Speicherung des Wasserstoffs auf dem Fahrzeug und zur Brennstoffversorgung der Fahrzeuge können dabei vom Straßen- bzw. Schienenpersonenverkehr weitgehend übernommen werden. Das TEN-T-Netz besteht aus elf Rail Freight Corridors (RFC), die übergeordnete Transportachsen darstellen und zur Verbesserung der EU-Binnenwirtschaft ausgebaut werden, inklusive der bereits erwähnten vollständigen Elektrifizierung. Der potenzielle Wasserstoffbedarf resultiert daher vorrangig aus Zubringerverkehren (sogenannten Feedern) an den Netzknoten des Ten-T-Netzes. Der hier zugrundeliegende Traktionsenergiebedarf variiert dabei abhängig davon, ob zu substituierende Dieseltraktion unter Fahrdraht erfolgt oder Hybridloks auf teilelektrifizierten Streckenabschnitten im Wasserstoffbetrieb zur Effizienzsteigerung beitragen. Als Entwicklungsgrundlage für die Szenarienentwicklung und -beurteilung ist ein Überblick über die Technologien einer europäischen Wasserstoffinfrastruktur notwendig. Der Überblick beinhaltet technische Hintergründe zur Wasserstofferzeugung, zur Wasserstoffspeicherung und zum Wasserstofftransport. Darüber hinaus werden regionale Wasserstoffbereitstellungskosten für das Jahr 2050 eingeführt, die anhand von prognostizierten spezifischen Kosten validiert wurden. Regionale Wasserstoffbedarfe bilden die Basis der Entwicklung der Gütertransportleistung der europäischen Länder und der streckenspezifischen Traktionsenergiebedarfe, die in zwei Szenarien herausgearbeitet sind. Das Effizienz- und das Referenzszenario basieren dabei auf unterschiedlichen Annahmen zum zukünftigen Elektrifizierungsgrad der Feederstrecken sowie der wasserstoffbasierten Antriebstechnologie. Auf Basis der Entwicklung der Gütertransportleistung werden Wasserstoffbedarfe auf Statistische Verwaltungsgrenzen der EU (NUTS)1-Ebene ausgewiesen. Kartographische Darstellungen sowie die separate Betrachtung von Bedarfen und Wasserstoffbereitstellungen bilden die Grundlage für Handlungsempfehlungen und Schlussfolgerungen. Als Kernerkenntnis ist festzuhalten, dass der Schienengüterverkehr lediglich einen geringen Anteil des zukünftigen europäischen Wasserstoffbedarfs benötigt, um das Ziel der Klimaneutralität im Schienengüterverkehr bis zum Jahr 2050 zu erfüllen. Daher sollte der Ausbau der Wasserstoffanwendungen im Schienengüterverkehr sich an der bis dahin entstehenden systemexternen Wasserstoffinfrastruktur orientieren. Für einen frühzeitigen Beginn der Integration von Wasserstoff in den Schienengüterverkehr kann in Regionen mit geringen Wasserstoffbereitstellungskosten mit der Umsetzung begonnen werden, da dort zu erwarten ist, dass die Wasserstoffinfrastruktur frühzeitig zur Verfügung steht. Dies gilt vor allem für Länder wie Spanien und die Niederlande oder Regionen wie Nordrhein-Westfalen. In einem späteren bedarfsorientierten Vorgehen kann mit der Integration von Wasserstoff in den NUTS1-Regionen mit den zehn größten Wasserstoffbedarfen des Schienengüterverkehrs bereits rund die Hälfte des gesamteuropäischen Wasserstoffbedarfs des Schienengüterverkehrs aus dem Jahr 2050 gedeckt werden.