Chinas neuer 100 MPH-Zug fährt mit Wasserstoff und Supercaps

Elektroautos liegen derzeit voll im Trend, da die Welt versucht, ihre Emissionen zu reduzieren und in eine nachhaltigere Zukunft überzugehen. Allerdings benötigen diese Fahrzeuge ohnehin riesige Batterien. Bei anspruchsvolleren Anwendungen wie Lastkraftwagen und Zügen reichen Batterien einfach nicht aus.

Normalerweise besteht die Lösung für die Elektrifizierung von Eisenbahnen darin, einfach ein paar Drähte zu verlegen und Schluss zu machen. China versucht jedoch eine alternative Lösung in Form eines wasserstoffbetriebenen Zuges voller Superkondensatoren.

CRRC ist ein chinesisches Staatsunternehmen im Schienenfahrzeuggeschäft. Es ist führend bei Bahnprojekten im Land und hat stark in konventionelle Hochgeschwindigkeitsbahnen und sogar Magnetschwebebahn-Technologien investiert. Das neueste wasserstoffbetriebene Projekt ist nicht auf Geschwindigkeit ausgelegt, mit einer angegebenen Höchstgeschwindigkeit von nur 160 km/h und einer Reichweite von 600 km mit vollem Tank. Nach modernen Bahnstandards ist das vielleicht nicht schnell, aber es reicht aus, um ihn zum schnellsten wasserstoffbetriebenen Zug der Welt zu machen. Es ist außerdem mit Selbsttechnologie für den automatischen Betrieb ohne Fahrer oder Besatzung ausgestattet. Der Zug verkehrt als Vier-Wagen-Zug und unterliegt dem Fahrgastdienst.

Der Zug ist auf Brennstoffzellen angewiesen, um aus seinem Wasserstofftreibstoff Strom zu erzeugen. Brennstoffzellen gelten allgemein als emissionsneutrale Energiequelle, da ihr einziger Energieträger Wasser ist. Natürlich kann es immer noch schwierig sein, Wasserstoff auf saubere Weise zu beschaffen, aber Brennstoffzellen selbst tragen nicht direkt zu schädlichen Emissionen in die Atmosphäre bei.

Bemerkenswert ist, dass der Zug die Wasserstoff-Brennstoffzellen mit einer Reihe von Superkondensatoren koppelt. Brennstoffzellen alleine sind nicht in der Lage, auf hohe Momentanleistungsanforderungen zu reagieren. Natürlich könnte ein Design mit einer größeren Anzahl von Brennstoffzellen gebaut werden, um den Spitzenstrombedarf zu decken, aber das wäre teuer und ineffizient.

Stattdessen werden Superkondensatoren als Powerbank eingesetzt, um etwaige Spitzen im Strombedarf abzudecken. Die Superkondensatoren können durch die Brennstoffzellen im Laufe der Zeit langsam aufgeladen werden und liefern dann hohe Leistung, wenn sie am meisten benötigt wird. Ein weiterer Vorteil der Hinzufügung von Superkondensatoren besteht darin, dass sie die durch regeneratives Bremsen gewonnene Energie speichern können. Dies kann besonders vorteilhaft sein, wenn ein Zug eine lange Steigung hinunterfährt. Diese potenzielle Gravitationsenergie kann erfasst und als elektrische Energie für die spätere Verwendung gespeichert werden.

Die CRRC-Bemühungen lassen sich gut mit anderen wasserstoffbetriebenen Bahnprojekten in Übersee vergleichen. Die Deutsche Bahn betreibt bereits eine Flotte von 14 Alstom-Zügen mit Wasserstoffantrieb. Die Alstom Coradia iLint-Personenzüge wurden bereits 2018 vorab getestet und sind seitdem im allgemeinen öffentlichen Dienst. Ihre Höchstgeschwindigkeit liegt bei nur 140 km/h, was jedoch für die üblichen 80–120 km/h Reisegeschwindigkeit auf dem EVB-Schienennetz mehr als ausreicht. Die deutschen Züge bieten tatsächlich eine größere Reichweite: 64 Wasserstofftanks an Bord können die Züge bis zu 1.000 km weit fahren. Eine einzige Füllung der Wasserstofftanks reicht für einen ganztägigen Einsatz auf typischen Strecken. Die neuen Züge ersetzten eine Flotte von 15 Dieseleinheiten und sparten Berichten zufolge jährlich 1,6 Millionen Liter Diesel und 4.400 Tonnen CO2 ein. Alstom plant, künftig weitere Wasserstoffzüge in andere deutsche Städte sowie nach Frankreich und Italien zu liefern.

Auch im Güterverkehr wird weiter geforscht und weiterentwickelt. Ein australisches Projekt untersucht, ob Güterzüge in abgelegenen Bergbaugebieten mit Wasserstoff statt mit Diesel fahren könnten. Diese langen Strecken sind nicht elektrifiziert und werden derzeit von herkömmlichen Diesellokomotiven befahren. Für Güterzüge sind in der Regel wesentlich stärkere Lokomotiven erforderlich, sodass die Herausforderung etwas größer ist als die Herstellung eines wasserstoffbetriebenen Personenzugs. Wenn dieser Schwertransport jedoch mit Wasserstoff betrieben werden könnte, gäbe es enorme Möglichkeiten, die Emissionen drastisch zu senken.

Wasserstoff-Brennstoffzellen scheinen eine merkwürdige Wahl für Züge zu sein. Es ist offensichtlich weniger effizient, Ressourcen für die Erzeugung von Wasserstoff aufzuwenden, um ihn dann wieder in Strom umzuwandeln, als Züge einfach direkt mit Strom anzutreiben. Die vielen elektrischen Oberleitungs- und Drittschienenbahnen auf der ganzen Welt zeigen, dass es sich hierbei um eine gelöste Technologie handelt.

Unter bestimmten Umständen sind Brennstoffzellenzüge jedoch durchaus sinnvoll. Die Züge können anstelle von Dieselzügen auf konventionellen, nicht elektrifizierten Schienen fahren, allerdings ohne die üblichen Treibhausgas- und Partikelemissionen. Durch den Einsatz eines Brennstoffzellenzuges entfällt die Installation von Oberleitungen auf vielen Tausend Kilometern Strecke. Dies reduziert die Vorabinvestitionen in die Infrastruktur. Für die Züge fallen allerdings auch einige Kosten an. Der Wartungsaufwand von Brennstoffzellenzügen dürfte höher sein als der von herkömmlichen Elektrozügen. Außerdem muss entlang der Zugstrecke eine Infrastruktur für die Wasserstoffbetankung geschaffen werden. Mit einer begrenzten Anzahl an Haltestellen ist es weniger aufwändig als die Bereitstellung von Wasserstofftankstellen für Straßenfahrzeuge, aber die Infrastruktur ist noch lange nicht kostenlos. Darüber hinaus besteht die Notwendigkeit, die verschiedenen Tankstellen im gesamten Netzwerk mit Wasserstoff zu versorgen, sei es über Tankwagen, Tankzüge oder Pipelinenetze.

Brennstoffzellenzüge bieten eine einzigartige Möglichkeit, die Emissionen des Schienenverkehrs zu senken. Um dies richtig zu erreichen, müssen mehrere Faktoren berücksichtigt werden. Die Züge sollen auf Strecken eingesetzt werden, die für reguläre Elektrozüge derzeit nicht zugänglich sind, und müssen mit möglichst sauber gewonnenem Wasserstoff betrieben werden. Auch die gesamte Lieferkette dieses Wasserstoffs sollte berücksichtigt werden, um beim Transport von den Produktionsanlagen zu den Tankstellen keine übermäßigen Emissionen zu verursachen. Auch die Kosten sollten abgewogen werden, ob es günstiger, einfacher und sauberer wäre, stattdessen einfach eine Oberleitungsstromversorgung zu installieren.