Veranstaltungen
Mehr erfahren
Contact us
Studie, Positionspapier, Anwendungsregel oder Norm gesucht?


> VDE VERLAG

Im Shop des VDE VERLAGs finden Sie Normen zur elektrotechnischen Sicherheit und Fachbücher.

> VDE Shop

Im VDE Shop finden Sie aktuelle VDE Studien, Roadmaps und Positionspapiere.


Mehr Wissen, mehr Erfolg!

Für VDE Mitglieder gibt es Rabatte auf Publikationen, VDE Studien, Fachliteratur des VDE Verlags und Fachzeitschriften-Abonnements: Jetzt VDE Mitglied werden!

Bahnschiene im Gegenlicht
Joachim / stock.adobe.com
11.01.2021

Alternative Antriebskonzepte

Klimaneutrale Mobilität: Alternative Antriebskonzepte für die Schiene

Unsere Experten geben Antworten

Der Schienenverkehr soll bis 2050 klimaneutral werden. Allerdings sind 40 Prozent des deutschen Schienennetzes – einem der dichtesten der Welt – noch nicht elektrifiziert. Etwa ein Drittel der gefahrenen Zugkilometer wird heute von Dieseltriebzügen erbracht.

Die Experten des VDE geben Antworten: Mit neutralen und unabhängigen Studien zu den technischen, systemischen und wirtschaftlichen Aspekten emissionsfreier Antriebe im Bahnbereich. Mit konkreten Fallbeispielen, klar definierten Entscheidungskriterien und individueller Beratung.

Kontaktieren Sie die VDE Experten jetzt

VDE Studien zu Alternativen Antriebskonzepten

Bild: Einsatz Alternativer Antriebstechnologien im SPNV des Südthüringennetzes

Studie: Einsatz Alternativer Antriebstechnologien im SPNV des Südthüringennetzes

Mit Blick auf die vereinbarte vollständige Dekarbonisierung des Verkehrs bis zum Jahr 2045 in Deutschland stehen verantwortlichen Aufgabenträger vor der Herausforderung, für Dieselnetze wie das Südthüringennetz die vorhandene Flotte von Dieseltriebzügen baldmöglichst durch umweltfreundliche Alternativen wie Batterie-elektrische Züge (BEMU) oder Wasserstoffzüge (HEMU) zu ersetzen.

Bild: Einsatz Alternativer Antriebstechnologien im SPNV des Südthüringennetzes

Mit Blick auf die vereinbarte vollständige Dekarbonisierung des Verkehrs bis zum Jahr 2045 in Deutschland stehen verantwortlichen Aufgabenträger vor der Herausforderung, für Dieselnetze wie das Südthüringennetz die vorhandene Flotte von Dieseltriebzügen baldmöglichst durch umweltfreundliche Alternativen wie Batterie-elektrische Züge (BEMU) oder Wasserstoffzüge (HEMU) zu ersetzen.

So sollen im Südthüringennetz ab 2029 nur Züge mit alternativen Antrieben eingesetzt werden. Die vorliegende Studie stellt die technische Machbarkeit, die Wirtschaftlichkeit des Einsatzes sowie die Ökobilanz des Einsatzes von BEMU- und HEMU-Fahrzeugen dar. 

Die technische Machbarkeit des BEMU ist aktuell nicht für alle Linien des Südthüringennetzes mit den heute verfügbaren Zügen und dem beabsichtigten Betriebskonzept gegeben. So erzwingt die begrenzte Reichweite des BEMU einen komplexeren Betriebsablauf. Die Entscheidungsfindung erfordert weitere technische Klärungen für den Einsatz von BEMU, u.a. in Bezug auf die Lokalisierung von Ladestandorten. Die technische Machbarkeit des HEMU wird maßgeblich durch die aufzubauende Wasserstoffinfrastruktur bestimmt. 

Die Wirtschaftlichkeit der Zugsysteme wird maßgeblich durch deren Energieeffizienz bestimmt. Ein BEMU-Konzept ließe sich im Südthüringennetz wirtschaftlicher betreiben als der HEMU. 

Ein Vergleich der Ökobilanzen von HEMU und BEMU unterstützt die Entscheidungsfindung. Hier ist insbesondere der zur Verfügung stehende und für das Laden der BEMU-Fahrzeuge bzw. die Hydrolyse des Wasserstoffes der HEMU-Fahrzeuge genutzte Strommix ausschlaggebend. 

Die ursprünglich im Auftrag des Thüringer Ministeriums für Umwelt, Energie und Naturschutz erstellte Studie steht nun als öffentliche Version zur Verfügung.

Studie zum Einsatz Alternativer Antriebstechnologien im SPNV des Südthüringennetzes
Bild Fact Sheet

Fact Sheet zur Neubewertung klimaneutraler Alternativen zu Dieseltriebzügen

Aufgrund der umwälzenden Entwicklungen im Krisenjahr 2022 wurde eine Aktualisierung der Wirtschaftlichkeitsanalyse für das Netz Düren aus dem Jahr 2020 notwendig.

Bild Fact Sheet

Aufgrund der umwälzenden Entwicklungen im Krisenjahr 2022 wurde eine Aktualisierung der Wirtschaftlichkeitsanalyse für das Netz Düren aus dem Jahr 2020 notwendig.

Als Basis für das Update dienten die in den Vorprojekten gesammelten Daten zu klimaneutralen Alternativen für Dieseltriebzüge im Schienenpersonennahverkehr. Der in den Vorprojekten entwickelte ganzheitlicher Ansatz mit Einflussgrößen aus technischen, fahrbetrieblichen, systemischen, volks- und betriebswirtschaftlichen Blickwinkeln wurde fortführend genutzt und aktualisiert.

Download + Links
VDE-Studie_Bewertung-klimaneutraler-Alternativen-zu-Dieseltriebzügen_(VDE_TP03)_Juni-2020_DE_2020-07-31_online-1

Wirtschaftlichkeitsstudie „Bewertung klimaneutraler Alternativen zu Dieseltriebzügen“

Am Praxis-Beispiel „Netz Düren“ hat der VDE eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung klimaneutraler Alternativen zu Dieseltriebzügen durchgeführt. Auf Basis der Kapitalwertmethode ermittelt die Studie, welche Investition im konkreten Praxisfall am vorteilhaftesten ist und welche Einflussfaktoren grundsätzlich zu berücksichtigen sind.

VDE-Studie_Bewertung-klimaneutraler-Alternativen-zu-Dieseltriebzügen_(VDE_TP03)_Juni-2020_DE_2020-07-31_online-1

Am Praxis-Beispiel „Netz Düren“ hat der VDE eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung klimaneutraler Alternativen zu Dieseltriebzügen durchgeführt. Auf Basis der Kapitalwertmethode ermittelt die Studie, welche Investition im konkreten Praxisfall am vorteilhaftesten ist und welche Einflussfaktoren grundsätzlich zu berücksichtigen sind.

Titel Studie 2 Alternativen Dieseltriebzüge

Potenzialstudie „Alternativen zu Dieseltriebzügen im SPNV“

Die Elektrifizierung des kompletten Schienennetzes durch Oberleitungen ist finanziell und zeitlich bis 2050 kaum machbar. Der VDE prüft die Alternativen im Hinblick auf systemische Potenziale und beleuchtet die Vor- und Nachteile von Batterie- und Brennstoffzellen-Antrieben.

Titel Studie 2 Alternativen Dieseltriebzüge

Die Elektrifizierung des kompletten Schienennetzes durch Oberleitungen ist finanziell und zeitlich bis 2050 kaum machbar. Der VDE prüft die Alternativen im Hinblick auf systemische Potenziale und beleuchtet die Vor- und Nachteile von Batterie- und Brennstoffzellen-Antrieben.

Key Findings

Das deutsche Eisenbahnnetz umfasst etwa 40.000 Kilometer, von denen aber lediglich 23.000 Kilometer durch Oberleitungen elektrifiziert sind. Auf den restlichen 17.000 Kilometern sind etwa 2.900 Dieseltriebzüge teilweise mit einer Jahrzehnte alten Abgas-Technik unterwegs. Eine komplette Elektrifizierung dieser Nebenstrecken würde aber mindestens 11,5 Milliarden Euro kosten. Hinzu kommt, dass wegen langwieriger Planfeststellungsverfahren und unzureichender Kapazitäten der Infrastruktur-Bauunternehmen das Ziel 2050 kaum zu erreichen ist.

  • Die Hybridisierung von Dieselfahrzeugen wäre angesichts der beschlossenen Dekarbonisierung des Verkehrs bis 2050 eine nur unzureichende und vor allem teure Übergangslösung.
  • Deshalb fokussiert sich die Studie auf rein elektromotorische Antriebskonzepte als sinnvollste Alternativen zum Dieselmotor.
  • Für die on-board-Bereitstellung der benötigten Energie unterscheidet die Studie zwei Konzepte: Eine große Lithium-Ionen-Batterie, die mittels Pantografen über die Oberleitung aufgeladen werden kann. Und eine Brennstoffzelle, welche die im Wasserstoff gespeicherte Energie in Strom umwandelt.
  • Grundsätzlich zeigt sich die Batterie als gute Lösung für schwach befahrene Strecken mit Oberleitungslücken, die nicht größer als 40 bis 80 Kilometer sind. Die Brennstoffzelle hat die Nase vorn, wenn es gar keine Oberleitung gibt oder die Lücken über 80 Kilometer hinausgehen.
  • Eine qualitative Bewertung der Alternativen mit Hilfe einer neutralen Nutzwertanalyse zeigt, dass Batterie- und Brennstoffzellenzug – systemisch gesehen – gleichwertige Konzepte sind. Die zentrale Erkenntnis ist: Welche Alternative sich als die geeignetere erweist, hängt vom betrachteten Streckennetz und den gegebenen Rahmenbedingungen ab.

The english version of the study is also available in the VDE Shop.

Zur Studie (Deutsch)
Bild Studie Batteriesysteme

Technikstudie „Batteriesysteme für Schienentriebzüge“

Der Schienenverkehr stellt an Batterien für den Antrieb von Zügen extrem hohe Anforderungen. Der VDE analysiert die unterschiedlichen Technologien auf ihre Einsatzmöglichkeiten und Wirtschaftlichkeit. Darüber hinaus skizziert die Studie neue Batteriekonzepte.

Bild Studie Batteriesysteme

Der Schienenverkehr stellt an Batterien für den Antrieb von Zügen extrem hohe Anforderungen. Der VDE analysiert die unterschiedlichen Technologien auf ihre Einsatzmöglichkeiten und Wirtschaftlichkeit. Darüber hinaus skizziert die Studie neue Batteriekonzepte.

Key Findings

Das Batteriesystem eines Schienentriebzuges muss höchsten Anforderungen genügen. Zum einen ist beim Anfahren und Beschleunigen eine hohe Leistung bereitzustellen. Zugleich muss die verfügbare Energie hinreichen, um Reichweite sicherzustellen. Hinzu kommen bahntypische Zusatzanforderungen, die es erforderlich machen, über ganz neue Batteriekonzepte nachzudenken.

  • Auf nicht-elektrifizierten Schienenstrecken ohne Oberleitung stellt die Versorgung des Elektromotors mit Energie aus einer Batterie eine gute emissionsfreie Alternative zum Dieselmotor dar.
  • Der Anspruch an die Zuverlässigkeit und Qualität von Schienentriebzügen ist sehr hoch, da diese fast rund um die Uhr – meist eng getaktet – bis zu 30 Jahre lang im Einsatz sind. Entsprechend hart sind die Anforderungen an Traktionsbatterien im Hinblick auf Lade- und Entladeströme, Sicherheit, Tieftemperatur-Performance, Betriebszeit und Zyklenfestigkeit.
  • Der VDE untersucht, welche der heute verfügbaren Batterie-Technologien und -Zellen sich für den Einsatz in Schienentriebzügen eignen, und zeigt die wichtigsten Entwicklungstrends auf – bis 2030 und darüber hinaus.
  • Die bahntypisch hohen Anforderungen lassen sich sehr gut mit Lithium-Ionen-Zellen erfüllen, deren Anoden aus Lithium-Titanat (LTO) bestehen. Zellen dieses Typs weisen jedoch relativ geringe Energiedichten auf. Zudem sind sie im Vergleich zu den von Automobilherstellern vorgezogenen Technologien teuer.
  • Alternativ zur LTO-basierten Lösung macht die Studie auf ein Batteriekonzept aufmerksam, das die Anforderungen auf der Batteriesystemebene und nicht allein auf der Zellebene erfüllt.

The english version of the study is also available in the VDE Shop.

Zur Studie (Deutsch)
Bild: Metastudie

Metastudie: Logistik, Energie und Mobilität 2030

Die Metastudie des VDE untersucht Fragen der technischen Machbarkeit, des gesellschaftlichen Verhaltens, der (umwelt-)politischen Vorgaben und der wirtschaftlichen Aufwände für die Mobilität von morgen. Fünf Logistikszenarien beschreiben unterschiedliche, teils konkurrierende Verteil- und Zustelloptionen im urbanen Raum.

Bild: Metastudie

Die Metastudie des VDE untersucht Fragen der technischen Machbarkeit, des gesellschaftlichen Verhaltens, der (umwelt-)politischen Vorgaben und der wirtschaftlichen Aufwände für die Mobilität von morgen. Fünf Logistikszenarien beschreiben unterschiedliche, teils konkurrierende Verteil- und Zustelloptionen im urbanen Raum.

Das von den Autoren skizzierte Energieszenario zeigt die multimodale Verknüpfung von Brennstoffzellenanwendungen im Jahr 2030 als Alternative zu straßengebundenem Fernverkehr auf. 

Bild VDE Dialog

Unsere VDE Experten im Gespräch

Noch immer gibt es in Deutschland Bahnstrecken, die nicht mit einer Oberleitung ausgestattet sind. Anstelle alter Dieselloks fahren auf einigen dieser Strecken in Deutschland inzwischen die ersten Batterie- und Wasserstoffzüge im Personennahverkehr. Diese Entwicklungen sind wichtige Schritte um den CO2-Ausstoß aus Dieselzügen zu eliminieren und den Schienenverkehr klimaneutral zu gestalten.

Bild VDE Dialog

Noch immer gibt es in Deutschland Bahnstrecken, die nicht mit einer Oberleitung ausgestattet sind. Anstelle alter Dieselloks fahren auf einigen dieser Strecken in Deutschland inzwischen die ersten Batterie- und Wasserstoffzüge im Personennahverkehr. Diese Entwicklungen sind wichtige Schritte um den CO2-Ausstoß aus Dieselzügen zu eliminieren und den Schienenverkehr klimaneutral zu gestalten.

Unsere Expertin Nora Dörr hat im Gespräch mit dem VDE dialog erläutert, wo die Anwendungsfelder, Vorteile und Nachteile Alternativer Antriebe auf der Schiene liegen. 

Downloads + Links
Bild Fact Sheet

Unser VDE Experte bei tagesschau24

Noch immer gibt es in Deutschland Bahnstrecken, die nicht mit einer Oberleitung ausgestattet sind. Anstelle alter Dieselloks fahren auf einigen dieser Strecken in Deutschland inzwischen die ersten Batterie- und Wasserstoffzüge im Personennahverkehr. Diese Entwicklungen sind wichtige Schritte um den CO2-Ausstoß aus Dieselzügen zu eliminieren und den Schienenverkehr klimaneutral zu gestalten.

Bild Fact Sheet

Noch immer gibt es in Deutschland Bahnstrecken, die nicht mit einer Oberleitung ausgestattet sind. Anstelle alter Dieselloks fahren auf einigen dieser Strecken in Deutschland inzwischen die ersten Batterie- und Wasserstoffzüge im Personennahverkehr. Diese Entwicklungen sind wichtige Schritte um den CO2-Ausstoß aus Dieselzügen zu eliminieren und den Schienenverkehr klimaneutral zu gestalten.

Beim Update Wirtschaft von tagesschau24 live von der Frankfurter Börse sprach unser Experte Dr. Wolfgang Klebsch über Wasserstoffzüge als Hoffnungsträger der Energiewende. 

Im Beitrag " Unterwegs ohne Diesel" von Anke Hahn auf tagesschaue.de lesen Sie welche Alternativen es für den klimaneutralen Verkehr auf der Schiene gibt. Der Artikel informiert über technologische Möglichkeiten und gibt eine allgemeine systemische Einschätzung seitens VDE wieder. 

Beitrag bei tagesschau24 lesen
Meeting im Büro

VDE Beratung Alternative Antriebe

Klimaneutrale Lösungen für den SPNV. Der VDE berät Aufgabenträger kompetent – ganzheitlich und neutral. Hier erfahren Sie mehr zu unserem umfassenden Beratungsangebot. Kontaktieren Sie uns.

Meeting im Büro

Klimaneutrale Lösungen für den SPNV. Der VDE berät Aufgabenträger kompetent – ganzheitlich und neutral. Hier erfahren Sie mehr zu unserem umfassenden Beratungsangebot. Kontaktieren Sie uns.

Die Zielerreichung dazu erfolgt in 3 Schritten: 

  1. Bedarfsanalyse
  2. Analyse und Bewertung
  3. Konkrete Ergebnisse
Download + Links

Kontaktieren Sie uns

Alternative Antriebskonzepte – Frequently Asked Questions (FAQ)

Welche Antriebsalternative zu Dieseltriebzügen empfiehlt der VDE?

Der VDE gibt keine generelle Empfehlung für eine Antriebsalternative ab. In den verschiedenen Studien zum Thema zeigen die Experten des VDE auf, dass es immer einer Einzelfallprüfung bedarf und neben reinen wirtschaftlichen Kriterien auch weitere Aspekte in die Entscheidungsfindung einfließen werden. Aus seiner Position als unabhängige Technologieorganisation ist der VDE der Neutralität verpflichtet – deshalb bewertet er nach wissenschaftlichen Kriterien einzelne Fragestellungen z. B. in Bezug auf technologische Herausforderungen (Studie 2018), systemische Potenziale (Studie 2019) oder wirtschaftliche Aspekte (Studie 2020). Darüber hinaus lassen sich einzelne Fallstudien (z. B. Kreis Düren) nicht ohne Weiteres auf andere Regionen übertragen. Auch besteht die Möglichkeit, dass sich durch technologischen Fortschritt oder geänderte regulatorische Rahmenbedingungen künftig die Vorteile zwischen den Antriebsalternativen verschieben.

Warum hat sich der VDE in seiner Wirtschaftlichkeitsstudie aus dem Jahr 2020 für das Netz Düren entschieden?

Anders als beim systemischen Vergleich der Alternativen zu Dieseltriebzügen, setzt eine betriebswirtschaftliche Untersuchung das Vorhandensein eines konkreten Beispiels voraus. Der Nahverkehr Rheinland (NVR) und Rurtalbahn mit dem „Netz Düren“ haben dem VDE die umfangreichen notwendigen Daten zum „Netz Düren“ für die Analyse zur Verfügung gestellt und darüber hinaus sogar Probefahrten zu Messzwecken ermöglicht.

Lassen sich die Ergebnisse aus dem Netz Düren (Wirtschaftlichkeitsstudie aus 2020) auf andere Regionen übertragen?

Die vom VDE durchgeführte Wirtschaftlichkeitsbetrachtung muss für jeden Einzelfall gesondert geprüft werden, da eine Vielzahl von Faktoren das Ergebnis beeinflussen (siehe Studie 2020). 

Ist die Brennstoffzelle wirtschaftlich immer im Nachteil?

Allgemein lässt sich sagen: Unter bestimmten Voraussetzungen, die vor allem netzspezifisch sind, kann der Abstand zwischen Batterieantrieb und Brennstoffzelle auch sehr viel geringer ausfallen. Der grundsätzliche Vorsprung des Batteriebetriebs hat vor allem physikalische Gründe (Wirkungsgrade) und damit zu tun, dass Brennstoffzellen heute Nachteile bei Kosten und Lebensdauer haben. Bei geänderten technischen oder regulatorischen Rahmenbedingungen können sich die Vorteile auch wieder zugunsten der Brennstoffzelle verlagern.

Wie können Kommunen und Aufgabenträger entscheiden, welche Antriebsalternative für sie die beste ist?

Diese Entscheidung muss in jedem Einzelfall geprüft und bewertet werden. Vor allem, weil für die meisten Projekte nicht allein ökonomische Kriterien ausschlaggebend sind. Denn neben der Wirtschaftlichkeit müssen auch ökologische Ziele, die Akzeptanz in der Bevölkerung, der Servicegedanke im ÖPNV und regionale Aspekte der Wirtschafts- und Forschungsförderung berücksichtigt werden. Die Experten des VDE stehen Kommunen und Aufgabenträgern als neutrale Berater bei diesem Bewertungsprozess gerne zur Verfügung.

Nach welchem Verfahren hat der VDE die Wirtschaftlichkeit bewertet?

Die Wirtschaftlichkeit wurde anhand der Kapitalwertmethode berechnet. Sie wird immer dann angewendet, wenn sehr unterschiedliche Technologien zur Wahl stehen, die Investition einen sehr langen Zeitraum abdecken muss und Detailinformationen, die über die Technologie hinausgehen, für die Betrachtung nicht relevant sind. 

Wer finanziert die Studien des VDE zum SPNV?

Der VDE ist in einem vom Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) geförderten Entwicklungsprojekt als neutraler Partner involviert und beteiligt sich mit Analysen und neutralen Bewertungen, die in Form von Studien veröffentlicht werden. Dabei agiert der VDE im Förderprojekt als Unterauftragnehmer von Siemens Mobility – ist jedoch in seinen Bewertungen und Analysen unabhängig und kann ohne vorherige Einflussnahme durch Siemens Mobility seine Ergebnisse publizieren.

Das könnte Sie auch interessieren: