30.12.12

Bremse als Kraftwerk

Der erste Hybrid-Zug – So grün kann Bahn sein

Durch Hybrid-Technologie können Diesel-Triebwagen viel Kraftstoff einsparen: Dabei wird die beim Bremsen frei werdende Energie in Akkus gespeichert und später wieder für den Antrieb genutzt.

Von Harald Czycholl

"Aus Verschiedenartigem zusammengesetzt; von zweierlei Herkunft; gemischt; zwitterhaft" – so definiert der Duden das Wort "hybrid". Und als ein solches Zwitterwesen kommt auch schon rein äußerlich der Zug daher, der jetzt für die Westfrankenbahn, eine Regionalbahntochter der Deutschen Bahn, auf der Strecke zwischen Aschaffenburg und Miltenberg verkehrt: Hinten ist er im typischen Regionalbahn-Rot lackiert – und vorne in sattem Grün in Laub-Optik. "Der neue Hybrid" prangt in großen Lettern auf dem Triebwagen.

Der von Siemens gebaute Triebwagen Desiro Classic (Baureihe VT 642) war indes schon zuvor im Einsatz, hat nun jedoch einen gründlichen Umbau hinter sich. Seitdem steckt High-Tech in seinem Inneren. Wo früher zwei diesel-mechanische Antriebsanlagen mit einer Leistung von jeweils 275 Kilowatt ihren Dienst taten, arbeiten jetzt zwei dieselelektrische 315-Kilowatt-Powerpacks des Motorenherstellers MTU. Diese bringen die in Autos schon gebräuchliche Hybrid-Technik nun auch auf die Schiene.

Die elektrische Energie wird dabei beim Bremsen gewonnen: Verringert der Zug seine Geschwindigkeit, treibt die in der Bewegung steckende Energie einen Generator an, der die mechanische Energie in elektrischen Strom umwandelt. "Rekuperator" lautet der Fachbegriff für dieses Bremskraftwerk. Das ist neu: Denn während bei elektrischen Triebfahrzeugen schon seit Jahrzehnten die beim Bremsen freiwerdende Energie zurück gewonnen und wieder als Strom in die Fahrleitung eingespeist wird, geht die Bremsenergie bei Dieselfahrzeugen in der Regel als Abwärme verloren.

Fahrtwind kühlt Akkus auf dem Dach

Der durch den Rekuperator gewonnene elektrische Strom wird in Lithium-Ionen-Batterien gespeichert, die auf dem Dach des Triebwagens installiert sind. Die Montage dort ist kein Zufall: Hier können die Akkus durch den Fahrtwind gekühlt werden. Die in den Dach-Akkus gespeicherte elektrische Energie kann dann zum Anfahren und Beschleunigen genutzt werden, außerdem versorgt er das Bordnetz des Zuges.

Lithium-Ionen-Akkus bieten bei relativ kompakter Bauweise und einem niedrigen Gewicht eine vergleichsweise hohe Speicherkapazität und Leistung. Deshalb sind sie heute Standard beim Einsatz etwa in Mobiltelefonen und Laptops. Aber auch in Elektroautos werden sie verwendet – und nun auch in Zügen.

In Deutschland ist ein weitaus geringerer Teil des Schienennetzes elektrifiziert als man annehmen würde: Einer Untersuchung der Allianz pro Schiene zufolge ist das Bundesschienennetz nur zu 58,8 Prozent mit elektrischem Strom versorgt. Andersherum gerechnet müssen also auf 41,2 Prozent aller Bahnstrecken Diesellokomotiven eingesetzt werden. Die Hybrid-Technologie eröffnet also erhebliche Einsparpotenziale.

Kraftstoffverbrauch um 25 Prozent verringert

Bis zu 25 Prozent weniger Kraftstoffverbrauch gegenüber dem konventionellen Modell und entsprechend geringere Kohlendioxid-Emissionen – das sind zwei gewichtige Argumente für die neuen Hybrid-Lokomotiven. So will die Bahn schärferen Abgasnormen gewachsen sein, zugleich wird auf diese Weise auf bestimmten Streckenabschnitten ein emissionsfreies Fahren möglich – beispielsweise in Wohngebiete, Bahnhöfen oder innerhalb von Tunneln.

Weil jeder Bremsvorgang den Akku wieder auflädt, macht sich die neue Technik um so stärker bezahlt, je öfter der Zug auf einer nicht elektrifizierten Strecke bremsen und wieder anfahren muss. In dieser Hinsicht ist die Pilotstrecke im Maintal zwischen Aschaffenburg und Miltenberg optimal: Satte 14 Mal hält der Zug hier auf der gerade einmal 37 Kilometer langen Strecke. Seit dem Fahrplanwechsel mitte Dezember wird der Zug im regulären Betrieb eingesetzt.

Die Fahrgäste merken, in welchem Antriebsmodus der Zug gerade unterwegs ist: Zum einen ist der Elektroantrieb erheblich leiser als der Dieselmotor. Und zum anderen informiert ein Display ähnlich der in ICE-Zügen gebräuchlichen Geschwindigkeitsanzeigen über den jeweiligen Antrieb.

Einer der Stars auf der Bahntechnikmesse

Schon auf der Bahntechnikmesse Innotrans im September in Berlin war der rot-grün lackierte Hybridzug einer der Stars. Enthüllt wurde er schließlich von Volker Kefer, der im Vorstand der Deutschen Bahn für Infrastruktur und Technik verantwortlich ist. "Das ist ein großer Tag für das System Bahn", sagte er. Die Position der Bahn als umwelt- und klimafreundlichstes Verkehrsmittel werde dadurch untermauert. Auch die Politik stimmte in die Lobeshymnen mit ein: "Wir kommen der Energiewende mit diesem Projekt wieder etwas näher", so Rainer Bomba (CDU), Staatssekretär im Bundesverkehrsministerium.

Das Ministerium hatte die Entwicklung des Hybridzuges mit 1,9 Millionen Euro gefördert. Bewähre sich das Hybridsystem, könnten bald schon Hunderte Triebwagen hierzulande auf einen dieselelektrischen Hybridantrieb umgerüstet werden.

Lorbeeren heimste das Hybridprojekt der Westfrankenbahn bereits im Sommer 2011 ein: Das Bahntechnik-Cluster "Center for Transportation and Logistics Neuer Adler e.V." in Nürnberg zeichnete damals das Projekt mit dem Innovationspreis aus. "Mit der neuen Hybridtechnik für die Westfrankenbahn setzt die DB Regio auf eine zukunftsweisende Innovation, die in umweltsensiblen Bereichen hohen ökologischen Nutzen bringen kann", sagte Laudator Fritz Czeschka, Geschäftsführer der Bayerischen Eisenbahngesellschaft.

Technik könnte bei der Erzgebirgsbahn zum Einsatz kommen

Wenn die Pilotphase in Franken erfolgreich verläuft und sich die Technik dort im täglichen Einsatz bewährt, sollen schon bald auch durch Sachsen Hybridzüge rollen: Bei der Erzgebirgsbahn, ebenfalls einer DB-Regio-Tochter, die auf einem 217 Kilometer langen Netz zwischen Chemnitz, Zwickau und Johanngeorgenstadt verkehrt. Momentan sind dort 16 konventionelle Diesellokomotiven vom Typ Desiro im Einsatz.

Auch abseits der Personenverkehrssparte setzt die Bahn auf Hybridantriebe: So betreibt beispielsweise die Mitteldeutsche Eisenbahn, eine Tochter der Bahn-Logistik-Sparte DB Schenker Rail, seit dem Frühjahr im sächsischen Zschopau vier Rangierlokomotiven mit Hybridantrieb. Hergestellt werden sie von der Firma Alstom auf Basis früherer Reichsbahn-V-100-Lokomotiven. Auch hier geht es darum, die beim Rangieren anfallende Bremsenergie zu speichern und mit einem zusätzlichen Elektromotor erneut einzusetzen.

Ab dem Jahr 2015 sollen auch in Nürnberg fünf Alstom-Rangierlokomotiven mit Hybridantrieb zum Einsatz kommen. Franken soll damit zur Modellregion für Hybridlokomotiven werden. Die Region werde so zum "Katalysator für energie- und umweltschonende Technik auf den Gleisen", betonte Bayerns Verkehrsstaatssekretärin Katja Hessel (FDP). Acht Jahre lang werden die Lokomotiven auf ihre Praxistauglichkeit getestet. Hessel verspricht sich von der neuen Technik neben weniger Abgasemissionen auch eine Reduktion der Lärmbelastung für die Anwohner von Bahnanlagen.

In vielen Ländern wird bereits auf Hybrid-Technik gesetzt

Bei Rangierlokomotiven wird bereits in vielen Ländern auf Hybrid-Technik gesetzt. Der Grund: Beim Rangieren fallen bei herkömmlichen Dieselmotoren besonders hohe Leerlaufverluste an, was die Treibstoffkosten in die Höhe treibt. Bis zu 50 Prozent des Kraftstoffs können durch den Hybridantrieb eingespart werden, verspricht Hersteller Alstom.

Neben Alstom bietet mittlerweile auch der Technologiekonzern Vossloh seine Rangierloks Hybridantrieb an. Im Unterschied zum aktuellen Projekt im Personenverkehr handelt es sich dabei aber jeweils um Neubauten und nicht um die Umrüstung bestehender Lokomotiven. Und gerade in der Umrüstung und Weiternutzung gebrauchter Loks liegen zusätzliche wirtschaftliche Chancen der neuen Technik.

Wer bremst gewinnt – und zwar Energie: Rekuperation heißt das Zauberwort auch für die Energiegewinnung bei von Elektromotoren angetriebenen Fahrzeugen. Viele Autohersteller setzen Rekuperationsbremsen mittlerweile in reinen Elektrofahrzeugen wie auch Hybridmodellen ein.

Herkömmliche Radbremsen greifen erst bei Vollbremsung

Die Rückgewinnung der Bewegungsenergie geschieht dabei sowohl im Schubbetrieb als auch beim Bremsen: Wird der Fuß vom Gaspedal genommen, wirkt der Elektromotor als Generator. Beim Betätigen des Bremspedals wird die Generatorleistung erhöht, was eine stärkere Verzögerung verursacht. Erst wenn das Bremspedal bei einer Vollbremsung durchgetreten wird, kommen zusätzlich die herkömmlichen Radbremsen zum Einsatz.

Auch bei herkömmlichen Fahrzeugen mit Diesel- oder Benzinmotor lassen sich die Bremsen zur Gewinnung von elektrischer Energie nutzen: Statt ständig die Lichtmaschine laufen zu lassen, die die Autobatterie auflädt und so die notwendige Energie für Motorstart, Heizung, Klimaanlage und Beleuchtung bereitstellt, übernehmen die Rekuperationsbremsen diese Aufgabe.

Mit "Efficient Dynamics" war BMW der erste Autohersteller, der sie in Großserie brachte. Auch Mercedes-Benz, Audi und Volkswagen bedienen sich mittlerweile dieser Technik. Experten zufolge macht sich das bezahlt: Je nach Fahrweise lässt sich so der Spritverbrauch um fünf bis zehn Prozent reduzieren.