Züge können nicht überall mit Strom fahren. Auf dem Weg zu einem klimaneutralen Bahnsystem wird sauberer Wasserstoff daher eine wichtige Rolle spielen. Durch seinen Einsatz kann man Kosten senken und erneuerbare Energie optimal nutzen.

Weltweit gibt es Bahnstrecken mit einer Gesamtlänge von etwa 1,3 Millionen Kilometern. Davon waren 2021 nur knapp 30 Prozent elektrifiziert. Auch wenn diese Zahl kontinuierlich steigt und in letzter Zeit besonders in Asien kräftig zugelegt hat, werden auch in Zukunft viele Linien nie elektrifiziert werden. Denn die Verlegung von Oberleitungen ist teuer und nicht überall praktikabel.

In Deutschland zum Beispiel werden derzeit noch etwa 450 Strecken von Diesellokomotiven bedient. „Möglichst viele dieser Strecken sollen elektrifiziert werden“, erklärt Tim Evison, Senior Vice President Clean Hydrogen bei Messer. „Für zahlreiche Nebenstrecken wäre das aber zu aufwendig. Dort werden künftig Züge mit alternativen Antrieben benötigt. Eine ähnliche Ausgangssituation besteht heute in vielen Ländern, und es werden ähnliche Lösungsansätze erwogen.“

Batterie oder H₂?

Für den klimaneutralen Bahnbetrieb ohne Oberleitung bieten sich vor allem zwei Antriebsarten an: elektrisch mit Batterie oder elektrisch mit Brennstoffzelle und Wasserstoff. Wie beim Auto ist die Aufmerksamkeit derzeit überwiegend auf die batterieelektrische Variante gerichtet. Doch wie bei automobilen Anwendungen gibt es auch hier Reichweitenbeschränkungen: Als machbar für batterieelektrische Züge gelten Strecken bis 100 Kilometer. Andere praktische Hindernisse haben mit dem Wechsel von Tag und Nacht zu tun.

„Die meisten Bahnen fahren tagsüber, ihre Batterien müssten also in der Nacht geladen werden“, erläutert Tim Evison. „Wenn es dunkel ist, steht aber weniger grüner Strom aus erneuerbaren Quellen zur Verfügung. Das macht das klimaneutrale Aufladen der Batterien von Elektrolokomotiven in der Nacht teurer."

Wind und Sonne voll nutzen

Bei grünem Wasserstoff als Energieträger wird der Tag-Nacht-Zyklus dagegen zum Vorteil. Die Elektrolyseure zur Spaltung von Wasser können bevorzugt tagsüber betrieben werden, wenn grüner Strom reichlich und zu günstigem Preis angeboten wird. Das drückt auch den Preis des Wasserstoffs. Er kann dann, anders als elektrische Energie, leicht gespeichert werden, bevor er nachts zum Betanken der Züge verwendet wird. Das Betanken mit Wasserstoff beansprucht im Vergleich mit dem Ladevorgang von Batterien nur einen Bruchteil der Zeit. Der Netzstrom bei Nacht ist überwiegend grau, benötigt also fossile Energie, während der erneuerbare Wasserstoff auch bei Mondlicht grün bleibt. In Zukunft kann sauberer Wasserstoff auch bei den Kosten mit Diesel konkurrieren, zumal dieser immer teurer wird.

Laut einer Studie des Verbands der Elektrotechnik (VDE) kann Wasserstoff im Bahnbetrieb ab einem Dieselpreis von etwa 1,50 Euro pro Liter wettbewerbsfähig sein. „Im Landkreis Düren arbeiten wir bereits an der Unterstützung einer wasserstoffbetriebenen Bahnstrecke“, berichtet Tim Evison von den Aktivitäten bei Messer. „In den USA, den Niederlanden, Rumänien und vielen anderen Ländern führen wir Gespräche über ähnliche Vorhaben. Was vor ein paar Jahren noch ziemlich utopisch klang, nimmt jetzt im Sinne des Wortes Fahrt auf. Von unserem Know-how beim Umgang mit Wasserstoff können weltweit immer mehr Orte profitieren.“

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