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Einsatz von Biogas im Schienenverkehr

Erstellt am: 02.03.2011 | Stand des Wissens: 06.03.2017
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Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Volkswirtschaftslehre (ECON), Prof. Dr. Kay Mitusch

Während erdgasbetriebene Schienentriebfahrzeuge vorwiegend in der Bundesrepublik Deutschland, in Frankreich und den USA betrieben werden, findet Biogas im Eisenbahnverkehr als Kraftstoff nur ausgesprochen geringe Verwendung. Seit April 2006 verkehrt zwischen der Ostküste und dem Ort Linköping in Schweden der weltweit erste und einzige Biogas-Zug unter Alltagsbedingungen (Abbildung 1). Zu diesem Zweck wurde ein Dieseltriebzug aus den 1980er Jahren umgerüstet, indem er zwei moderne Gasmotoren von Volvo und anstelle des bisherigen Flüssigkraftstofftanks zwölf Gasbehälter erhielt. 2013 endete der Vertrag mit dem Biogaszugunternehmer Östgöta und der Zug stand lange Zeit still. Möglicherweise wird er von Inland Railroad in Schweden übernommen, um ihnin der Nordregion Jämtland einzusetzen [CANT14] Biotreibstoffe werden in Schweden steuerlich begünstigt und sind damit trotz höherer Produktionskosten preiswerter als Benzin. Grund hierfür ist das Ziel der schwedischen Politik, bis 2020 von Erdöl weitestgehend unabhängig zu sein. [ENER11a] Global gesehen wird ersichtlich, dass weitere politische Richtlinien nötig sein werden, um die Biogasproduktion weiter voranzutreiben. Obwohl Biogas im Transportsektor zunehmend Einsatz findet, könnte die Nachfrage noch stärker. Ohne politische Regulierungen, die die Nutzung von Biogas fördern, wäre es aus Kostengründen wahrscheinlicher, dass vermehr Erdgas statt Biogas genutzt würde. [OLSS15].

svensk_biogas_train.jpgAbb. 1: Schwedischer Biogaszug [REMA11]

Die Investition in einen Biogas-Zug übersteigt die in eine herkömmliche Dieselvariante um ca. eine halbe Million Euro. Darüber hinaus ist das Triebfahrzeug durch kürzere Wartungsintervalle gekennzeichnet, was im direkten Vergleich zu Dieseltraktionssystemen einen entsprechenden Wartungsmehraufwand hervorruft. Trotz der höheren Investitions- und Wartungskosten sollen in Schweden künftig vermehrt Biogas-Züge verkehren, besonders auf Strecken, deren Elektrifizierung als unwirtschaftlich einzustufen ist. Sie verkörpern in diesen Fällen einen tragfähigen Kompromiss zwischen ökologischer Vorteilhaftigkeit gegenüber Dieselfahrzeugen und betriebswirtschaftlicher Machbarkeit mit Blick auf alternativ zu tätigende Oberleitungsinvestitionen. [IEA06; SPIE06a]

Die Union Internationale des Chemins de fer (UIC, dt. Internationaler Eisenbahnverband) hingegen bewertet die Einsatzfähigkeit von Biogas für Schienenverkehrszwecke durchaus unterschiedlich. Zwar seien die mit den Verbrennungsantrieben verbundenen ökologischen Vorteile durchaus als bedeutsam einzustufen, den nachteiligen Effekten käme jedoch ebenfalls ein großes Gewicht zu. Prinzipiell könnten Biogas-Fahrzeuge in erster Linie einzelne Marktnischen erfolgreich besetzen. Eine hohe Marktdurchdringung mit nennenswerten Einflüssen auf die verkehrsträgerseitige Energiebilanz der Schiene seien dagegen eher unwahrscheinlich. [UIC07c]

Vorteile der Biogasnutzung


  • Auf der Habenseite kann Biogas das höchste CO2-Emissionseinsparpotenzial aller verfügbaren Biokraftstoffe zugerechnet werden. Noch wesentlicher ist allerdings, dass sich der Ausstoß giftiger Luftschadstoffe gegenüber konventionellen Dieselfahrzeugen drastisch reduzieren lässt [UIC07c].

  • Ferner sind gasbetriebene Lokomotiven und Triebwagen durch eine vergleichsweise geringe Lärmentwicklung gekennzeichnet, sodass sie speziell in städtischen Gebieten Akzeptanzvorteile erzielen [UIC07c].

  • Der Einsatz von Biogas für die Energieerzeugung ist auch für stationäre Bahnanlagen denkbar. So könnten zum Beispiel abgelegene Bahnhöfe durch Biogas effizient und autark mit Strom versorgt werden [GoGo12].


Nachteile der Biogasnutzung

  • Dementgegen steht etwa die Tatsache von stark schwankender Kraftstoffqualität. Biogas, das gegenwärtig in erster Linie für elektrische Generatoren verwendet wird, besitzt je nach den vorherrschenden Produktionsbedingungen variierende Methan- und Energieanteile, was die Leistungsentwicklung der betreffenden Fahrmotoren in nennenswertem Maße negativ beeinflussen könnte [UIC07c]. Mit steigendem Interesse an der Biogastechnologie, u.a. auch in Deutschland, wird die Entwicklung neuer Technologien forciert. Durch den Einsatz von CO-Vergärungs- und Vorbehandlungsanlagen wird der oft sehr heterogene Gasstrom für Biogasanlagen homogener gemacht [DIV15].

  • Ferner setzt eine weiterreichende Verbreitung der Biogas-Traktion nicht nur spezielle Modifikationen an umrüstungsfähigen Dieselfahrzeugen voraus, sondern ist darüber hinaus zwangsweise mit der Neuerrichtung einer geeigneten Tankstelleninfrastruktur verbunden. Notwendige Flüssiggasbehälter nehmen außerdem zusätzlichen Bauraum in Anspruch und erhöhen die Fahrzeugmasse. Dies ist ein Fakt, welcher Eisenbahnverkehrsunternehmen dazu bewegen könnte, die Größe entsprechender Gastanks zulasten der erzielbaren Reichweite herabzusetzen [UIC07c].

  • Ergänzend zu den genannten technischen Nachteilen sei auf den eingangs erwähnten finanziellen Mehraufwand verwiesen. Nach dem derzeitigen Erkenntnisstand muss demnach davon ausgegangen werden, dass ein Einsatz von Biogas-Triebfahrzeugen mit höheren Kosten bei Betrieb und Kraftstoff verbunden ist [UIC07c].
Ansprechpartner
Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Volkswirtschaftslehre (ECON), Prof. Dr. Kay Mitusch
Zugehörige Wissenslandkarte(n)
Alternative Kraftstoffe im Schienenverkehr (Stand des Wissens: 05.05.2017)
https://www.forschungsinformationssystem.de/?344441
Literatur
[CANT14] Canters, Raf First biogas fueled train moves from coastal Sweden to the inland, 2014/08/01
[DIV15] Divya, D., Gopinath, L.R., Christy, P.M. A review on current aspects and diverse prospects for enhancing biogas production in sustainable means, veröffentlicht in Renewable and Sustainable Energy Reviews, Ausgabe/Auflage 42, 2015, Online-Referenz doi:10.1016/j.rser.2014.10.055
[ENER11a] Swedish Energy Agency (Hrsg.) Biogas in Sweden, 2011
[GoGo12] Goldenberg, Philipp, Goldenberg, Vladimir, Reppich, Marcus, Anwendungsmöglichkeiten erneuerbarer Energiequellen im Bahnsektor, veröffentlicht in Eisenbahningenieur, Ausgabe/Auflage 02/2012, DVV Media Group GmbH, Hamburg, 2012/02, ISBN/ISSN 0013-2810
[IEA06] o.A. 100% Biogas for urban transport in Linköping, Sweden, 2006
[OLSS15] Olsson, Linda, Fallde, Magdalena Waste(d) potential: a socio-technical analysis of biogas production and use in Sweden, veröffentlicht in Journal of Cleaner Production, Ausgabe/Auflage 98, 2015, Online-Referenz doi:10.1016/j.jclepro.2014.02.015
[REMA11] Price, Toby Scandinavia boasts 'world's first" biogas-powered train, 2011/11/29
[SPIE06a] o.A. Radikaler Plan: Schweden will sich bis 2020 vom Öl befreien, 2006/02/09
[UIC07c] Ian Skinner (AEA), Nik Hill (AEA), Sujith Kollamthodi (AEA), John Mayhew (AEA), Bryan Donnelly (ATOC) Railways and Biofuel, 2007/07
Glossar
CH4 = Methan. Es ist ein farbloses, geruchloses und leicht brennbares Gas, das zu Kohlendioxid und Wasser verbrennt. Methan ist Hauptbestandteil von Erdgas, Biogas, Deponiegas und Klärgas. Als Erdgas dient es hauptsächlich der Beheizung von Wohn- und Gewerberäumen, als industrielle Prozesswärmeenergie, zur elektrischen Stromerzeugung und in kleinem Umfang als Treibstoff für Kraftfahrzeuge. Methan gehört zu den klimarelevanten Treibhausgasen. Methan entsteht bei allen organischen Gär- und Zersetzungsprozessen, wie z.B. in Sümpfen, Nassreisfeldern und Massenviehhaltung. (Der Verdauungstrakt von Wiederkäuern produziert Methan.) Nach Kohlendioxid ist Methan mit einem Anteil von knapp 20 Prozent wichtigster Verursacher des Treibhauseffekts, wobei es ein 20- bis 30-mal wirksameres Treibhausgas als CO2 ist. Die weltweiten Methanemissionen werden auf 500 Mio. Tonnen/Jahr geschätzt, davon gehen rund 70 Prozent auf menschliche Aktivitäten zurück.
Traktion Unter Traktion versteht man im Schienenverkehrsbereich die kraftgetriebene Fortbewegung von Triebfahrzeugen. Bei der Art des Antriebssystems unterscheidet man heutzutage i. d. R. Triebfahrzeuge mit dieselelektrischen oder -hydraulischen bzw. rein elektrischen Aggregaten zur Kraftübertragung (auch: Diesel- bzw. Elektrotraktion).  Die Traktionsart Dampf wird hierzulande nur noch im Bereich von Museumsbahnen eingesetzt. Mehrere gekoppelte Triebfahrzeuge bilden eine sog. Mehrfachtraktion. Üblicherweise werden diese nach der Anzahl der eingesetzten Triebfahrzeuge benannt (z. B. Doppel- oder Dreifachtraktion).
CO
= Kohlenstoffmonoxid. CO ist eine chemische Verbindung aus Kohlenstoff und Sauerstoff und gehört damit neben Kohlenstoffdioxid zur Gruppe der Kohlenstoffoxide. Es ist ein farb-, geruch- und geschmackloses Gas. Kohlenstoffmonoxid beeinträchtigt die Sauerstoffaufnahme von Menschen und Tieren. Schon kleine Mengen dieses Atemgiftes haben Auswirkungen auf das Zentralnervensystem.
Es entsteht bei der unvollständigen Oxidation von kohlenstoffhaltigen Substanzen. Dies erfolgt zum Beispiel beim Verbrennen dieser Stoffe, wenn nicht genügend Sauerstoff zur Verfügung steht oder die Verbrennung bei hohen Temperaturen stattfindet. Kohlenstoffmonoxid selbst ist brennbar und verbrennt mit Sauerstoff zu Kohlenstoffdioxid. Hauptquelle für die CO-Belastung der Luft ist der Kfz-Verkehr.
Triebfahrzeug
Ein Triebfahrzeug (Tfz) ist ein einzelnes Regeleisenbahnfahrzeug mit einem eigenen Fahrzeugantrieb (Lokomotiven, Triebwagen). Eine Sonderform bilden Triebköpfe, die in einem fest gekoppelten Triebzug zusammen mit antriebslosen Mittel- und Steuerwagen betrieben werden. Lokomotiven kommen normalerweise im Verbund mit gekoppelten Reisezug- oder Güterwagen zum Einsatz. Triebwagen sowie auch Triebzüge werden als gekoppelten Einheiten gleichen Typs in sogenannten Triebwagenzügen eingesetzt. Weitere Tfz sind Kleinlokomotive und selbstfahrende Nebenfahrzeuge.
Eisenbahnverkehrsunternehmen Eisenbahnverkehrsunternehmen (EVU) sind öffentliche Einrichtungen oder privatrechtlich organisierte Unternehmen, die Eisenbahnverkehrsleistungen erbringen. "Eisenbahnverkehrsunternehmen" stellt einen europarechtlichen Begriff dar, welcher durch nationales Recht in Form von § 2 (1) des Allgemeinen Eisenbahngesetzes (AEG) konkretisiert wird.

Auszug aus dem Forschungs-Informations-System (FIS) des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur

https://www.forschungsinformationssystem.de/?343579

Gedruckt am Freitag, 12. August 2022 15:01:40