Gleisbaumaschinen: Diese Antriebsalternativen verbessern ihre Klimabilanz

Nach Angaben der Deutschen Bahn AG umfasst das Schienennetz in Deutschland (Stand: 2021) eine Gesamtlänge von 33.288 Kilometern; es ist das größte Europas. Um einen sicheren Eisenbahnbetrieb zu gewährleisten, muss das gesamte Schienennetz regelmäßig überprüft und ausgebessert werden. Dafür werden – je nach Einsatzgebiet und Aufgabenbereich – verschiedene Gleisbaumaschinen eingesetzt. Mit ihnen lassen sich relativ schnell Gleiskörper erneuern oder Schienen schleifen. Die spezialisierten Fahrzeuge können sogar zu kompletten Gleisbauzügen zusammengestellt werden und eine Gesamtlänge von mehreren hundert Metern erreichen.

Das Problem: Gleisbaumaschinen sind zwar wichtig für die Instandhaltung von Gleisbetten, doch sie sind auch lärm- und emissionsintensiv. Denn viele dieser Maschinen werden mit Dieselmotoren angetrieben. So verbrauchen vor allem große Gleisbaumaschinengruppen bis zu 1.000 Liter Diesel pro Gleiskilometer. Damit ist sowohl der Einsatz und als auch die Wartung dieser Spezialfahrzeuge besonders ressourcenintensiv. Das Institut für Eisenbahnwesen und Verkehrswirtschaft der Technischen Universität Graz sieht die Lösung in alternativen Antriebssystemen. Diese könnten eine erhebliche Reduzierung der schädlichen Emissionen bewirken, so die Forschenden.

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Ziel: Klimabilanz von Gleisbaumaschinen verbessern

Zwar verursachen die Gleisbaumaschinen klimaschädliche Emissionen, doch haben die Spezialfahrzeuge in der Regel auch eine recht lange Lebensdauer. Aus diesem Grund „kann man im Sinne der Nachhaltigkeit nicht adhoc mit einer Innovation dazwischengrätschen und Maschinen verschrotten, die erst vor zehn, 15 Jahren beschafft wurden“, sagt Matthias Landgraf vom Institut für Eisenbahnwesen und Verkehrswirtschaft der TU Graz. Daher konzentrierten sich die Forschenden in erster Linie auf die spezifische Arbeitsweise der Spezialfahrzeuge mit der Absicht die Emissionen zu reduzieren und somit die Klimabilanz der Maschinen zu verbessern.

Zusammen mit dem Weltmarktführer, Plasser & Theurer, untersuchten sie verschiedene Gleisbaumaschinen und forschten an der optimalen, fossilfreien Antriebstechnologie. Daneben analysierten die Forschenden auch 3.000 Nebenfahrzeuge für eine optimierte Umsetzung. Nebenfahrzeuge sind ebenfalls Schienenfahrzeuge, die für bestimmte Betriebs- und Sonderzwecke eingesetzt werden (zum Beispiel: Schotterplaniermaschinen oder Anhängerfahrzeuge).

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Je nach Gleisbaumaschine unterschiedliche Antriebstechnologien

Für die Auswertung der Ergebnisse nutzen die Forschenden das Calculatiton of Comparison for Alternative Solutions, kurz CalCAS, ein an der TU Graz entwickeltes Berechnungsprogramm. Dabei kam heraus, dass je nach Energiebedarf der jeweiligen Gleisbaumaschine unterschiedliche Antriebstechnologien sinnvoll sind. So könnten etwa 35% der eingesetzten Maschinen ihren Energiebezug elektrisch über die Oberleitung abdecken.

Für Gleisbaumaschinen mit einem Energiebedarf von bis zu 800 Kilowattstanden (kWh) rät das Forschungsteam zu einer Batterielösung als Hybrid mit Oberleitung zum Aufladen. Landgraf ist sich zudem sicher, dass sich im Energiesektor noch viel tun wird und in naher Zukunft der Einsatz reiner Batterielösungen möglich ist. Für Gleisbaumaschinen mit einem Energiebedarf über 800 kWh empfehlen die Forschenden einen Antrieb mittels Wasserstoff-Brennstoffzellen-Technologie. Um die klimaschädlichen Emissionen bereits bestehender Maschinen zu verringern, könnten Betreiber zur Überbrückung auf Biokraftstoffe oder auf synthetische Kraftstoffe setzen. Mittelfristig sei Flüssigwasserstoff in Kombination mit einem Verbrennungsmotor eine Option.

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Alternative Antriebstechnologien erfordern den Ausbau der Energieinfrastruktur

Optimierungen sind dringend erforderlich: Die Gleisinstandhaltungsarbeiten in Österreich verursachen jedes Jahr etwa 9.600 Tonnen klimaschädliches CO₂. Die Umstellung auf alternative Antriebstechnologien von Gleisbaumaschinen könnte demnach einen erheblichen Beitrag zur Reduktion der Treibhausgasemissionen beitragen.

Das haben auch die Zuggesellschaften erkannt. So wollen die Deutsche Bahn, die Österreichische Bundesbahnen und weitere Bahngesellschaften spätestens ab 2030 keine neuen fossil betriebenen Maschinen mehr erwerben. Gleichzeitig müssen alternative Antriebstechnologien und die dazugehörige Energieinfrastruktur weiter ausgebaut werden – nur dann ist eine erfolgreiche Umstellung möglich. Am Ende sind es viele Faktoren, die für emissionsfreie Gleisbauarbeiten entscheidend sind. Doch die Ergebnisse der Studie könnten einen entscheidenden Beitrag zur Umsetzung leisten. „Im besten Fall fließen diese Ergebnisse in Regelwerke und Ausschreibungsrichtlinien ein. Das würde den Herstellern von Gleisbaumaschinen enorm bei einem Umdenken und Umrüsten helfen“, sagt Landgraf. Die Österreichische Bundesbahnen setzt bereits dieses Jahr die ersten alternativ betriebenen Instandhaltungsmaschinen ein.

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