Nachhaltiger Rangierbetrieb im Hafen
Forschungsprojekt „sH2unter@ports“ hat Einsatzmöglichkeiten von Wasserstoffantrieben untersucht
Um den Hafenbetrieb nachhaltiger und klimaschonend zu gestalten, wäre eine Umrüstung des Rangierbetriebes auf erneuerbare Energien ein wichtiger Schritt. Im Forschungsprojekt „sH2unter@ports“ haben sich sechs Unternehmen und Forschungseinrichtungen zusammengetan, um die Einsatzmöglichkeiten alternativer Kraftstoffe bei Rangierlokomotiven zu untersuchen. Ihre Ergebnisse haben sie kürzlich im Hamburger Hafen bei dem Projektpartner Hamburg Port Authority vor einem großen Fachpublikum vorgestellt.
Die Bahn ist ein vergleichsweise klimafreundliches Verkehrsmittel. Da die Züge auf vielen Strecken bereits über Oberleitungen mit Strom versorgt werden, ist prinzipiell eine vollständige Umstellung auf Ökostrom aus erneuerbaren Energien möglich. Für Rangierlokomotiven in den Häfen gilt dies nicht. Damit sie auch in Bereichen ohne Oberleitungen fahren können, werden sie überwiegend mit Diesel betrieben. Um die Klimaziele zu erreichen, müssten sie auf klimafreundliche Antriebe umgerüstet werden. Das ist jedoch nicht so einfach. „Die Umrüstung und der Neubau von Rangierloks mit alternativen Antriebstechnologien erfordert eine genaue Bewertung der Einsatzbedingungen, der technischen Möglichkeiten und der vorhandenen Infrastruktur, um die richtige Lösungsvariante zu identifizieren“, sagt Prof. Dr.-Ing. Benjamin Wagner vom Berg, zuständiger Projektleiter für das Smart Mobility Institute der Hochschule Bremerhaven.
Das Projekt „sH2unter@ports“ hat Alternativen zum Dieseleinsatz im Rangierbetrieb untersucht. Dabei ging es um die Frage, ob die Lokomotiven zukünftig effizient mit Wasserstoff betrieben werden könnten. Zunächst haben die Forschenden dafür eine herkömmliche mit hydriertem Pflanzenöl (HVO) betriebene Lok mit Mess-Sensorik ausgestattet. So konnte das tatsächliche Leistungsprofil einer Rangierlok in den Hafengebieten Hamburg und Bremerhaven aufgenommen und als Grundlage für die zu entwickelnden alternativen Antriebstechnologien eingesetzt werden. „Das ergibt sich unter anderem aus dem Gesamtgewicht der angehängten Lasten, der Beschleunigung im Betrieb und dem Profil des Streckennetzes in den Häfen. Die Anfahrtsenergie steigt schon bei kleinen Anhöhen um ein Vielfaches. Zudem spielt die Art des Einsatzes eine wichtige Rolle, da der Betriebsablauf nicht durch lange oder häufige Tankvorgänge oder auch Ladezeiten gestört werden darf“, erklärt Projektmitarbeiter Senad Hasanspahic.
Der Fokus der Forschenden lag auf Wasserstoff. Dabei haben sie festgestellt, dass dieser in verschiedenen Einsatzbereichen, sowohl im Betrieb als auch in der Infrastruktur, eine vielversprechende Lösungsoption darstellt. Ein Vorteil: Bereits vorhandene Rangierloks müssten nicht ersetzt, sondern könnten auf Wasserstoffantriebe, also H2-Verbrennermotoren auch in Kombination mit Generator-Batteriesystemen, umgerüstet werden. Dies wäre sowohl ökonomisch als auch ökologisch sinnvoll. „Steigende Kosten für fossile Brennstoffe und CO2-Emissionen müssen bei der Frage nach der Wirtschaftlichkeit berücksichtigt werden. Hier kann die Umrüstung auf lange Sicht günstiger sein als der Weiterbetrieb der Dieselloks“, sagt Uta Kühne vom Smart Mobility Institute. Mittelfristig müsse es jedoch Konzepte für den Neubau von klimaneutralen, effizienten Rangierloks geben, die über Brennstoffzellenantriebe oder eine Kombination aus Oberleitung und Batterien verfügen. Die Entwicklung solcher Lokomotiven kann im Anschluss an das Projekt und auf Grundlage der Ergebnisse durch den Projektpartner ALSTOM Lokomotiven Service GmbH erfolgen. Insofern hat das Projekt einen wichtigen Beitrag für eine notwendige Serienfertigung und einen zukünftigen klimafreundlichen Hafenbetrieb geleistet.
Um zu prüfen, ob Wasserstoff die effizienteste Lösung ist, wurden auch Antriebe mit Oberleitungen und Batterie sowie der Betrieb mit HVO untersucht und verglichen. Die Grundlage für alle Analysen bildeten umfangreiche Messreihen in den Seehäfen Hamburg und Bremerhaven. Im Bremerhavener Überseehafen wird HVO bereits seit 2023 als Alternative zu Diesel verwendet. Da bei der Verbrennung CO2 freigesetzt wird, das zuvor von den Pflanzen aus der Atmosphäre aufgenommen wurde, gilt dieser Kraftstoff als klimaneutral. Eine langfristige Lösung sei er allerdings nicht. „Ein Vorteil von HVO ist die schnelle Einsetzbarkeit ohne umfangreiche Umrüstungen der Loks. Da die Bereitstellung dieses Kraftstoffs jedoch nur in begrenzten Umfang ohne Flächen- und Ressourcenkonkurrenz möglich ist, handelt es sich um eine sinnvolle aber zeitlich und umfänglich begrenzte Brückentechnologie“, sagt Prof. Wagner vom Berg. Grundsätzlich sei der Ersatz der dieselgetriebenen Rangierlokomotiven durch alternative Antriebe bei der Defossilisierung der Häfen aber als alternativlos zu betrachten.
Das Forschungs- und Entwicklungsprojekt „sH2unter@ports“ wurde im Rahmen des Nationalen Innovationsprogramms Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie durch das Bundesministerium für Digitales und Verkehr gefördert. Die Förderrichtlinie wird von der NOW GmbH koordiniert und durch den Projektträger Jülich (PtJ) umgesetzt. Das Projektvolumen beläuft sich insgesamt auf über 1,2 Millionen Euro.
Das Projektteam setzt sich aus dem Lokomotivhersteller (Alstom), dem Eisenbahnbetriebsunternehmen (evb), dem Smart Mobility Institute der Hochschule Bremerhaven, dem Institut für Energie und Kreislaufwirtschaft (IEKrW) der Hochschule Bremen, sowie den Integrationspartnern für den Hafenstandort Bremerhaven (bremenports) und dem Hafenstandort Hamburg (Hamburg Port Authority) zusammen.
Weitere Informationen zum Projekt unter https://sh2unter.com.
Mit Begeisterung studieren, lehren und forschen – dafür steht die Hochschule Bremerhaven. In mehr als 20 praxisnahen und innovativen Studiengängen profitieren die rund 3.000 Studierenden von der engen Zusammenarbeit mit der regionalen Wirtschaft und modernen Lehr- und Lernansätzen. Die zahlreichen Forschungsaktivitäten der „Hochschule am Meer“ wurden bereits vielfach ausgezeichnet und unterstützen nachhaltige Entwicklungen in der Region und darüber hinaus.
