Wasserstoff statt Diesel

Derzeit sind nur die Hälfte aller Schienenstrecken in Europa elektrifiziert. Auf den anderen Routen muss notgedrungen mit Dieselloks gefahren werden, die allerdings immer schon eine Art Elektro mit Range Extender waren. Die Dieseltriebwerke liefern also nur die Energie, mit der ein E-Motor dann für Antrieb sorgt, was natürlich eine optimale Voraussetzung ist, hier den Selbstzünder gegen eine Brennstoffzelle auszutauschen. Und genau das hat Toyota jetzt vor. Als Mitglied des europäischen FCH2RAIL-Konsortiums liefern die Japaner nun Brennstoffzellenmodule für einen wasserstoffbetriebenen Zug. Dieses Konsortium, dem neben Toyota auch weitere Partner aus Deutschland, Belgien, Spanien und Portugal angehören, entwickelt einen emissionsfreien Zug-Prototypen. Sein Herzstück ist ein hybrides, bimodales Antriebssystem, das die elektrische Energieversorgung aus der Oberleitung mit einem wasserstoffbetriebenen Brennstoffzellen- und Batteriesystem kombiniert. Sind Oberleitungen verfügbar, entnimmt der Zug den dortigen Strom. Ansonsten kommt die Energie aus dem sogenannten „Fuel Cell Hybrid Power Pack‘‘. Das modulare Antriebssystem nach dem Baukastenprinzip lässt sich beliebig anpassen. Mehr Wasserstofftanks erhöhen beispielsweise die Reichweite, während die Zahl der Brennstoffzellen- und Batteriemodule die Antriebsleistung beeinflusst. Durch diese Flexibilität kann ein Zug ganz nach den individuellen Bedürfnissen gestaltet werden – sowohl für den Personen- als auch für den Güterverkehr.

Innerhalb von vier Jahren soll mit einem Budget von 14 Millionen Euro ein entsprechendes Antriebssystem entwickelt, getestet und zugelassen werden. Gefördert wird das Projekt dabei mit zehn Millionen Euro von der Technologie-Initiative „Fuel Cells and Hydrogen 2 Joint Undertaking‘‘ (FCH 2 JU). 

Im Rahmen des Projekts wird ein elektrischer Nahverkehrszug des spanischen Herstellers CAF umgebaut, der von der spanischen Staatsbahn Renfe zur Verfügung gestellt wird. Eine der zentralen Komponenten des Energiesystems an Bord sind die verpackten Brennstoffzellen-Systemmodule von Toyota Motor Europe (TME), während CAF die Batterien und Stromrichter liefert.

Toyota macht sich hier seine Erfahrungen mit der inzwischen in zweiter Modellgeneration erhältlichen Brennstoffzellenlimousine Mirai zunutze. „Als Teil des Konsortiums ergreifen wir die Gelegenheit, unsere Brennstoffzellentechnologie in eine andere Art der Anwendung zu bringen. Wasserstoff spielt eine wichtige Rolle bei der Dekarbonisierung der europäischen Eisenbahnen. Wir freuen uns, Toyota Brennstoffzellenmodule in das ‚Fuel Cell Hybrid Power Pack‘ zu integrieren‘‘, erklärt Thiebault Paquet, Direktor der Fuel Cell Business Group bei Toyota Motor Europe.  

Erste Funktionstests mit dem Zug-Prototypen und Probeläufe für die Zulassung finden auf spanischen und portugiesischen Bahnstrecken statt. Das spanische Wasserstoff-Forschungszentrum Centro National de Hidrogeno (CNH2) wurde unter anderem mit dem Bau einer Wasserstoff- Tankstelle zur Betankung des Prototyps betraut. 

Herausforderungen und Ziele 

Die Abwärme der Brennstoffzellenmodule soll darüber hinaus effizient zum Heizen und Klimatisieren des Zuges genutzt werden. Neben den technischen Herausforderungen werden auch Normen und Standards in den Bereichen Wasserstoff und Schienenverkehr überprüft. Das Ziel: ein sicheres Zusammenspiel zwischen der Wasserstofftechnologie und der Oberleitung jederzeit zu gewährleisten. Aufbauend auf diesen Erkenntnissen, entwickelt das Projektteam Vorschläge für die zuständigen Behörden, um in naher Zukunft die EU-weite Zulassung solcher Züge zu erleichtern.