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07-08 | 2018

Energiespeicherung sowie

Energiespeicherung sowie ein intelligentes Management von Antriebsleistung und verfügbarer Energie. Dank der flexiblen Energiespeicherung, dem Energiemanagement und einem effizienten Energieträger weist der Coradia iLint – bezogen auf die zurückgelegte Strecke – einen niedrigeren Energieverbrauch und eine höhere Energieeffizienz gegenüber einem Energie herkömmlichen Dieseltriebzug auf. Die Leistungsdaten der Züge sind vergleichbar mit denen der letzten Generation von Coradia Lint Dieseltriebzügen, d.h. ihre Höchstgeschwindigkeit liegt auch bei 140 km/h und sie haben eine vergleichbare Beschleunigungs- und Bremsleistung. Außerdem ist ihre Fahrgastkapazität genauso hoch wie bei der letzten Generation von Coradia Lint Dieseltriebzügen. • Die Züge werden elektrisch angetrieben. Die elektrische Energie wird an Bord in einer Brennstoffzelle erzeugt und in lendioxid Batterien in die zwischengespeichert. Atmosphäre – das bekanntlich massiv zur Erderwärmung lich gegenüber der aggressiven Wassernetischer in elektrische Energie) füllt hältern, die weitestgehend unempfind- Rekuperation (Rückwandlung von ki- beiträgt. Die Verbrennung von Wasserstoff setzt jedoch fast ausschließlich tanks von Wasserstofffahrzeugen müsstoffversprödung sind. Die Speicher- dann wieder die Akkus auf. • Die Brennstoffzelle liefert elektrische Energie durch die Reaktion von Wasserstoff, der in Tanks an Bord gelagert wird, mit Sauerstoff aus der Umgebungsluft. Es werden lediglich Wasserdampf und Wasser abgeführt. Wasser frei; und im Gegensatz zu Erdöl sen die Energie mit möglichst hoher Grüne Welle auf Schienen ist Wasserstoff auf der Erde prinzipiell Dichte speichern und hohen Temperaturunterschieden wenn standhalten, diese nicht benötigt bevor wird, dustrie oder aus an einer der kinetischen umweltschonenden Energie Al- Seit rund 15 Jahren arbeitet die Zugin- unendlich • Die Batterie vorhanden speichert (siehe Energie auch Infokasten): des Wenig Zuges überraschend, während des (elektrischen) dass Was- Bremsens. der Wasserstoff Diese Energie über kann ein in gasdichtes Beschleunigungsphasen ternative für genutzt Schienenfahrzeuge, werden. die aus der Brennstoffzelle, serstoff mit diesen Eigenschaften m Fokus für alternative Antriebe steht. Nicht Rohrleitungssystem in die Brennstoffzelle geführt wird. So beträgt der Tankdruck Wasserstoff als Energiespeicher und -quelle nutzt. Vereinzelte Varianten von nur für den Straßenverkehr, sondern bis zu 350 bar – ähnlich wie bei brennstoffzellenbetriebenen Zügen auch für Schienenfahrzeuge. Wasserstoffbussen. Wasserstofftanks gibt es bereits: Sonderanfertigungen Denn rund 50 Prozent des deutschen und Brennstoffzellen tragen die Züge umgerüsteter Rangierloks im Bergbau Bahnnetzes sind nicht elektrifiziert – auf dem Dach, die Batterietechnik ist oder Lokomotiven im Güterverkehr Moderne weltweit liegt Energieversorgung der Anteil sogar bei und zwei -speicherung unterflur montiert. kombiniert Diese mit Lithium-Ionen-Speicher einem intelligentem werden bereits Energiemanagement mit Wasserstoff angetrie- Dritteln. Deshalb blasen die über 2.700 puffern: Sie schießen in ben. Mit dem vom Nationalen Innova- bundesweit eingesetzten Dieseltriebzüge Beschleunigungsphasen elektrischen tionsprogramm (NIP) unterstützten pro Jahr rund eine Million Tonnen Strom zu, denn die benötigte Antriebs- „Coradia iLint“ ist der erste Zug in Seri- CO 2 in die Luft. Eine vielversprechende leistung von 800 kW liegt deutlich über enfertigung unterwegs. Angetrieben Alternative kommt mit dem Alstom Coradia iLint, denn mit seinem Brennstoffzellenantrieb belastet der Zug weder Mensch noch Umwelt durch Staubpartikel der Leistung der Brennstoffzellen von 200 kW. Deren Leistung reicht für Konstantfahrt, während sie in Bremsphasen sogar heruntergefahren werden – die mit einer Brennstoffzelle kann er längere Strecken zurücklegen und in größeren Stückzahlen hergestellt werden. Von der Stromgewinnung bis zum Be- oder Stickoxide. Anspruchsvolle Technik Die aktuelle Prüfschleife zeigt es an: Unter den Verkleidungen des Nahverkehrszuges steckt für Schienenfahrzeuge neue, ungewohnte Technik. Das betrifft zunächst den Speicher für das Betriebsmittel Wasserstoff. So einfach das Gas auch chemisch aufgebaut ist, so anspruchsvoll ist der Umgang mit ihm. Notwendig sind für höchste Sicherheits- und Effizienzstandards ausgelegten Speicherbehälter, Leitungs- und Tanksysteme, denn die Speicherung von Wasserstoff benötigt – anders als bei Diesel – hohen Druck (an Bord der © ALSTOM SA, 2016. All rights reserved. ALSTOM, the ALSTOM logo, all alternative versions and all mentioned trademarks of Alstom’s Transport Domain, are the brands and trademarks Züge) of ALSTOM bzw. SA. The Kühlung other names mentioned (an der registered stationären or not, belong to their respective owners. Technical and other forms of data contained in the present document are given for the purposes of information only. ALSTOM reserves the right to reconsider or change this data at any time and without warning. Tankstelle Bremervörde). Für weitere Informationen: Alstom 48, rue Albert Dhalenne 93842 Saint-Ouen, Cedex France Phone: +33 1 57 06 90 00 Besuchen Sie uns Online: www.alstom.com Brennstoffzellen leisten 200 KW So lagert gasförmiger Wasserstoff sicher in nahtlosen Edelstahl-Druckbe- Auch von innen deutet nichts auf das geänderte technische Konzept hin. 42 UmweltMagazin Juli - August 2018

Energie Erst der Blick aufs Dach offenbart den Unterschied: Deutlich sind die Kühlventilatoren der Brennstoffzellen zu sehen. Auch die Wasserstofftanks befinden sich oben, während die Akkus unterflur montiert sind. trieb des Wasserstoffzugs fallen nur Restprodukte wie Wasserdampf und Kondenswasser an, während er sich lediglich mit leisen Abrollgeräuschen seinen Weg durch den Regionalverkehr Wasserstoff und Brennstoffzelle bahnt. Auf seinem Dach befindet sich ein Tank mit gasförmigem Wasserstoff, der über ein gasdichtes Leitungssystem aus nahtlos verschweißtem Edelstahl zu der im Boden des Zuges liegenden Wasserstoff kommt auf der Erde vor allem in Wasser, dort in Verbindung mit Sauerstoff ((H 2 O), aber auch in vielen fossilen Brennstoffen vor. Es ist das leichteste aller Elemente, hat mit -253 °C einen extrem tiefen Siedepunkt, ein hohes Diffusionsvermögen und eine hohe Wärmekapazität. Im Universum mit 90 Prozent das häufigste chemische Element, existiert Wasserstoff auf der Erde jedoch hauptsächlich als Bestandteil von Verbindungen wie Wasser, Erdgas oder Erdöl. Dort tritt er aufgrund seiner physikalischen Eigenschaften aber meist gasförmig auf. Größter Erzeuger zur Deckung des enormen Bedarfs ist die chemische Industrie, wo Wasserstoff als Neben- oder Koppelprodukt anfällt. Wasserstoff lässt sich, ähnlich wie Erdölraffinate, zwar auch in klassischen Hubkolbenmotoren verbrennen (beispielsweise Mazda RX-8 Hydrogen RE). Aufgrund des guten Wirkungsgrades hat sich indes die Brennstoffzelle als Wandler durchgesetzt. Ihr wird Wasserstoff zugeführt, der mit dem Luftsauerstoff reagiert. Bei dieser direkten Umwandlung von chemischer- in Elektroenergie – auch „kalten“ Verbrennung genannt – liegt der Wirkungsgrad höher als herkömmlichen Verbrennungsmotoren. Mit Wasserstoff betriebene Brennstoffzellen werden seit Jahren in Raum- und Luftfahrt, dem Schiffbau (unter anderem U-Boote) und bei Nutzfahrzeugen eingesetzt. Auch Pkw mit Brennstoffzellen-Technik sind verfügbar, das Angebot wächst. Die Brennstoffzellen der Züge stammen von Hydrogenics aus Gladbeck. Den Wasserstoff für die Alstrom-Züge in Niedersachsen liefert Air Products, für den Serieneinsatz der weiteren Züge ab 2021 wird Alstom mit Linde zusammenarbeiten. Der Wasserstoff stammt zunächst aus industrieller Erzeugung. In einer späteren Projektphase ist allerdings die Produktion von Wasserstoff per Elektrolyse mit Strom aus Windkraft geplant. Erst mit der Verwendung von regenerativ erzeugtem Strom ist der Betrieb nicht nur lokal emissionsfrei, sondern erfüllt die Anforderungen einer nachhaltigen Wasserstoffwirtschaft. Bis 2050 sollen Elektrolysesysteme mit einer Leistung von insgesamt 268.000 Megawatt installiert werden. Bilder: Alstom Brennstoffzelle geleitet wird. Rund 30 Kilogramm orbitalgeschweißte Rohre, zwei Kilogramm Rohrverschraubungen und 60 Kilogramm Ventilgehäuse aus Edelstahl der Güte 1.4571 werden hierzu pro Fahrzeug verbaut, um die erforderlichen Sicherheits- und Effizienzstandards der Systeme zu gewährleisten. Die durch die Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff in der Brennstoffzelle erzeugte elektrische Energie treibt den Zug an, während Lithium-Ionen-Batterien sie zusätzlich speichern. Die Kombination von Antriebskraft und verfügbarer Energie prädestiniert den Hydrail deshalb besonders für den Einsatz auf nicht-elektrifizierten Strecken. Höchsttempo 140 km/h Die Betankung mit Hochdruckwasserstoff erfolgt über eine gasdichte Kryopumpe aus verschleiß- und korrosionsbeständigem Edelstahl. Da beim Ablassen des gasförmigen Wasserstoffs enorme mechanische Belastungen auf die Rückschlagventile wirken, bestehen sie in der Regel ebenfalls aus extrem widerstandsfähigem Edelstahl. Sie ermöglichen das bedarfsgerechte Tanken des Zuges und sind ebenso robust wie langlebig im direkten Kontakt mit Wasserstoff. Eine Hochdruck-Betankungskupplung und Tanknippel aus Edelstahl Rostfrei der Güte 1.4404 und 1.4571 bewirken geräuscharmes Tanken wie auch maximalen Durchfluss. Vollgetankt kommt der Hydrail so zwischen 600 und 800 Kilometer weit und erreicht eine Höchstgeschwindigkeit von bis zu 140 Stundenkilometern – exakt genauso schnell wie das per Dieselantrieb betriebene, konventionelle Pendant. Deshalb wird er insbesondere im Regionalverkehr mit bis zu 300 Passagieren pro Zug eingesetzt. „Bahn frei“ heißt es innerhalb der nächsten Jahre für 60 weitere dieser emissionsfreien Elektrozüge in Niedersachsen, Nordrhein-Westfalen, Hessen sowie Baden-Württemberg. Auch die Niederlande, Dänemark und Norwegen haben bereits Interesse am Hydrail angemeldet. Ursula Herrling-Tusch, herrling-tusch@impetus-pr.de, Martin Vogt, vogt@springer-vdi-verlag.de UmweltMagazin Juli - August 2018 43

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