Aus den genannten physikalischen Gegebenheiten folgt, dass ein Schienenfahrzeug weitaus näher an der – auch kommerziellen – Realisierbarkeit eines Akkumulator betriebenen Antriebs liegen müsste als das neuerdings so hoch gelobte, viel besungene, aus nachvollziehbaren Gründen aber kaum jemals verkaufte Elektroauto. Dabei gab es doch bei der Bahn schon seit 1907 aus Bleiakkumulatoren gespeiste Elektro-Triebwagen. Von 1955 bis 1995 war bei der Deutschen Bundesbahn die BR 515 im Einsatz, ohne dass dies jemals viel Aufsehen erregt hätte. Die Bahn hat nichts, aber auch gar nichts unternommen, um sich an Hand dieses Fahrzeugs in der öffentlichen Wahrnehmung als Innovationsmotor und Vertreterin fortschrittlichen Denkens darzustellen. Dies ist indes kein Wunder, denn 1955 waren solche Themen nicht aktuell. Da hatte man noch andere Sorgen. 1995 dann war das Thema zwar aktuell, dieses Fahrzeug aber schon von vorgestern. Zu jener Zeit gehörte es schon zum alten Eisen (bzw. zum alten Blei). Dabei brachte es dieser Triebwagen damals immerhin schon auf ein Tempo von 100 km/h und fuhr mit einer Aufladung der Pb-Akkus mit einer Kapazität von – je nach Serie – 350 kWh bis 550 kWh rund 300 km weit, natürlich noch ohne stufenlose Stromrichter-Regelung und ohne Rückspeise-Fähigkeit. Die 2 Fahrmotörchen zu je 150 kW Stundenleistung verliehen dem bleischweren Gefährt natürlich nicht die Fahrdynamik, die man mit Strom aus dem Netz auch damals schon gewöhnt war. Der Energie-Verbrauch dagegen errechnet sich hieraus zu sehr bescheidenen 1,2 kWh/km bis 1,8 kWh/km. Wiederum mit einem pauschalen Erzeugungs- und Verteilungs-Wirkungsgrad des Stroms von 33% gerechnet, entspräche dies 0,5 l bis 0,75 l Dieselkraftstoff (oder Heizöl) je Kilometer, die z. B. ein Blockheizkraftwerk zur Erzeugung des Stroms verbräuchte, mit dem das Elektrofahrzeug einen Kilometer weit führe. Das ist also knapp die Hälfte dessen, was die in Abschnitt 4 betrachteten Dieselfahrzeuge zu sich nehmen – bei gleicher Sitzplatz-Kapazität, wenn man der BR 515 den zugehörigen Beiwagen BR 815 anhängt.
Bauen wir doch jetzt einmal auf diesem Wissen auf und entwerfen in Gedanken einen neuen Akku-Triebwagen nach modernsten Erkenntnissen. Als Referenz diene das echte Paradepferd des elektrischen Straßenverkehrs, der imposante zweisitzige Elektro-Sportwagen Tesla Roadster:
- Mit 55 kWh aus Lithium-Ionen-Akkumulatoren fährt dieser Wagen zwischen 90 km und 500 km weit. Die Werksangabe beträgt 350 km. Damit liegt der Verbrauch zwischen 0,1 kWh/km und 0,6 kWh/km. Das ist sehr wenig, aber pro Sitzplatz immer noch das 5- bis 50-Fache des Doppel-Triebwagens BR 515 / 815.
- Diesen statten wir nun mit doppelt so viel Li-Akku-Kapazität aus wie seinerzeit an Pb-Akkus höchstenfalls im Einsatz waren, also mit 1100 kWh. Dadurch verdoppelt sich die Reichweite des Schienenfahrzeugs auf 600 km. Das reicht für eine 16-Stunden-Schicht im Nahverkehr.
- Dank der vierfachen Energiedichte der Li-Akkus kann das Akku-Gewicht gleichzeitig halbiert werden. In »Tesla«-Akkus gerechnet wären es 20 Stück zu je 450 kg, also etwa 9 t.
- Es lässt sich auch wie folgt rechnen: Die Masse des Motorwagens BR 515 wird mit 49 t … 56 t, die Akku-Kapazität mit 352 kWh … 602 kWh angegeben. Mit der Annahme, der Unterschied in den Bauformen erschöpfe sich in der unterschiedlichen Kapazität, lässt sich hieraus die mutmaßliche Energiedichte der damals verwendeten Akkumulatoren zu
- Diese Einsparung beim Gewicht und die optimierte Antriebssteuerung mit Rückspeisung dürfte näherungsweise den Brutto-Mehrverbrauch kompensieren, den ein modernes Fahrzeug durch zeitgemäß erhöhte Fahrdynamik – mindestens 140 km/h, besser 160 km/h Höchstgeschwindigkeit – und durch verbesserten Komfort (z. B. Klimaanlage) zwangsläufig mit sich brächte.
- Der Akkumulator des »Tesla« soll sich angeblich mit 10.000 $ im Preis des Fahrzeugs niederschlagen. Dies kann indes nicht stimmen – und muss es auch nicht, denn der Preis des gesamten Fahrzeugs wird mit über 100.000 $ genannt, und in einer Studie des VDE werden für Lithium-Ionen-Akkus Kosten von 1000 €/kWh Speicherkapazität angegeben. Man meint und hofft, in den kommenden 5 Jahren bei Etablierung einer Massenfertigung, so es denn dazu käme, auf Preise im Bereich von 300 €/kWh für Hochenergiebatterien und 500 €/kWh für Hochleistungsbatterien zu kommen.
- Rechnen wir also einmal mit 800 €/kWh, so müsste man für 20 »Tesla«-Akkus einen Preis von etwa 900.000 € rechnen. Die Lebensdauer gibt der VDE mit 3000 Ladezyklen an. So würde sich der Kaufpreis der Zellen, auf die im Laufe ihres Lebens gespeicherte Energie (3000 * 1100 kWh) umgerechnet, also mit einem Zuschlag von mindestens 27 Cent auf die Kilowattstunde Strom bemerkbar machen.
errechnen. Dies entspricht grob einem Viertel der 55 kWh aus 0,45 t Akkus im Tesla und bestätigt hiermit die vierfache Energiedichte.
Akku-Strom 4 Mal so teuer – und doch billiger als Diesel!
Der Strom aus dem Akku ist also mit 36 Cent mindestens 4 Mal so teuer wie »gewöhnlicher« Bahnstrom. Da das Fahrzeug aber mindestens so effizient wie der alte Akku-Triebwagen sein und also mit etwa 1,5 kWh/km auskommen dürfte, lägen die Energiekosten – wie gesagt, einschließlich Abnutzung des Akkus! – nur bei ≈ 54 Cent je Kilometer. Ein Dieseltriebwagen, der 1,7 l/km schluckt, bringt es auf fast 2 Euro je Kilometer, da die »Schienensteuer« für Dieselkraftstoff bei der Bahn offenbar um nichts niedriger liegt als die Straßensteuer, die der PKW-Nutzer an der Tankstelle entrichten muss. Nebenbei bemerkt werden damit die Schienen zwei Mal bezahlt, weil die Bahn sie selbst legen und pflegen muss, doch auch ohne diese Schieflage, etwa zum Preis von Heizöl, sähe die Bilanz für den Dieseltriebwagen sehr schlecht aus. Die Energiekosten wären noch immer doppelt so hoch wie bei unserem Akku-Fahrzeug.
Aufgeladen würde dieses zum günstigen Nachttarif, denn am Tage ist das Fahrzeug im Dienst. So trüge es auch noch zur Lastgang-Regulierung bei, statt die Lastgang-Problematik zu verschärfen, wie die konventionellen E-Fahrzeuge es natürlich tun. Folglich wäre mit einem deutlich niedrigeren Strompreis als 9 Cent zu rechnen. In der Tat findet man z. B. bei der ÖBB flexible, von der Tageszeit abhängige Tarife, die zur Hauptverkehrszeit eher bei 15 Cent liegen – dies allerdings auch für die Rückspeisung.
Ökologisch ginge die Rechnung ohnehin auf, denn selbst wenn rein fossil erzeugter Strom eingesetzt wird, reduziert sich der Brennstoff-Bedarf auf ein Drittel. In Ländern, deren Stromversorgung in erster Linie auf Wasserkraft beruht (Schweiz 50%, Österreich 60%, Brasilien 85%, Norwegen 99%), zieht das ökologische Argument entsprechend stärker. Eigentlich sollten die Bahnen Europas ganz schnell solche Fahrzeuge auf die Schiene bringen, ehe die derzeit verfügbaren Vorräte an Lithium für weniger sinnvolle Anwendungen vergriffen sind. Weitere Argumente ergäben sich auf Nebenstrecken – alle anderen sind ohnehin elektrifiziert – für leise und abgasfreie Fahrten durch Wohngebiete, Naturschutzgebiete, Tunnel und andere Problemfelder.
Ein weiteres Anwendungs-Gebiet für reinen Akkumulator-Antrieb wäre der Verschiebedienst, also Rangierloks. Kaum irgendwo bringen Verbrennungsmotoren einen so großen Teil ihrer Betriebszeit im Leerlauf zu, während die gelegentliche Abforderung großer Zugkräfte über kurze Zeit dem Elektromotor ebenso wie vielen Akkumulatortypen wie auf den Leib geschrieben ist. In den USA wurde kürzlich eine Lokomotive mit Pb-Akkumulatoren herausgebracht. Die Leistungs-Merkmale sind nicht berauschend, aber das müssen sie auch nicht. Das hohe Gewicht hat gerade für den Verschiebedienst seine Vorteile und beeinträchtigt andererseits die Energiebilanz bei diesen niedrigen Geschwindigkeiten so gut wie gar nicht.
Sorgenkind Heizung
Die Frage ist dann noch, wie man das neuartige Fahrzeug beheizt. Das alte Auslaufmodell war mit einer Ölheizung versehen, doch dies kann nicht der Sinn der Sache sein. Eine übliche Bahn-Elektroheizung würde die Reichweite des Akkus zu sehr schmälern. Vielleicht käme für den Akku-Triebwagen der Zukunft nur eine weitere Verbesserung der Wärme-Isolierung des Wagenkastens zusammen mit einer Wärmepumpe in Frage. Diese ist in Form der Klimaanlage – siehe mehr Komfort – ohnehin vorhanden. Man müsste diese nur anders herum arbeiten lassen. Oder man müsste wieder einmal kombinieren.
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