Die Zukunft der Mobilität Die Bahn ist am energieeffizientesten

Im Kampf gegen den Klimawandel hat der Verkehrssektor oberste Priorität. Der Verkehr ist für 24 Prozent der weltweiten CO₂-Emissionen verantwortlich, wobei rund drei Viertel der Verkehrsemissionen auf den Personen- und Güterverkehr auf der Straße entfallen. Einige Bereiche der Branche stehen mit Blick auf die Emissionen besser da: Die Bahn ist das energieeffizienteste Verkehrsmittel im Personenverkehr und liegt mit Blick auf die Effizienz beim Güterverkehr gleichauf mit der Schifffahrt.

Wie lässt sich ein deutlich nachhaltigerer Verkehrssektor schaffen?

„Vermeiden, verlagern, verbessern“ – dieser Rahmen für die Verkehrsplanung wurde in den 1990er-Jahren in Deutschland entwickelt. Drei Ziele werden damit verfolgt:

• Vermeidung von unnötigen Emissionen
• Verlagerung des Verkehrs auf effizientere Verkehrsträger
• Verbesserung der Effizienz der bestehenden Verkehrsmittel

Zu den Vermeidungsmaßnahmen gehören Maßnahmen, die Menschen davon abhalten, Langstreckenflüge zu nehmen, sowie die Förderung lokalerer Produktionsformen (zum Beispiel durch innovative Herstellungsverfahren wie 3D-Druck), um die Menge der transportierten Güter zu verringern. Einem Artikel der Computerzeitschrift „Wired“ zufolge legen die einzelnen Komponenten eines iPhones insgesamt mehr als 800.000 Kilometer zurück, bis das Telefon am Point of Sale an den Kunden übergeben wird. Dies macht deutlich, wie transportintensiv viele moderne Konsumgüter sind.

Politische Maßnahmen, die eine Verlagerung des Straßengüterverkehrs und des Personenverkehrs auf die Schiene fördern, sind eine gute Möglichkeit zur Verringerung der Treibhausgasemissionen.

Trotz der potenziellen Vorteile von Vermeidungs- und Verlagerungsstrategien erkennt der Zwischenstaatliche Ausschuss für Klimaänderungen (IPCC) an, dass das Wachstum der Personen- und Güterverkehrsnachfrage stark vom Bevölkerungs- und BIP-Wachstum abhängt. Die Modellszenarien des Gremiums, die mit einer globalen Erwärmung von weniger als 2,5 Grad Celsius vereinbar sind, gehen davon aus, dass der weltweite Güterverkehr bis 2050 um das 1,2- bis 1,7-fache zunehmen wird. Der Personenverkehr wird sich voraussichtlich um das 1,5- bis 1,8-fache erhöhen. Daher werden Strategien zur energetischen Optimierung des Verkehrs die wichtigste Rolle bei der erfolgreichen Reduzierung der Verkehrsemissionen im Rahmen der weltweiten Bemühungen zur Begrenzung der globalen Erwärmung spielen.

Leistungsfähigere Batterien

Die Herausforderungen und Möglichkeiten der Dekarbonisierung sind je nach Verkehrsträger unterschiedlich. Die Technologie für batteriebetriebene Elektroautos ist bereits gut etabliert. Die Batterieproduktion, einschließlich der damit verbundenen Förderung von Lithium und weiteren Mineralien, wird in Zukunft erheblich ausgeweitet werden müssen. Auch wenn dies wahrscheinlich eine Herausforderung darstellt, so hat die Menschheit doch im Laufe der Geschichte schon mehrfach erfolgreich Technologien eingeführt und dabei den damit verbundenen Rohstoffabbau erweitert. Darüber hinaus werden auch die Stromnetze große Investitionen erfordern.

Die Energiedichte von Batterien hat sich in den vergangenen zehn Jahren um das Fünffache verbessert. Weil diese Entwicklung anhält, werden Batterien zunehmend auch in anderen Verkehrsträgern als im Auto zum Einsatz kommen. Dazu gehören Busse, Küsten- und Kurzstreckenschiffe, Passagierfähren und sogar Kurzstrecken-Leichtflugzeuge. Etwa 62 Prozent der Lkw-Fahrten in der EU belaufen sich auf weniger als 400 Kilometer pro Tag – mit Batterien lässt sich diese Distanz gut bewältigen. Für längere Lkw-Fahrten erprobt Deutschland die Batterieladung über Autobahnoberleitungen und plant, diese bis 2030 auf 4.000 Autobahnkilometern zu installieren. Obwohl der Bahnverkehr vergleichsweise sauber und effizient ist, sind weniger als 40 Prozent des weltweiten Schienennetzes elektrifiziert. Die Elektrifizierung bestehender und neuer Strecken kann die Umweltfreundlichkeit des Schienenverkehrs weiter verbessern. Auf Streckenabschnitten, auf denen dies nicht möglich oder wirtschaftlich nicht vertretbar ist, werden Batterien eine wichtige Rolle spielen.

Biokraftstoffe

Mit zunehmender Masse und Reichweite eines Fahrzeugs kommt der Einsatz von Batterien jedoch an Grenzen. Die Luftfahrt und die Schifffahrt sind weithin als Sektoren bekannt, die nur schwer zu dekarbonisieren sind. In diesen Branchen wird seit langem der Einsatz von Biokraftstoffen propagiert, um die künftigen Treibhausgasemissionen zu begrenzen. Biokraftstoffe werden entweder aus Abfällen oder aus Pflanzen hergestellt. Sie sind jedoch umstritten, weil ihre Herstellung Wasserressourcen verbraucht, sich auf die biologische Vielfalt auswirkt und vor allem die landwirtschaftliche Nutzfläche einschränkt, auf der Lebensmittel erzeugt werden können. Auch Fragen der Verfügbarkeit von Rohstoffen und der Kosteneffizienz sind von Bedeutung. Für eine erfolgreiche Dekarbonisierung des Verkehrssektors im weiteren Sinne werden andere Energiequellen erforderlich sein.

Wasserstoff

Wasserstoff hat das Potenzial, eine wichtige Rolle im Betrieb von Verkehrsträgern zu spielen, bei denen Elektrizität nicht realistisch ist. Grüner Wasserstoff kann durch den Einsatz erneuerbarer Energien zum Betrieb von Elektrolyseuren erzeugt werden, die Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff aufspalten. Bei der Verwendung von Wasserstoff als Kraftstoff wird nur Wasser freigesetzt. Die Kosten für die Herstellung von grünem Wasserstoff sinken, und er wird zunehmend wettbewerbsfähig mit anderen Kraftstoffquellen. Die Ausweitung der Produktion von grünem Wasserstoff wird massive Investitionen in Elektrolyseure sowie in Speicher- und Verteilungsinfrastrukturen erfordern. Außerdem muss die Produktionskapazität für erneuerbare Energien erheblich ausgebaut werden.

Das Energie/Gewichts-Verhältnis von Wasserstoff ist deutlich höher als das von Flugzeugtreibstoff. Wasserstoff könnte daher ein hervorragender leichter und sauberer Flugzeugtreibstoff der Zukunft sein. Ein Nachteil ist, dass die Energie pro Volumeneinheit von Wasserstoff geringer ist als die von Kerosin. Wasserstoffbetriebene Flugzeuge der Zukunft müssten ganz anders konstruiert werden als heutige Flugzeuge, damit sowohl in den Flügeln als auch im Rumpf genügend Treibstoff gespeichert werden kann. Airbus entwickelt derzeit drei wasserstoffbetriebene Konzeptflugzeuge und will bis 2035 das erste emissionsfreie Verkehrsflugzeug der Welt entwickeln. Mehrere andere Unternehmen arbeiten an der Entwicklung einer wasserstoffbetriebenen Luftfahrttechnologie, darunter auch das deutsche Unternehmen H2FLY, das vor kurzem einen seiner Prototypen erfolgreich geflogen hat (der erste Flug mit Wasserstoffantrieb fand erstaunlicherweise bereits 1957 statt, was aus heutiger Sicht geradezu phantastisch klingt). Dennoch dürfte es noch mehr als ein Jahrzehnt dauern, bis kommerzielle Flüge mit Wasserstoffantrieb angeboten werden können. Die Nutzung der Technologie erfordert nicht nur eine erhebliche Ausweitung der Produktion von grünem Wasserstoff, sondern hängt auch von der Entwicklung der Antriebstechnologien, der Flugzeugkonstruktion und der unterstützenden Luftfahrtinfrastruktur ab.

Das erwähnte große Volumen, das für die Wasserstoffspeicherung erforderlich ist, schränkt die wahrscheinliche Verwendung von Wasserstoff als Schiffskraftstoff wahrscheinlich ein, da zu viel Frachtkapazitäten für die Kraftstoffspeicherung aufgegeben werden müssten.

Ammoniak

Ammoniak, das kohlenstofffrei ist und aus Wasserstoff und Stickstoff besteht, ist ein möglicher Schiffskraftstoff der Zukunft. Sein Energie/Gewichts-Verhältnis ist niedriger als das von Wasserstoff (was die potenzielle Verwendung von Ammoniak als Flugzeugtreibstoff einschränkt), aber seine Energie pro Volumeneinheit ist höher als die von Wasserstoff, was das Problem der Lagerung in der Schifffahrt löst. Der finnische Schifffahrtsausrüster Wärtsilä verfügt bereits über ein bewährtes Motorkonzept, bei dem Ammoniakmischungen von bis zu 70 Prozent verwendet werden, und das Unternehmen arbeitet mit verschiedenen Branchenexperten an einem reinen Ammoniakmotor. Wärtsilä sieht in Ammoniak die zukünftige Brennstoffzellentechnologie für den Langstrecken-Schiffsverkehr. Es sind jedoch noch Herausforderungen im Zusammenhang mit den Stickoxid-Emissionen (NOx) bei der Verwendung von Ammoniak als Kraftstoff zu bewältigen.

Wingsail-System für Frachtschiffe

In der Zwischenzeit könnte der Schifffahrtssektor schnell und in erheblichem Umfang von einer althergebrachten Form der Fortbewegung auf See profitieren. Das in Frankreich ansässige Unternehmen Airseas hat ein riesiges Drachen-Segel entwickelt, das sowohl auf bestehenden als auch auf neu gebauten Frachtschiffen installiert werden kann. Das Unternehmen gibt an, dass das System die Emissionen um durchschnittlich 20 Prozent reduziert. Cargill wiederum, der weltgrößte Lebens- und Futtermittelhändler, prüft den Einsatz von Starrflügelsegeln auf einigen seiner Schiffe – manchmal sind die alten Ideen die besten.