Mit regional erzeugtem, grünem Wasserstoff aus erneuerbarer Wind- und Sonnenenergie soll zukünftig die Heidekrautbahn (RB27) betrieben werden – so die Vision eines wegweisenden Pilotprojekts für emissionsfreien Schienenverkehr.

Der Landkreis Barnim hat im Jahr 2008 seine Null-Emissions-Strategie verabschiedet, deren wesentliche Elemente unter anderem der Einsatz erneuerbarer Energien und CO₂-freie Mobilität auf kommunaler und regionaler Ebene sind. Der Wasserstoff- bzw. Brennstoffzelltechnologie kommt auf Grund des vorhandenen Windangebots in der Region Brandenburg eine Schlüsselrolle zu.

Der Landkreis Barnim hat mehrere Projekte im Personennah- und Wirtschaftsverkehr identifiziert, die zeitnah auf Wasserstoff- bzw. Brennstoffzelltechnologie umgestellt werden könnten – darunter die Heidekrautbahn (RB27), die von der Niederbarnimer Eisenbahn betrieben wird.

Die Vision eines komplett CO₂-freien Nahverkehrs rückt damit in greifbare Nähe. Gleichzeitig wird mit diesem Projekt die Zielsetzung des Landes Brandenburg hinsichtlich einer CO₂-Emissionsminderung im Mobilitätsbereich unterstützt und ein Beispiel für andere Landkreise gegeben.

Wissenschaftliche Begleitforschung

Das Verbundvorhaben wird durch das Wasserstoff-Forschungszentrum der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus-Senftenberg (BTU) sowie das Institut für Fahrzeugkonzepte des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR) wissenschaftlich begleitet.

ENERTRAG ist Pionier bei der Erzeugung von Wasserstoff aus regionaler Wind- und Sonnenenergie. Bereits vor über zehn Jahren entstand in Brandenburg das erste Hybridkraftwerk, das auf Basis erneuerbarer Energien grünen Wasserstoff produziert.

Für die Versorgung der Heidekrautbahn mit grünem Wasserstoff plant ENERTRAG zwischen den Ortsteilen Wensickendorf, Schmachtenhagen und Zehlendorf bei Oranienburg ein ähnlich konzipiertes Wasserstoffwerk. Entsprechend der Firmenphilosophie wird der Wasserstoff mit Wind- und Solarstrom, also aus 100 % regenerativ erzeugtem Strom aus der Region produziert.

Die Nutzung von regional erzeugtem grünen Wasserstoff ist ein wesentlicher Baustein für eine erfolgreiche Energiewende und bringt zahlreiche Vorteile mit sich: Die Produktion von Wasserstoff mit Strom aus Wind und Sonne macht erneuerbare Energie speicherbar und verhindert eine Überlastung der Stromnetze.

Derzeit befindet ENERTRAG sich kurz vor der Einreichung der Genehmigungsanträge für das neu zu errichtende Wasserstoffwerk. Die Gesamtanlage wird im Wesentlichen aus einem Elektrolyseur, einer Kompressionsanlage und Speichertanks mit einem Fassungsvermögen von 1.800 kg bestehen. Für die Heidekrautbahn wird die Anlage etwa 200 Tonnen Wasserstoff pro Jahr bereitstellen. Dafür werden vier Megawatt Elektrolyseleistung benötigt.

Zusätzlich zur Nutzung von bestehenden Windkraftanlagen plant ENERTRAG vor Ort den Bau einer PV-Freiflächenanlage mit 8 Megawatt Leistung, um eine verlässliche Belieferung des Zugbetriebs mit grünem Wasserstoff sicherzustellen. Denn Windenergie und Photovoltaik ergänzen sich aufgrund ihrer unterschiedlichen Stromerzeugungsprofile gut: Während des Sommers wird etwas weniger Windstrom erzeugt, während PV-Anlagen im windstarken Herbst und Winter weniger Erträge liefern.

Grundsätzlich bietet der Schienenverkehr noch große Potenziale bei der Dekarbonisierung. So sind fast 50 % des deutschen Schienennetzes nicht per Oberleitung elektrifiziert und es sind entsprechend über 2.800 Triebwagen und Triebzüge mit Diesel-elektrischem Antrieb in Deutschland im Einsatz. Auch langfristig werden aus wirtschaftlichen, technischen oder naturschutzrechtlichen Gründen ca. 30 % des Schienennetzes nicht mit Oberleitungen ausgestattet werden können. Hier bietet sich der Einsatz von batterie- oder wasserstoffelektrischen Zügen an, die zudem einen signifikanten Beitrag zur Senkung der CO₂-Emissionen leisten können. Die Nutzung von Wasserstoff auf der Strecke der Heidekrautbahn ermöglicht eine Einsparung von bis zu 2,5 Mio. kg CO₂ und rund 840.000 l Diesel pro Jahr.

Zusätzlich profitieren Anwohnerinnen und Anwohner von geringerer Geräuschemission. Der Aufbau der Wasserstoffinfrastruktur kann zudem weitere Synergiepotenziale mit sich bringen, die sich positiv auf die Energieinfrastruktur einer Region auswirken können. Der Aufbau einer Wasserstoffwirtschaft schafft zudem mittel- bis langfristig mehr Arbeitsplätze als heute. Denn wir werden die komplette Wertschöpfungskette, von der Energieerzeugung bis zum Vertrieb und der Nutzung der Endprodukte, in unserer Region abdecken.

Im Wasserstoff wird die eingesetzte elektrische Energie gespeichert, um in den Brennstoffzellen an Bord der NEB den Motor anzutreiben. Der hergestellte Wasserstoff wird in speziellen Speichertanks auf einem Druckniveau von 300 bis 500 bar gelagert, auf sogenannten Trailern transportiert und auf ausgewiesenen Stellplätzen für die Betankung der Züge bereitgestellt.
Pro Tag braucht die NEB etwa 900 Kilogramm Wasserstoff, abhängig vom Druckniveau genau eine Trailerfüllung oder eine LKW-Ladung.

Die Betankungsanlage planen und bauen die Kreiswerke Barnim, um den Wasserstoff direkt am Gleis in Basdorf zur Verfügung zu stellen. Auf einer Gesamtfläche von 3.000 Quadratmetern werden die Kreiswerke Barnim die Anlage bestehend aus Gasspeicher, Kühlung, Verdichter sowie Steuerungs- und Sicherheitseinrichtungen neben der Dieseltankstelle im ehemaligen Kohlenbunker der NEB errichten.

Im Hinblick auf die Sicherheit begegnen viele Menschen Wasserstoff zunächst mit Vorurteilen. Ist das wirklich sicher? Generell ist Wasserstoff weder giftig noch schädlich für Böden, die Atmosphäre oder den Menschen. Generell ist Wasserstoff nicht gefährlicher als andere Treibstoffe. Er ist sehr leicht und verflüchtigt sich schnell. Neben vielen anderen Aspekten wie der technischen Planung der Gesamtanlage oder dem Natur- und Artenschutz ist auch die Sicherheitstechnik Teil des umfangreichen Planfeststellungsverfahrens zur Genehmigung der Anlage. Noch im Jahr 2023 soll es abgeschlossen sein. Ist das geschafft, startet im September 2024 der Probebetrieb, im Dezember der reguläre Betrieb.

Wasserstoff statt Diesel: Auf der Heidekrautbahn (RB27) sollen statt der bisherigen Dieseltriebwagen ab Dezember 2024 Wasserstoff-Brennstoffzellen-Züge rollen. Damit werden nicht nur auf der Heidekrautbahn, sondern im Brandenburger Schienenpersonennahverkehr überhaupt zum ersten Mal Wasserstoffzüge zum Einsatz kommen. Zudem wird erstmalig eine regionale Infrastruktur geschaffen, die den Einsatz wasserstoffbetriebener Züge ermöglicht.

Die Niederbarnimer Eisenbahn (NEB) hat den Fahrzeughersteller Siemens Mobility beauftragt, sieben zweiteilige Wasserstoff-Züge vom Typ Mireo Plus H zu liefern. Der hochmoderne Wasserstoffzug ist mit einem Brennstoffzellen-Antrieb und einer Lithium-Ionen-Batterie ausgestattet und zeichnet sich durch ein H2-Traktionssystem mit hoher Antriebsleistung von 1,7 MW für eine Beschleunigung von bis zu 1,1 m/s² und eine Höchstgeschwindigkeit von 160 km/h aus.

Mireo Plus H – klimafreundlich weit über die Antriebsart hinaus

Der CO₂-neutrale Wasserstoff für die Züge wird von ENERTRAG in einem Wasserstoffwerk in der Nähe der Heidekrautbahn mittels Elektrolyse aus regional gewonnener Wind- und Sonnenenergie erzeugt. Aus dem Wasserstoff wird direkt in den Zügen Strom für den Betrieb der Züge der RB27 gewonnen. Beim Fahren entsteht als Abfallprodukt nur Wasser – somit sorgt der Mireo Plus H für eine vollständig CO₂-emissionsfreie Mobilität auf der Heidekrautbahn. Pro Jahr können rund 2.500 Tonnen CO₂ und 840.000 Liter Diesel eingespart werden. Zudem werden die Geräusch- und Feinstaubbelastung erheblich reduziert.

Auch über die Antriebsart hinaus ist der Mireo Plus H energiesparend und umweltfreundlich konzipiert. Grundlage hierfür bildet die selbsttragende, geschweißte Leichtbaustruktur in Aluminium-Integralbauweise. Auch die verbesserte Aerodynamik, die Energieeffizienz der Komponenten und das intelligente Bordnetzmanagement tragen zur Reduzierung von Ressourcen und Emissionen bei.

An Bord der zweiteiligen Mireo-Züge herrscht hoher Fahrgastkomfort: Neben einem komfortabel gestalteten, großzügigen Innenraum profitieren Fahrgäste von kostenfreiem WLAN, Displays für dynamische Fahrgastinformationen in Echtzeit, einem gesondert gekennzeichneten Familienbereich und zwei Mehrzweckbereichen mit ausreichend Platz für Kinderwagen, Rollstühle und bis zu zwölf Fahrräder. Die Triebwagen sind auf jeder Seite mit drei Türen ausgestattet, die Fahrgästen im Rollstuhl oder mit Kinderwagen einen problemlosen Ein- und Ausstieg auch bei niedrigeren Bahnsteigen ermöglichen. Auch eine neuartige Wegeleitung im Fahrzeug sorgt für einen zügigen, unkomplizierten und vor allem barrierefreien Fahrgastwechsel.

…und warum auf der Heidekrautbahn?

Die Heidekrautbahn ist ein räumlich überschaubares Schienennetz, das sich vollständig im Besitz der Niederbarnimer Eisenbahn befindet. Die Infrastruktur der Heidekrautbahn bietet daher ideale Bedingungen zur Durchführung eines Pilotprojektes, um Erfahrungswerte für künftige größere Projekte zu sammeln.

Der Mireo Plus H wird im Gesamtnetz der Heidekrautbahn zum Einsatz kommen: auf dem Streckenast Berlin-Karow - Basdorf - Groß Schönebeck/Schmachtenhagen sowie auf der zu reaktivierenden Stammstrecke zwischen Berlin-Wilhelmsruh – Basdorf. Die Betriebsaufnahme ist für Dezember 2024 geplant, zeitgleich mit der Wiederinbetriebnahme der Stammstrecke der Heidekrautbahn.

Die Begleitforschung an der BTU beschäftigt sich mit der Erstellung eines Systemmodells des realen Wasserstoffwerkes des Projektpartners ENERTRAG SE (digitaler Zwilling). Das Modell umfasst dabei die Komponenten Stromerzeugung aus Wind- und Solaranlagen, Wasserstofferzeugung in einem Elektrolyseur, Reinigung und Trocknung des Wasserstoffs, Verdichtung des Wasserstoffs sowie Befüllung von Trailern zum Transport des Wasserstoffes zur Zugtankstelle. Mit Aufnahme des Elektrolysebetriebs wird das Systemmodell mit realen Messdaten validiert. Im Anschluss werden Kostensenkungspotenzialen bei der Herstellung, Reinigung und Speicherung des Wasserstoffs identifiziert und bewertet, um hieraus Empfehlungen für eine optimierte Betriebsführung des Wasserstoffwerks abzuleiten.

Die Begleitforschung am DLR beschäftigt sich mit der systematischen Messdatenerfassung- und Auswertung der Betriebsdaten der Wasserstoff-Brennstoffzellentriebzüge sowie der Wasserstofftankstelle. Parallel werden Simulations- und Auswertungsmodelle erstellt und durch die erhobenen Realdaten validiert. Ziel ist die Erfassung, Analyse und Evaluation technisch-ökonomischer Sachzusammenhänge und der begleitenden Prozesse im Fahrzeug- und Tankstellenbetrieb sowie die Identifikation von Optimierungs- und Kostensenkungspotentialen. Diese werden unmittelbar im laufenden Vorhaben umgesetzt und können als Grundlage für weitere, neue Vorhaben für Empfehlungen bzw. Blaupausen dienen.