300 km/h und Energie-Effizienz – 300 km/h ist besser als 250 km/h

Ist die Höchstgeschwindigkeit von 300 km/h für den Bahn-Fernverkehr ökologisch vertretbar? Es kommt auf den Einzelfall an. Für die Neubaustrecke Bielefeld – Hannover ist die Energiebilanz mit 300 km/h günstiger als mit 250 km/h. Der Deutschlandtakt und die Höchstgeschwindigkeit schaffen die Voraussetzungen dafür, dass Energie eingespart werden kann.

Drei Gründe: 300 km/h ist Energie-effizient

1. Bei Ansatz des durchschnittlichen Besetzungsgrades verbraucht der Bahnverkehr auch mit 300 km/h weit weniger Energie als Elektroautos.
2. Der Deutschlandtakt sichert mit seiner Optimierung der Anschlüsse, dass der Bahnverkehr mit 300 km/h weniger Energie verbraucht als mit 250 km/h.
3. Der Deutschlandtakt sichert mit seiner Optimierung der Fahrzeiten, dass das System Bahn weniger Energie verbraucht als der Flugverkehr.

Hochgeschwindigkeitsverkehr mit 300 km/h

Der Deutschlandtakt sieht auf vielen Fernverkehrslinien und für Neubaustrecken eine Höchstgeschwindigkeit von 300 km/h vor. Diese Höchstgeschwindigkeit wird seit Jahrzehnten in Frankreich und Japan praktiziert. In Deutschland ist mit der Neubaustrecke Köln – Frankfurt erstmals ein Neubau auf diese Höchstgeschwindigkeit ausgelegt.
Die Verbindung Rhein/Ruhr – Berlin war die erste Verbindung, die in den Planungen des Deutschlandtakts aus fahrplantechnischen Gründen auf diese Höchstgeschwindigkeit ausgelegt wurde, um die Knoten Hamm und Hannover zu verbinden. Da der Energieverbrauch mit steigender Geschwindigkeit exponentiell ansteigt, ist die Frage berechtigt: Ist dies ökologisch vertretbar? Die Antwort: Ja.
Hochgeschwindigkeitsverkehr ist an sich schon energieeffizienter und nicht zu beanstanden. Die Schiene ist aufgrund ihres geringen Reibungswerts Stahl-Stahl maximal energieeffizient. Attraktive Reisezeiten auch durch höhere Geschwindigkeiten führen zu einer Verlagerung vom Pkw auf die Bahn. Die Verluste von der Erzeugung bis zur Übertragung der Energie auf das Rad sind sehr gering.

Vergleich im Überblick für Pkw und ICE

Der Energieverbrauch pro Person und 100 Kilometer bei der Nutzung von Hochgeschwindigkeitszügen liegt (beispielsweise bei der Schnellfahrstrecke Köln/Rhein-Main mit 300 km/h und vielen Steigungen und einer Auslastung von 55 %) bei 3,95 kWh, bei einer Fahrt mit 250 km/h bei 3,15 kWh.
Ein elektrisch angetriebener Pkw verbraucht auf der Autobahn bei maximal 120 km/h mindestens 15 kWh für 100 Kilometer.
Diese Daten sind nicht ohne weiteres vergleichbar.

Die Daten hinter dieser Aussage

Jeder Energievergleich ist schwierig. Mit der richtigen Auswahl der Daten auf der Eingabeseite kann jedes politisch erwünschte Ergebnis „nachgewiesen“ werden. Die Ergebnisse reichen von „Meine Bahnfahrt verbraucht überhaupt keine zusätzliche Energie“ bis „Auto und Flugzeug sind genauso energieeffizient“.

Energie-Effizienz von Antriben
Energie-Effizienz im öffentlichen Verkehr: Ein grober Überblick.

Energie-Effizienz in diesem Sinne ist der Prozentsatz der erzeugten Energie, die am Rad ankommt und dort wirksam ist, bezogen auf die erzeugte elektrische Energie am Kraftwerk, am Windrad oder an der Solaranlage.
Überschlägig wird die Effizienz des elektrischen Schienenverkehrs mit Speisung aus der Oberleitung mit 90 bis 95 % angegeben, die Effizienz des Batteriebetriebes mit 65 % (Schienen-Nahverkehr) und des Wasserstoff-Brennstoffzellen-Antriebes mit 35 %. Verantwortlich für diese Unterschiede sind Leitungsverluste, Aufwand für Transport und insbesondere die Anzahl der Umwandlungen. Beim Batteriebetrieb spielen vornehmlich die Verluste beim Laden und Entladen der Batterie eine große Rolle. Die Rückspeisung von Bremsenergie ist bei allen drei Antriebsarten möglich, aber beim Oberleitungsbetrieb besonders effizient, da ins Netz zurückgespeist werden kann.
Über die Energie-Effizienz des elektrischen Pkw und über Flugverkehr mit Kerosin aus erneuerbaren Energien sind sehr wenige Informationen zu finden.
Der Pkw ist deutlich ungünstiger einzuschätzen als der Schienenverkehr mit Batterie. Dies liegt zum einen an der höheren Reibung des Systems Gummi auf Asphalt oder Beton, zum anderen aber auch an dem ungünstigeren Nutzungsgrad der Batterie. Während für den Schienen-Nahverkehr das Gewicht der Batterie kaum eine Rolle spielt und die Batterie im optimalen Ladebereich von 50 bis 80 % genutzt werden kann, muss beim Pkw und erst recht beim Elektrobus und beim Elektro-Lkw am Gewicht gespart werden, so dass die Batterie von 100 % auf null entladen werden muss. Das setzt auf jeden Fall die Lebensdauer erheblich herab.
Über die Energie-Effizienz von „grün“ erzeugtem Wasserstoff oder Kerosin sind keine Daten verfügbar. Klar ist aber: Die Umwandlung kostet viel Energie. Deshalb wird versucht, solche Anlagen ausschließlich mit Überschuss-Energie zu betreiben.

Der Verbrauch von E-Autos

Angaben der Hersteller und Tests des ADAC belegen die vorgenannten Angaben über den Verbrauch. Die Angabe von Herstellern über den Verbrauch reichen von 13,8 bis weit über 20 kWh je 100 km, die Werte aus den Testergebnissen des ADAC liegen deutlich darüber.
Um diese Werte mit dem Hochgeschwindigkeitsverkehr zu vergleichen, ist der Ladeverluste hinzuzurechnen. Dieser ist sehr unterschiedlich und wird vom ADAC in vorgenannter Quelle mit 10 bis 20 Prozent allein an der Wallbox angegeben. Diese Ladeverluste hat der ADAC in seine Berechnungen einbezogen, nicht aber die Leitungsverluste bis zur Wallbox, die man so einfach nicht messen kann.

Energieverbrauch des ICE – ein Mysterium

Auf diese Aussage stößt man an vielen Stellen im Internet. Selbst der wissenschaftliche Dienst des Deutschen Bundestages erhält keine brauchbaren Antworten, wie diese Quelle nachweist: WD 5 – 3000 – 030/20 (5.5.2020). Die Auswertung verschiedenster Quellen zeigt aber, dass der Energieverbrauch – wie oben angegeben – mit 3,15 kWh bzw. 3,95 kWh je Personenkilometer eher etwas über optimistischen anderen Angaben liegt. Viele Einflussfaktoren werden in den Quellen aber nicht genannt: Handelt es sich um den Verbrauch eines Einzelzuges (ca. 450 Plätze) oder den einer Doppeltraktion (ca. 900 Plätze)? Wie hoch ist der Anteil des Verbrauchs der Nebenaggregate? Welche Höchstgeschwindigkeit wird erreicht? Könnte die Effizienz mit Doppelstockzügen, wie sie in Frankreich verkehren, noch gesteigert werden?

Der Besetzungsgrad der Fahrzeuge

ist ein entscheidender Faktor für die Bewertung des Energieverbrauchs.
Für den Pkw ist dies leicht zu verstehen:
Das Fahrzeug und nicht der Besetzungsgrad entscheidet über den Verbrauch für eine Fahrt.
Rechnet man diesen Verbrauch auf Personenkilometer um, so ergeben sich sehr unterschiedliche Werte. Der Einzelreisende verbraucht die genannten mindestens 15 kWh je Kilometer allein, für eine fünfköpfige Familie sinkt der Verbrauch auf 3 kWh pro Person und Kilometer. Einzelpersonen sollten daher aus Gründen der Energieersparnis mit der Bahn reisen, Familien hingegen eher aus pädagogischen Gründen, damit die Kinder lernen, wie Energiesparen funktioniert.
Statistiker rechnen, dass im Fernverkehr durchschnittlich 1,5 Personen im Auto fahren. Unter Beachtung des Durchschnittsverbrauchs (schwere Fahrzeuge wie SUV eingeschlossen) entspricht das wiederum einem Wert von 15 kWh, und damit verbraucht eine ICE-Fahrt selbst mit 300 km/h nur etwa ein Viertel dessen, was ein Pkw verbraucht.
Beim Schienenverkehr ist der durchschnittliche Besetzungsgrad im System maßgeblich. Der Besetzungsgrad im Fernverkehr ist mit um 50 Prozent besonders hoch, der Anteil des Energieverbrauchs von Leerfahrten von und zum Einsatzort vergleichsweise gering. Der Besetzungsgrad steigt typischerweise mit der Reisegeschwindigkeit: Je schneller die Züge sind, umso voller sind sie auch zu nachfrageschwachen Zeiten.
Für die individuelle Entscheidung über eine Einzelfahrt kann man aber auch noch ganz anders rechnen: Während der eigene Pkw im Betrieb unvermeidbar Energie verbraucht, nimmt der Energieverbrauch für einen Fahrgast zusätzlich nicht zu. Damit ist die individuelle Entscheidung für die Bahnfahrt in der Regel so energieeffizient wie für Autofahrer das Zuhausebleiben.

Ist 250 km/h ökologischer als 300 km/h?

Die vorgenannten Daten lassen darauf schließen, dass ein 300 km/h schneller Zug etwa 0,8 kWh mehr verbraucht als eine Fahrt mit 250 km/h. Doch das spricht noch nicht unbedingt für ein System mit geringerer Geschwindigkeit. Weitere Faktoren rechtfertigen diesen Mehrverbrauch.

Schnellere Züge – besserer Besetzungsgrad

Der erste Faktor ist der Besetzungsgrad. Hohe Geschwindigkeiten werden nur auf Strecken mit hoher Nachfrage eingesetzt. Hier steigt der Besetzungsgrad mit steigender Geschwin-digkeit, da der Fahrzeitvorteil gegenüber dem Pkw die Bahnfahrt attraktiver macht und das Preissystem nachfrageschwächere Zeiten besser auslastet.

Schnellere Züge – weniger Verbrauch der Klimaanlage

Ein weiterer Faktor sind die Nebenaggregate im Zug, die inzwischen einen erheblichen Teil Energie verbrauchen: Klimaanlage, Heizung, Beleuchtung, WLan. Der Verbrauch ist zeitab-hängig und auf die während der Zeiteinheit gefahrenen Kilometer umzulegen. Fährt der Zug schneller, so verbrauchen die Nebenaggregate weniger Strom je Kilometer.

Kürzere Reisezeiten und mehr Umsteiger mit weniger Zügen

Den dritten Effekt erzielt der Deutschlandtakt: Durch die Koordinierung der Umsteigeknoten können mehr Umsteiger ohne Zeitverlust mitfahren, auch wenn sie mehrfach umsteigen müssen. Dadurch wird das Bahnsystem attraktiver, der Besetzungsgrad steigt.
Mehr noch: Es werden Züge eingespart. Gerade für die Neubaustrecke Hannover – Bielefeld beweist die Studie Bahnzentrum / Widuland diesen Zusammenhang. Zwar wird auch hier dargelegt, dass der Energieverbrauch bei 250 km/h niedriger ist, aber mit der geringeren Geschwindigkeit können die Knoten Münster über Hamm und Hannover nach Magdeburg nicht mehr mit dem gleichen Zugsystem verbunden werden. Ein zweiter Zug muss eingesetzt werden, um wenigstens für den Großteil der Reisenden, die nur einmal umsteigen, ein attraktives Angebot zu erreichen: Der eine Zug bedient Umsteiger in Hamm gut, der andere Umsteiger in Hannover. Damit verdoppelt sich der Energieverbrauch im Abschnitt Hamm – Hannover, ohne dass dies mit doppelt so vielen Fahrgästen belohnt wird. Dennoch werden Fahrgäste, die zweimal umsteigen, schlecht bedient, denn in einem der Umsteigebahnhöfe müssen sie lange warten.
Erst mit fragwürdigen fahrplantechnischen Tricks kann dieser Effekt gemindert werden, wird aber nicht aufgehoben.

Vergleich mit dem Flugverkehr

Eine Berechnung von Manfred Kuhne in einem lesenswerten Beitrag
kommt für eine Luftlinienentfernung von 450 km (das ist die Luftlinienentfernung Köln – Berlin) zum Ergebnis von „etwa eine Relation von 1 zu 1,7 von Bahn zu Flugzeug“. Dem Autor geht es bei dieser Berechnung nur darum, die Energieeffizienz der Verkehrsmittel zu vergleichen.
Auch wenn die Berechnung als zutreffend angesehen wird, so kann sie nicht für eine politische Bewertung herangezogen werden:
1. Der Energieaufwand, der für die Erzeugung grünen Kerosin erforderlich ist, wird nicht mitberechnet.
2. Es wird nur die Direktverbindung verglichen, nicht das System.
3. Der Deutschlandtakt ist mit seinem System, das hohe Geschwindigkeiten mit Netz-wirkung vereinbart, die Voraussetzung dafür, dass Energie eingespart wird, wenn Flugverkehr substituiert wird.

Die Effizienz grüner Flugtreibstoffe

Ein auf Umwelt bezogener Vergleich muss davon ausgehen, dass der Treibstoff für Flugzeuge genauso aus erneuerbaren Energiequellen erzeugt wird wie der Bahnstrom.
Wie energieeffizient grünes Kerosin bei großtechnischer Erzeugung ist, ist noch nicht erprobt. Wenn man nur unterstellt, dass von der zur Erzeugung eingesetzten Energie die Hälfte der Energie im Treibstoff ankommt, so wächst der Vorteil der Bahn auf eine Relation von 1 zu 3,4 von Bahn zu Flugzeug. Das ist keine zitierfähige Zahl, damit soll nur das Denkmodell aufgezeigt werden, mit dem die wirkliche Relation zu ermitteln ist.

Der Vergleich der Direktverbindung

Herangezogen werden können die Werte nach Kuhne nur für eine Punkt-Punkt-Verbindung, wie sie der Flugverkehr bietet. Der oben dargestellte Vergleich kann also nur einen Flug Köln – Berlin mit dem Sprinter-ICE ohne Halt vergleichen, wie ihn die Deutsche Bahn AG derzeit dreimal täglich anbietet. Dabei wäre auch der Besetzungsgrad zu berücksichtigen.
Der Deutschlandtakt setzt aber nicht auf solche Sprinter, sondern verbessert das gesamte Eisenbahnsystem, sodass die Fahrzeit des heutigen Sprinters im klassischen Linienverkehr erreicht wird. Hier dominieren aber nicht die Reisenden von Köln nach Berlin, sondern die Reisenden von überall nach überall.

Der Vergleich Flugverkehr mit dem Deutschlandtakt

In Zeiten vor Corona flogen etwa 60.000 Passagiere pro Monat und Richtung zwischen Köln und Berlin, mithin 2.000 pro Tag. Würden sich diese Passagiere auf angebotene 15 Züge von 6 bis 20 Uhr verteilen, so wären dies 133 Fahrgäste je Zug. Zu den meisten Tageszeiten könnten diese Fahrgäste bei dem künftigen Angebot von rund 900 Plätzen pro Stunde (nur schnellste Verbindung) befördert werden, ohne dass zusätzliche Züge und damit zusätzliche Energie benötigt wird. Dann ist die Ersparnis genauso hoch wie die Gesamtsumme des eingesparten Kerosins; dem steht kein Mehrverbrauch bei der Bahn gegenüber. Voraussetzung ist aber, dass die Reisezeit attraktiv genug ist, um den Flugverkehr überflüssig zu machen. Rechnet man hinzu, dass drei Sprinter täglich verkehren, die die Spitzenlast abfangen, so bleibt der Wert zugunsten der Bahn nach wie vor positiv; ein Sprinter ohne Halt würde Köln und Berlin in knapp über 3 Stunden verbinden.
Mithin schafft erst die Heraufsetzung der Höchstgeschwindigkeit auf 300 km/h, dass dieser Effekt der Ersparnis eintritt.

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