Zur Bewältigung der Klimakrise braucht es das System Bahn

Testfahrt eines Alstom Coradia Max in Baden-Württemberg (Foto: DB AG/Claus Weber)

Deine Bahn: Frau Bender, die Verkehrstechnikmesse InnoTrans feiert ihr 30-jähriges Jubiläum und eilt seitdem – die Pandemie-Jahre einmal ausgenommen – von Rekord zu Rekord bei den Aussteller- und Besucherzahlen. Gleichzeitig hat sich die internationale Bahntechnik- und Schienenfahrzeugbranche stark gewandelt: Die Europäische Union hat ihre Bahnmärkte liberalisiert, Indien und allen voran China haben massiv in den Ausbau ihrer Schienennetze investiert, und auch technologisch hat sich einiges getan. All das passt so gar nicht zur gegenwärtigen Stimmungslage in Deutschland, wenn es um das Thema Bahn geht. Wie sieht ihre Perspektive auf die Zukunft des Verkehrsträgers Schiene aus?

Prof. Bender: Zuerst ist es wichtig, vor dem Hintergrund der globalen Klimakrise darauf hinzuweisen, dass die Bahn das umweltfreundlichste Verkehrsmittel ist, das es (abgesehen vom Fahrrad) gibt! Das erklärt sich damit, dass der Reibwert zwischen Rad und Schiene um ein Vielfaches geringer ist, als zwischen Asphalt und Reifen. Beim Reifen kommt hinzu, dass der Abrieb zusätzliche, negative Umweltwirkungen hat. Elektrisch angetriebene Züge können darüber hinaus die Energie beim Bremsen ins Netz zurückspeisen. Beim Pkw und Lkw wird aktuell erst daran geforscht, wie man das umsetzen kann.

Vergleicht man zudem Verbrennungsmotoren, die auf der Straße beispielsweise bei Reisebussen noch immer mehrheitlich zum Einsatz kommen, mit elektrischen Antrieben, die im Schienenverkehr 90 Prozent der Verkehrsleistung ausmachen, so ergibt sich ebenfalls ein Unterschied im Wirkungsgrad etwa um den Faktor 4. Das bedeutet: Beim Dieselmotor wird der eingesetzte Dieselkraftstoff maximal zu 15 bis 20 Prozent zur Fortbewegung genutzt, der Rest wird in Abwärme umgesetzt. Das System Bahn ist also ein unverzichtbarer Bestandteil auf dem Weg zur Klimaneutralität.

Probleme nachhaltig lösen

Die Probleme, die wir aktuell bei der Bahn sehen, haben sich über Jahrzehnte aufgebaut und lassen sich nicht auf Einzelfaktoren zurückführen. Die Infrastruktur ist marode, die Investitionen decken in vielen Punkten nicht mal die Instandhaltung bestehender Strecken. Natürlich gibt es auch Optimierungspotenzial im DB-Konzern, dem Serviceverständnis und in der Kommunikation mit den Kunden. Diese Aufzählung ließe sich sicher verlängern. Ich glaube, Frau Palla ist da auf dem richtigen Weg, indem sie im ersten Ansatz versucht, die Kunden wieder mehr in den Fokus zu nehmen. Mittel- bis langfristig muss aber auch die Politik dabei unterstützen, die Probleme nachhaltig zu lösen. Es geht darum, die richtigen Prioritäten im Vergleich zu anderen Verkehrsträgern zu setzen und nicht beim Auftreten akuter Probleme nur die schlimmsten Löcher zu flicken.

Treiber der technologischen Entwicklung in der Schienenfahrzeugtechnik waren in den vergangenen Jahren vor allem die Vereinheitlichung der europäischen Infrastruktur, die Digitalisierung und der Klimaschutz. Beispiele hierfür sind die Einführung eines einheitlichen europäischen Zugsicherungssystems (ETCS), die Digitale Automatische Kupplung (DAK) im Güterverkehr sowie die sukzessive Abschaffung von Diesellokomotiven. Die Einführung von ETCS macht die Umrüstung zahlreicher Bestandsfahrzeuge notwendig. Das Verkehrsministerium hat dazu gerade eine Förderrichtlinie vorgelegt mit dem Ziel, bis 2032 rund die Hälfte aller 12.600 förderfähigen Bestandsfahrzeuge umzurüsten. Halten Sie dieses Ziel für realistisch?

ETCS ermöglicht die Kommunikation von Zug und Strecke. Dies ist erforderlich, da der Bremsweg von Zügen so lang ist, dass ein Fahren auf Sicht nicht wie auf der Straße möglich ist. Die Bremsung eines Zuges aus 100 Kilometern pro Stunde braucht zum Beispiel ca. 1000 Meter Bremsweg. Historisch bedingt gibt es weltweit unterschiedliche Zugsicherungssysteme. Um jedoch grenzüberschreitend fahren zu können, ist ein einheitliches System erforderlich. In Europa hat man sich auf ETCS geeinigt. Dies soll Stück für Stück in mehreren Ausbaustufen (Level 1, 2 und 3) umgesetzt werden.

Die Einführung des neuen Zugsicherungssystems erfordert jedoch nicht nur eine Umrüstung der Fahrzeuge, sondern auch eine Anpassung der Infrastruktur. Erschwerend kommt hinzu, dass die gleichzeitige Ausrüstung mit den heute vorhandenen Zugsicherungssystemen aufgrund der elektromagnetischen Wechselwirkung der Antennen und dem limitierten Bauraum im Fahrzeug zu Problemen führen kann.

Änderungszeiträume sind beim System Bahn sehr lang. Änderungen in der Infrastruktur erfordern umfangreiche Planungs- und Genehmigungsprozesse. Nach meinen Erkenntnissen kommt die Ausrüstung der Strecken nicht ausreichend schnell voran. Beispielsweise die neue Strecke Hamburg–Berlin ist aus Kostengründen noch ausschließlich mit dem bestehenden Zugsicherungssystem LZB ausgerüstet.

Das gleiche gilt für die Fahrzeuge selbst. Die Langlebigkeit von Schienenfahrzeugen macht einen Systemwechsel zusätzlich langwierig, beispielsweise ist der ICE1 nach Generalüberholung seit den 1990er Jahren in Betrieb und wird wohl noch einige Jahre weiterfahren.

Alle technischen Änderungen müssen also nicht nur bei Neufahrzeugen umgesetzt werden, sondern auch in der bestehenden Fahrzeugflotte. Auch hier gibt es also ein großes Potenzial an Verzögerungen: Denn wenn die Strecken nicht mit ETCS ausgestattet sind, werden die Züge dies aufgrund des hohen Kostendrucks im Markt zunächst auch nicht sein.

Um zur Antwort auf Ihre Frage zu kommen, wie realistisch das Ziel ist, die Hälfte der Bestandsfahrzeuge bis 2032 umzurüsten: Das hängt natürlich davon ab, wie viele andere Probleme in der Zwischenzeit auftauchen, die den Einsatz von Zeit und Geld erfordern. Auch hier ist es eine Frage der der Verfügbarkeit der Mittel und der Prioritätensetzung. Machbar wäre es aber auf jeden Fall.

Technologische Entwicklung

Bei den Antriebstechnologien scheinen sich Batterie-Hybridzüge inzwischen gegenüber der Wasserstoff-Antriebstechnologie für den Einsatz auf nicht-elektrisierten Strecken durchgesetzt zu haben. Wie sehen in diesem Bereich Entwicklung und Perspektive?

Wasserstoff – insbesondere „grüner Wasserstoff“ – steht nicht in beliebigen Mengen zur Verfügung. Bei der Erzeugung von Wasserstoff wird Energie verbraucht, so dass insgesamt der Wirkungsgrad dieser Technologie im Vergleich zu bestehenden Fahrzeugantrieben gering ist. Wasserstoffzüge können derzeit eher punktuell auf einzelnen Nebenstrecken zum Einsatz kommen.

An Orten, an denen Energie „ohnehin da“ ist und nicht immer vollständig genutzt wird, wie beispielsweise in Windparks, ist die energieaufwändige Erzeugung von Wasserstoff sinnvoll machbar. Derzeit ist eine flächendeckende Umsetzung aufgrund der genannten Nachteile noch nicht nachhaltig umsetzbar.

Batterie-Hybridzüge hingegen speisen ihre Batterien mit (grünem) Strom aus der Oberleitung und nutzen nur dann die Batterie, wenn die Oberleitung fehlt. Die rasante Entwicklung der Batterie-Technologie wird dieses Konzept weiter fördern.

Welche technologischen Entwicklungen in der Schienenfahrzeugtechnik waren für Sie in den vergangenen Jahren darüber hinaus maßgeblich?

Zum einen die Digitale Automatische Kupplung (DAK). Wenn diese flächendeckend eingesetzt wird, lässt sich der Güterverkehr gewinnbringender und sicherer betreiben. Beispielsweise der Einzelwagenverkehr, bei dem nicht ganze Güterzüge von A nach B fahren, sondern einzelne Wagen flexibel in unterschiedlichen Zugverbänden zu unterschiedlichen Zielen navigiert werden, könnte dadurch deutlich einfacher und damit effizienter als heute betrieben werden.

Zum anderen wird die zunehmend verbesserte Technik der Batteriehybrid-Fahrzeuge die Nachhaltigkeit des Verkehrssystems im Personen- und im Güterverkehr zusätzlich verbessern, da nicht-elektrifizierte (Teil-) Strecken so befahren werden können und insbesondere die „Last Mile“ überbrückt werden kann, die beim Übergang im Gütertransport zwischen Straße und Schiene anfällt.

Allgemein waren und sind aus meiner Sicht alle Entwicklungen wichtig, die die Interoperabilität mindestens innerhalb der EU fördern, wenn wir sowohl im Personen- als auch im Güterverkehr eine ernstzunehmende Alternative zum Flugzeug und Lkw sein wollen.

Neue Fahrzeugkonzepte

Die Fachmesse InnoTrans legt einen besonderen Schwerpunkt auf die technologische und designerische Entwicklung von Nachtzügen – sei es durch alternative Raumanordnungen, Schlafwagen-Konzepte oder die Sicherstellung von Barrierefreiheit. Gibt es in diesem Bereich Entwicklungen, die Ihrer Auffassung nach auch auf die Schienenfahrzeugtechnik allgemein Auswirkungen haben könnten?

Das Hauptproblem von Nachtzügen besteht darin, dass es schwierig ist, sie gewinnorientiert zu betreiben. Erstens fahren sie definitionsgemäß nur nachts, zweitens passen liegend weniger Fahrgäste ins Fahrzeug als sitzend. Damit ist die Auslastung im direkten Vergleich zu anderen Passagierzügen immer schlechter. Hier gibt es neue Ansätze, wie man durch geschickte Anordnung von Einzelkabinen die Nutzbarkeit auch auf die Tagesstunden erweitern und trotzdem die Fahrgastkapazität erhöhen kann. Ich kooperiere hier mit einem jungen Start-up, das in meiner Versuchshalle Prototypen für solche Einzelkabinen erstellt.

Leider besteht auch hier das größte Problem darin, die neuen Fahrzeugkonzepte im realen Betrieb zu testen und zuzulassen. Die Prozesse sind so aufwändig, dass sie durch ein Start-Up nicht zu leisten sind. Wir hoffen darauf, bei der InnoTrans viele Interessierte mit den neuen Konzepten zu begeistern und vielleicht auch zur aktiven Mitwirkung motivieren zu können.

Ist die Entwicklung von Schienenfahrzeugen inzwischen so sehr standardisiert, dass Innovationen schwieriger geworden sind?

Die Entwicklung von Schienenfahrzeugen ist im Vergleich zum Pkw praktisch nicht standardisiert. Schon die geringen Stückzahlen im Bahnsektor erschweren es, Entwicklungsaufwand in projektunabhängige Aktivitäten wie die Standardisierung zu stecken, von nationalen Normen und Richtlinien mal ganz zu schweigen. Jede zusätzliche Engineering-Stunde schlägt sich im Preis für den einzelnen Zug nieder. Zudem ist auch die Kooperation mit Systemlieferanten schwierig, wenn die Stückzahl, die hinter einem Auftrag steht, gering ist.

Die Erfahrung, dass Standardisierung im Bahnsektor schwer umzusetzen ist, habe ich in meiner langjährigen Tätigkeit als Produktmanagerin für Regionalfahrzeuge in der Industrie schon vor 15 Jahren gemacht. Seitdem hat die Liberalisierung des Marktes für eine Vielzahl neuer Fahrzeugausführungen insbesondere im Regionalverkehr gesorgt.

Es gilt aus meiner Sicht also genau das Gegenteil: Durch die große Bandbreite unterschiedlicher Fahrzeuge gestaltet sich im Personenverkehr neben dem Betrieb insbesondere die Wartung und Instandhaltung dann schwierig, wenn ein kleiner Betreiber eine heterogene Fahrzeugflotte hat. Auch im Güterverkehr besteht das Problem, dass aufgrund der länderübergreifenden Streckenführung und der Vielfalt der Fahrzeuge (sowohl in Bauart als auch in Baujahr) der Service oft nicht bestmöglich umgesetzt werden kann.

Forschungsschwerpunkte

Seit gut einem Jahr leiten Sie das Fachgebiet Schienenfahrzeuge am Institut für Land- und Seeverkehr an der TU Berlin. Auf welche Forschungsschwerpunkte legen Sie an Ihrem Lehrstuhl besonderen Wert?

Das Fachgebiet Schienenfahrzeuge an der TU Berlin ist traditionell breit aufgestellt, da mein Vorgänger ein anerkannter Bahnexperte ist und das Fachgebiet 27 Jahre geleitet hat. Daher bin ich in der angenehmen Position, einen gut „laufenden Laden“ zu übernehmen, mit laufenden Projekten und kompetenten Mitarbeiter*innen.

Mein persönlicher Hintergrund ist ebenfalls ziemlich breit. Auf dem Lehrstuhl für Produktentwicklung in Bochum, den ich 2013 bis 2025 innehatte, habe ich von der Maschinenelemente-Forschung bis zur Methodischen Produktentwicklung mit vielen unterschiedlichen Produkten zu tun gehabt. Während meiner Industrie-Zeit in der Bahnbranche von 2001 bis 2013 habe ich ebenfalls ein breites Spektrum an Themen auf Gesamt-Fahrzeugebene verantwortet und umgesetzt.

Mein Ziel ist es, all das zusammenzubringen. Dabei kann ich mich nicht ausschließlich daran orientieren, was meine Lieblingsthemen sind, sondern muss natürlich dafür sorgen, dass ich ausreichend Drittmittel einwerbe, um den wissenschaftlichen Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern eine gute Perspektive zur Promotion zu bieten.

Einer meiner aktuellen Schwerpunkte ist die Weiterentwicklung der DAK, um insbesondere den Schienengüterverkehr effizienter zu machen. Direkt damit verbunden sind innovative Bremskonzepte für den Güterverkehr, die u. a. durch den Einsatz der DAK ermöglicht werden. Auch die EU-weite Kooperation mit Kolleg*innen aus Frankreich, England und Polen zur Einrichtung eines Kompetenzzentrums für Schienenfahrzeuge im polnischen Poznań ist ein interessantes Thema, da ich hier u. a. unmittelbar erfahre, wie der Wissenschaftsbetrieb in anderen Ländern organisiert ist.

Schon während meiner Promotion habe ich mich mit dem Thema Didaktik befasst. Auch in Bochum habe ich einige Doktorarbeiten betreut, die zum Beispiel E-Learning oder die Vermittlung von Methoden des Eco-Design in der Ingenieurausbildung im Fokus hatten. Daher versuche ich auch auf diesem Gebiet, mit innovativen Lehrkonzepten neue Perspektiven für das Studium zu schaffen. Beispielsweise nehmen meine Studierenden an der International Railway Challenge teil.

Universitätslehre

Ein Studium der Schienenfahrzeugtechnik setzt in der Regel auf ein Maschinenbau- oder ein Bauingenieur-Studium auf. Welche Fähigkeiten sollte ein*e gute*r Schienenfahrzeugtechnik-Ingenieur*in mitbringen?

Keine grundlegend anderen, als ein(e) allgemein ausgerichteter Ingenieur*in. Schienenfahrzeuge sind ein maschinenbauliches Produkt, das sehr komplex ist und über den Rad-Schiene Kontakt in enger Interaktion mit der Infrastruktur steht. Um das zu verstehen, sind natürlich die typischen schienenfahrzeugtechnischen Grundlagen erforderlich. Darüber hinaus ist Praxiserfahrung im industriellen Umfeld unerlässlich, da sich meiner Erfahrung nach mit reiner Theorie keine ingenieurtechnischen Problemstellungen bearbeiten lassen.

Aus meiner Sicht ist das Wichtigste ein auf den Grundlagen aufbauendes, gutes technisches Verständnis des Gesamtsystems Bahn sowie die Fähigkeit, sich selbstständig neue Inhalte und Methoden anzueignen. Das erforderliche Fach- und Methodenwissen für die Praxis für die gesamte Breite des Berufsfelds lässt sich nicht umfassend „auf Vorrat lernen“, das kann in der universitären Ausbildung nur exemplarisch vermittelt werden.

Wie sehen Sie die beruflichen Perspektiven Ihrer Absolvent*innen? Welche Möglichkeiten stehen ihnen offen?

Entsprechend einer 2024 veröffentlichten Studie des Deutschen Zentrum für Schienenverkehrsforschung (DZFS) zur volkswirtschaftlichen Beschäftigungswirkung im Schienensektor waren knapp 400.000 Vollzeitäquivalente dort beschäftigt. Dabei entfallen etwa drei Viertel auf den Bahnbetrieb, die Eisenbahninfrastruktur sowie das Rollmaterial, beides inkl. Hersteller und Zulieferer.

Der Bahnsektor ist also sehr groß und vielfältig: In den vielen unterschiedlichen Anwendungsfeldern gibt es unzählige Akteure mit unterschiedlichem Geschäftsfokus. Neben den – oft übrigens auch nicht allen Studierenden bekannten Fahrzeugherstellern – reicht das vom kleinen Ingenieurbüro für Schienenfahrzeugakustik über mittelständische Waggonbauer mit hoher Fertigungstiefe und Bahn-Verbänden bis hin zum Eisenbahnbundesamt. Nicht zuletzt promovieren auch an meinem Fachgebiet aktuell zehn wissenschaftliche Mitarbeitende, die später hochqualifiziert dem Markt zur Verfügung stehen werden.

26 Studierende aus 9 Fachrichtungen inkl. betreuenden Tutor*innen und Wissenschaftlicher Mitarbeiterin bilden das Team der Lok-Studierenden an der TU Berlin (Foto: TUBahn)

Wie könnte man mehr Nachwuchskräfte davon überzeugen, ihre berufliche Karriere im System Bahn anzustreben? Was macht für Sie die Faszination an der Schienenfahrzeugtechnik aus?

Das System Bahn ist aus vielen Gründen attraktiv! Man kann es nicht häufig genug wiederholen: Das System Bahn ist Teil der Lösung bei der Bewältigung der globalen Klimakrise.

Wie eben genannt, bietet darüber hinaus die Vielfältigkeit der Akteure und Betrachtungsperspektiven vom Gesamtfahrzeug über anspruchsvolle Teilsysteme und Komponenten über die Wartung und Instandhaltung, den Bahnbetrieb, Betreibergesellschaften bis hin zur Forschung ein riesiges Betätigungsfeld.

Ich habe außerdem die Erfahrung gemacht, dass im Bahnsektor die Freude an der Schienenfahrzeugtechnik ein verbindendes Element zwischen den Menschen ist. So habe ich beispielsweise heute noch viele Kontakte zu ehemaligen Kolleg*innen, mit denen ich zuletzt vor 15 Jahren in der Industrie zusammengearbeitet habe.

Schienenfahrzeug der Zukunft

Vor ihrer akademischen Karriere waren Sie viele Jahre in der Industrie tätig und haben selbst Schienenfahrzeuge entwickelt. Wie sähe das Schienenfahrzeug der Zukunft aus, wenn es nach Ihnen persönlich ginge?

Der Passagierzug der Zukunft wäre standardisiert im Hinblick auf den Einsatz im Betrieb sowie die Wartung und Instandhaltung. Das bedeutet, dass ein Betreiber mit einer heterogenen Fahrzeugflotte diese flexibel gemischt einsetzen könnte, zum Beispiel untereinander kuppeln, sowie alle Fahrzeuge nach den gleichen Prinzipien warten und instand halten.

Hinsichtlich der Nutzung durch die Fahrgäste wäre die Fahrzeugausstattung hingegen im Alltag flexibel umrüstbar, d.h. der Innenraum ließe sich frei umgestalten, das beträfe zum Beispiel den Sitzteiler oder die Größe der Mehrzweckräume, auch die Einstiegshöhe ließe sich im kurzfristig umgestalten oder das Fahrgastinformationssystem könnte dynamisch und manuell an die aktuelle Situation angepasst werden.

Diese Ziele lassen sich natürlich nicht in dieser Form umsetzen, da es technische Grenzen der Machbarkeit gibt, die manches nicht zulassen. Aber um visionäre Lösungen zu finden, braucht man manchmal eben auch visionäre Ziele!

Die Fragen stellte Thorsten Breustedt, stellv. Chefredakteur Deine Bahn.