Alternative Antriebe Im Öffentlichen Verkehr KCW Gmbh, 13.04.2021 Seite 3

Studie

Für Verkehrsverbund Ost-Region (VOR) GmbH Europaplatz 3/3 1150 Wien Österreich

Alternative Antriebe im öffentli- chen Verkehr

KCW GmbH Bernburger Straße 27 10963 Berlin, Deutschland

13.04.2021

Finaler Abschlussbericht

Autoren

Marcel Bauermeister, Elisa Claus, Tamás Diebel, Fabien Laurent, Nabil Nakkash, Julian Nolte

Impressum:

Ersteller dieser Studie:

KCW GmbH Bernburger Straße 27 10963 Berlin, Deutschland https://www.kcw-online.de/ in Zusammenarbeit mit:

Diebel Consult, Berlin, Deutschland http://www.diebel-consult.com/

Factbox Low Carb Mobility – Aufbau eines umweltfreundlichen und energieeffi- zienten Verkehrssystems (Schiene – Straße) Ostregion – Westungarn Ziel von Low Carb Mobility ist die Verbesserung der multimodalen Vernetzung der Verkehrsträ- ger im Projektgebiet Burgenland – Westungarn, um klimafreundliche Mobilität für alle zu er- möglichen. Insbesondere sollen Maßnahmen und Strategien für den nachhaltigen und umwelt- schonenden Verkehr der Zukunft innerhalb bzw. zwischen der Projektregion ausgearbeitet und entwickelt werden. Zu den wichtigsten Outputs des Projekts gehört die Ausarbeitung einer grenzüberschreitenden Elektromobilitätsstrategie, die alle Verkehrsträger der Projektregion umfasst. Weiters werden die Bahnhöfe Wulkaprodersdorf und Fertőszentmiklós zu multimodalen Verkehrsknoten ausgebaut, indem Bahn, Bus, Auto, und Fahrrad mittels Park+Ride- bzw. Bike+Ride-Anlagen und weiteren Services miteinander verknüpft werden. Sie dienen als beispielgebende Projekte im öffentlichen Verkehr. Weiters wird im Projekt an der Wissensgenerierung im Hinblick auf alternative Antriebe im öf- fentlichen Verkehr gearbeitet. Im Zuge von Studien werden für die Umsetzung im grenzüber- schreitenden öffentlichen Verkehr die betriebliche Machbarkeit und ein Anforderungskatalog an die Energiewirtschaft erhoben. Förderprogramm: Interreg VA AT-HU; 85% EFRE-Förderungsanteil Projektdauer: April 2019 – Dezember 2021 Finanzen: Projektbudget: 999.330,00 € davon EFRE-Förderung: 849.430,49 € Projektpartner: RMB (Mobilitätszentrale Burgenland) - AT (Lead Partner) http://www.b-mobil.info/ GYSEV/Raaberbahn - HU https://www2.gysev.hu/ Raaberbahn AG – AT www.raaberbahn.at VOR - Verkehrsverbund Ostregion GmbH - AT https://www.vor.at/ Strategische Partner: Land Burgenland (Abt. 2, Referat Gesamtverkehrskoordination) - AT https://www.burgenland.at/ Land Niederösterreich (Abteilung Raumordnung und Gesamtverkehrsangelegenheiten) - AT http://www.noel.gv.at Energie Burgenland - AT https://www.energieburgenland.at EVN AG - AT https://www.evn.at SchiG - AT https://www.schig.com/ Fertővidéki Helyiérdekű Vasút Zártkörűen Működő Részvénytársaság - HU Forschung Burgenland - AT https://www.forschung-burgenland.at/ Burgenländische Energieagentur - AT http://www.eabgld.at/ Nähere Informationen auch auf der Projekthomepage: https://www.interreg-athu.eu/lowcarbmobility/ Die vorliegende Studie wurde zu 85% gefördert durch:

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Inhaltsverzeichnis

Kurzfassung...... 7

Összefoglalás ...... 8

Summary ...... 10

1 Einleitung ...... 12 1.1 Klimaschutz im Verkehr - eine globale Herausforderung...... 12 1.2 Alternative Antriebsformen im öffentlichen Verkehr ...... 12 1.3 Grenzüberschreitende Aktivitäten im Interreg- Programmgebiet Österreich/Ungarn ...... 13 1.4 Gliederung der Studie ...... 13

2 Organisatorische und rechtliche Rahmenbedingungen für Bahn- und Busverkehre mit alternativen Antriebsformen in Österreich und Ungarn ...... 15 2.1 Organisationsstrukturen von Bahn- und Busverkehren im Projektgebiet ...... 15 2.1.1 Österreich ...... 15 2.1.2 Ungarn ...... 17 2.2 Rechtlich-politischer Rahmen für alternative Antriebsformen mit Fokus auf Wasserstoffanwendungen ...... 18 2.2.1 Nationale Wasserstoffstrategien ...... 18 2.2.2 Generelles Recht für Wasserstoffanwendungen in Österreich ...... 20 2.2.3 Generelles Recht für Batterieanwendungen ...... 25 2.2.4 Besonderes Recht für den öffentlichen Verkehr – die Clean Vehicles Directive ...... 26 2.2.5 Fördermöglichkeiten ...... 30

3 Infrastrukturelle und ökologische Rahmenbedingungen alternativer Antriebsformen im ÖPNV ...... 33 3.1 Wasserstoff-Brennstoffzellen-Antriebe ...... 33 3.1.1 Arten von Wasserstoff ...... 33 3.1.2 Erzeugung von Wasserstoff ...... 34 3.1.3 Standort der Tankstelle ...... 35 3.1.4 Kosten der Tankstelle ...... 37 3.1.5 Betreibermodelle Erzeugung und Tankstelle ...... 39 3.1.6 Brennstoffzelle und Batterie ...... 43 3.1.7 Werkstatt und Instandhaltung ...... 44

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3.2 Batterieelektrische Antriebe ...... 44 3.2.1 Herstellung und Entwicklung von Batterien ...... 45 3.2.2 Entsorgung und Recycling ...... 46 3.2.3 Batteriebus-Konzept: Depotlader ...... 47 3.2.4 Batteriebus-Konzept: Gelegenheitslader...... 48 3.3 Weitere alternative Antriebsarten...... 49 3.3.1 Oberleitungsbus (Obus) ...... 49 3.3.2 Einsatz von synthetischen Kraftstoffen ...... 53 3.4 Umwelteffekte ...... 54

4 Arbeitspaket Bahn ...... 57 4.1 Untersuchungsgebiet und Daten ...... 57 4.1.1 Abgrenzung Untersuchungsgebiet ...... 57 4.1.2 Datenbereitstellung und -aufbereitung ...... 59 4.2 Alternative Antriebs- und Fahrzeugkonzepte für den Schienenpersonenverkehr ...... 60

4.2.1 Wasserstoffbetriebene Fahrzeuge (H2MU) ...... 60 4.2.2 Batterieelektrische Fahrzeuge (BEMU) ...... 63 4.2.3 Vergleich der alternativen Antriebskonzepte

H2MU/BEMU ...... 66 4.3 Kostenbetrachtung auf bestimmten Bahnstrecken ...... 67 4.3.1 Unterstellte Fahrzeugkonzepte ...... 68 4.3.2 Fahrzeuganzahl – Vorhaltungs- und Instandhaltungskosten ...... 69 4.3.3 Energiebedarf und -kosten ...... 71 4.3.4 Investitionen Versorgungsinfrastruktur ...... 76 4.3.5 Gesamtschau Vergleichskosten ...... 83 4.4 Umwelteffekte ...... 89 4.5 Wege zur Umsetzung ...... 90 4.6 Zwischenfazit ...... 91

5 Arbeitspaket Bus ...... 93 5.1 Untersuchungsgebiet und Daten ...... 93 5.1.1 Abgrenzung Untersuchungsgebiet ...... 93 5.1.2 Datenbereitstellung und -aufbereitung ...... 94 5.2 Marktanalyse Wasserstoffbusse ...... 95 5.2.1 Marktübersicht Fahrzeughersteller ...... 95 5.2.2 Energieverbrauch ...... 96

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5.2.3 Reichweite ...... 98 5.2.4 Fahrzeugkosten ...... 99 5.3 Topographie ...... 100 5.3.1 Anforderungen der Topographie an den Betrieb von Wasserstoffbussen ...... 100 5.3.2 Topographie des Untersuchungsgebietes ...... 102 5.3.3 Linienanalyse Wiener Neustadt Umland ...... 103 5.4 Auswertung Umlaufpläne ...... 104 5.4.1 Nordburgenland ...... 106 5.4.2 Ostbahnshuttle ...... 109 5.4.3 Umland Wiener Neustadt ...... 111 5.4.4 Wiener Neustadt Stadtverkehr ...... 115 5.4.5 Fazit Umlaufanalyse ...... 116 5.5 Ableitung Wasserstoff- und Energiebedarf ...... 117 5.5.1 Nordburgenland ...... 117 5.5.2 Ostbahnshuttle ...... 118 5.5.3 Umland Wiener Neustadt ...... 118 5.5.4 Wiener Neustadt Stadtverkehr ...... 119 5.6 Ableitung Wasserstoffinfrastruktur ...... 120 5.6.1 Grundsätzliche Annahmen für Dimensionierung ...... 120 5.6.2 Potenzielle Standorte für Wasserstofftankstellen ...... 120 5.6.3 Standorte für Elektrolyse im Untersuchungsgebiet ...... 124 5.6.4 Analyse Wasserstoffbereitstellung in Niederösterreich und dem Burgenland ...... 126 5.6.5 Anforderungen an Tankstellen und Elektrolyseuren im Gebiet ...... 127 5.7 Betriebswirtschaftliche Bewertung ...... 127 5.7.1 Investitionskosten ...... 128 5.7.2 Betriebskosten ...... 129 5.7.3 Ergebnisse ...... 130 5.8 Umwelteffekte ...... 131 5.9 Europäische Praxisbeispiele von Wasserstoffbussen ...... 133 5.9.1 Aalborg (Dänemark) ...... 133 5.9.2 Bozen (Italien) ...... 134 5.9.3 Regionalverkehr Köln (Deutschland) ...... 135 5.9.4 Wiesbaden (Deutschland)...... 137 5.9.5 Wuppertal (Deutschland) ...... 139 5.10 Zwischenfazit ...... 140

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6 Prüfung Synergiepotenzial der Wasserstoffinfrastruktur ...... 141 6.1 Synergiepotenzial im Bereich Erzeugungskosten ...... 142 6.2 Synergiepotenzial im Bereich Investitionskosten ...... 144 6.3 Gesamtschau Synergiepotenzial ...... 145

7 Gesamtfazit ...... 147

8 Quellenverzeichnis ...... 148

9 Anhang ...... 156 9.1 Abbildungsverzeichnis ...... 156 9.2 Tabellenverzeichnis ...... 159 9.3 Abkürzungsverzeichnis/Glossar ...... 160

Kurzfassung

Im Rahmen des „Green Deal“ (Grünen Deals) strebt die Europäische Union eine drastische Senkung der Klimagasemissionen an. Ziel ist es die verkehrsbedingten Emissionen bis 2050 um 90 % zu verringern. In der 2020 veröffentlichten EU-Strategie für nachhaltige und intelligente Mobilität heißt es, dass der Linien- verkehr auf Strecken unter 500 km bereits bis 2030 klimaneutral zu gestalten ist. Vor diesem Hintergrund müssen nicht-elektrifizierte Bahn- und Busflotten des öffentlichen Verkehrs dekarbonisiert und dabei Verbrennungsmotoren durch alternative Antriebe ersetzt werden. Im Busverkehr dominieren heute noch Dieselfahrzeuge und auch im Bahnverkehr gibt es nach wie vor nicht- elektrifizierte Strecken, auf denen mit Diesel betriebene Züge verkehren.

Die Umsetzung der eingangs skizzierten Ziele in Maßnahmen muss in den EU- Mitgliedsstaaten erfolgen, sodass auf nationaler, aber auch auf regionaler Ebene inzwischen zunehmend Aktivitäten zur Dekarbonisierung des öffentli- chen Verkehrs wahrnehmbar sind. Im Rahmen von „Interreg Austria-Hungary“ beschäftigt sich das Projekt „Low Carb Mobility“ (ATHU114) mit Themen zur Erreichung von Klimazielen und zur Förderung alternativer und umweltfreundlicher Verkehrslösungen für die Grenzregion zwischen Österreich und Ungarn.

Die vorliegende Studie beschäftigt sich mit alternativen Antrieben im öffentli- chen Verkehr. Gemeint sind damit alternative, klimafreundliche Antriebsformen für Busse und Bahnen, die Alternativen zur Verwendung von Dieselkraftstoff darstellen. Dabei haben sich sowohl auf der Straße als auch auf der Schiene insbesondere Fahrzeuge mit Wasserstoff-Brennstoffzellenantrieben und Fahr- zeuge mit batterieelektrischen Antrieben in den vergangenen Jahren als vielversprechende Neu- bzw. Weiterentwicklungen gezeigt.

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Im Arbeitspaket Bahn wurde die Umstellung von sechs Eisenbahnstrecken rund um Wiener Neustadt in Niederösterreich auf alternative Antriebe (inkl. Voll- elektrifizierung) untersucht und ökonomisch bewertet. Die untersuchten Stre- cken reichen über Niederösterreich hinaus bis nach Wien, in das Burgenland und in die Steiermark bzw. bis in die ungarischen Komitate (Regionen) Győr- Moson-Sopron und Vas. Im Arbeitspaket Bus wurden vier regionale Busver- kehrsnetze in den Bereichen Wiener Neustadt und Bruck an der Leitha hinsichtlich der Möglichkeit zur Umstellung auf Fahrzeuge mit Wasserstoff-Brennstoff- zellenantrieben untersucht. Zudem wurden in der Studie Synergiepotenziale der gemeinsamen Erzeugung von grünem, klimafreundlichem Wasserstoff für Bus und Bahn am Standort Wiener Neustadt geprüft.

Die Studie zeigt, dass die Umstellung der untersuchten Eisenbahn- und Bus- verkehre auf Fahrzeuge mit alternativen Antrieben grundsätzlich machbar ist. Dabei stellt sich in der ökonomischen Betrachtung heraus, dass eine Umstel- lung auf Wasserstoff-Brennstoffzellenfahrzeuge mit deutlich höheren Aufwen- dungen als der Betrieb von konventionellen Zügen oder Bussen verbunden ist. Dies ist insbesondere auf die hohen Wirkungsgradverluste der zur Herstellung von grünem Wasserstoff erforderlichen Elektrolyse sowie der Brennstoffzellen in den Fahrzeugen zurückzuführen, was sich in den Betriebskosten spürbar nie- derschlägt. Im Arbeitspaket Bahn zeigte sich das Szenario mit batterieelektrischen Zügen (sogenannte „BEMU“) als vielversprechende, klimafreundliche Al- ternative und auch die Vollelektrifizierung der hier untersuchten Bahnstrecken kann als vorteilhaft angesehen werden.

Um die eingangs dargestellten Ziele zur Senkung des Klimagasausstoßes zu erreichen, ist es in jedem Fall erforderlich, schnellstmöglich mit der Umsetzung entsprechender Maßnahmen zu beginnen. Die vorliegende Studie ist eine Handreichung für die zuständigen Akteure des öffentlichen Verkehrs in Öster- reich und Ungarn, um die Kosten für eine Umstellung auf alternative Antriebe einordnen zu können und außerdem die nächsten Schritte auf dem Weg zum Einsatz von alternativen Antrieben bei Bussen und Bahnen in der Grenzregion vorzubereiten.

Összefoglalás

A „Green Deal” (Zöld Deal) keretén belül az Európai Unió a klimagázok kibocsátásának drasztikus csökkentését célozza meg. A cél a közlekedés által okozott kibocsátást 2050-ig 90%-kal mérsékelni. Ennek hátterében a nem villamosított nyilvános vasúti és buszflottákat részben dekarbonizálni kell és emellett a belsőégési motorokat alternatív hajtásokkal kell helyettesíteni. A buszközlekedésben ma még a dízeljárművek dominálnak, és a vasúti közlekedésben továbbra is vannak nem villamosított szakaszok, ahol dízellel hajtott vonatok közlekednek.

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A bevezetőben felvázolt célokat az EU-tagállamoknak intézkedéseken keresztül kell végrehajtani, mivel mind nemzeti, mind regionális szinten a nyilvános közlekedésben növekvő dekarbonizálási aktivitások tapasztalhatók. Az „Interreg Austria-Hungary” keretén belül a Low Carb Mobility” (ATHU114) projekt az osztrák és magyar határvidékek klímacéljainak elérését megcélzó témákkal és az alternatív és környezetbarát közlekedési megoldásokkal foglalkozik.

Jelen tanulmány a nyilvános közlekedésben alkalmazható alternatív hajtásokkal foglalkozik. Itt a buszok és vasutak olyan alternatív és klímabarát hajtási formáiról van szó, melyek a dízel üzemanyaghoz képest alternatívát jelentenek. Az utolsó évek folyamán a közúton és a vasúton különösen a hidrogén- üzemanyagcellás és az akkumulátoros hajtások területén sokat ígérő új, illetve továbbfejlesztések mutatkoztak meg.

A vasúti munkacsomagban a Bécsújhely körüli és Alsó-Ausztria területen meglévő hat vasúti vonalon vizsgálták meg az átállítást alternatív hajtásra (teljeskörű villamosítást is beleértve), és ezt gazdaságilag kiértékelték. A megvizsgált vonalak Alsó-Ausztrián keresztül Bécsig, Burgenlandba és Stájerországba, illetve a magyar Győr-Moson-Sopron és Vas megyékbe (régiókba) nyúlnak át. A Busz munkacsomagban négy regionális buszhálózaton vizsgálták meg Bécsújhely és Bruck an der Leitha körzetében a járművek hidrogén-üzemanyagcellára történő átállásának lehetőségeit. Emellett a szinergiapotenciál tanulmányban megvizsgálták Bécsújhely vonatkozásában a buszhoz és vasúthoz a lehetséges közös zöld és klímabarát hidrogén előállítását.

A tanulmány megmutatja, hogy a megvizsgált vasúti és buszközlekedés átállítása alternatív hajtásokra alapvetően lehetséges. A gazdasági megközelítés nyomán kiderült, hogy az átállás hidrogén-üzemanyagcellákra lényegesen magasabb ráfordításokkal járna, mint a vonatok és buszok hagyományos üzemeltetése. Ez elsősorban a zöld hidrogén előállításához szükséges elektrolízisnél és a járművek üzemanyagcelláiban keletkező hatásfokveszteségekre vezethető vissza, ami érezhetően befolyásolja az üzemeltetési költségeket. A Vasút munkacsomagban ezért az akkumulátorral történő villamos hajtás (az úgynevezett „BEMU”) mutatkozik sokat ígérő alternatívaként, ami környezetbarát és gazdaságilag is előnyös. Ugyanaz vonatkozik az itt megvizsgált vonalak teljeskörű villamosítására is. Emellett a teljeskörű villamosítás azt a lehetőséget is magában rejti, hogy a nagy kapacitást igénylő vonatokat egészen Bécsig lehet közlekedtetni, továbbá növeli annak esélyét, hogy a teherforgalmat is végig villamosított vonalon lehet lebonyolítani.

Hogy a bevezetőben ábrázolt klímakibocsátási célokat el lehessen érni, mindenképpen szükség lesz az átállást minél gyorsabban megfelelő intézkedésekkel elkezdeni. Itt elsősorban az alkalmas alternatív hajtással rendelkező járművek beszerzése mellett az ehhez szükséges kiszolgáló

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infrastruktúrának kialakítása szükséges (tároló, illetve feltöltő infrastruktúra). Jelen tanulmány segítséget nyújt az Ausztriában és Magyarországon tevékenykedő nyilvános közlekedésért felelős szereplőknek annak érdekében, hogy az alternatív hajtásokra történő átállással kapcsolatos költségeket be lehessen ütemezni és a határvidéken a buszokon és vonatokon történő alternatív hajtások alkalmazását elő lehessen készíteni.

Summary

As part of the ‘Green Deal’, the European Union is targeting a drastic reduction in greenhouse gas emissions. The aim is to cut transport emissions by 90% by 2050. The EU Strategy for Sustainable and Smart Mobility, published in 2020, states that regular transport on routes of less than 500 km must already be climate-neutral by 2030. Against this background, non-electrified public transport rail and bus fleets must be decarbonised, and combustion engines replaced by alternative propulsion systems. Diesel vehicles still dominate bus transport today, and diesel-powered trains continue to operate on non-electrified sections of the rail network.

The EU member states are translating the goals initially outlined into measures, such that activities to decarbonise public transport are becoming increasingly evident at the national, but also at the regional level. As part of the ‘Interreg Austria-Hungary’ programme, the ‘Low Carb Mobility’ (ATHU114) project deals with issues of achieving climate goals and promoting alternative and more en- vironmentally friendly traffic solutions for the border region between Austria and Hungary.

This study deals with alternative propulsion systems in public transport. This means climate-friendly propulsion forms for buses and trains that offer alter- natives to the use of diesel fuel. In recent years, hydrogen fuel cell propulsion and vehicles with battery-electric systems have proved to be particularly promising offering new and advanced developments, both on roads and railways. .

As part of the rail work package, the conversion of six sections of railway around Wiener Neustadt in Lower Austria to alternative propulsion systems (incl. full electrification) was examined and economically evaluated. The lines investigated extend beyond Lower Austria as far as Vienna, Burgenland and Styria and to the Hungarian counties of Győr-Moson-Sopron and Vas. In the bus work package, four regional bus transport networks in the areas of Wiener Neustadt and Bruck an der Leitha were examined with regard to the possibility of converting to vehicles with hydrogen fuel cell drives. In addition, the study examined the potential synergies of a joint production of green, climate-friendly hydrogen for buses and trains in the Wiener Neustadt area.

The study shows that the examined railway lines and bus transport networks conversion to alternative propulsion systems is in principle feasible. However,

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the economic analysis shows that a conversion to hydrogen fuel cell vehicles is associated with significantly higher costs than the operation of conventional trains or buses. This is mainly due to the high loss of efficiency during the electrolysis needed to produce green hydrogen as well as the efficiency losses connected to the fuel cells in the vehicles themselves.

In the rail work package, the scenario with battery electric trains (known as ‘BEMU’) emerged as a promising alternative that is both climate-friendly and economically advantageous. This is also true for the option of full electrification of the railway lines investigated in this study. Full electrification further offers the possibility of connecting trains with the required high capacity directly as far as Vienna, and opens up opportunities for more freight traffic to run on electric power throughout.

To achieve the goals of reducing climate emissions as initially outlined, it is in all events necessary to start with the implementation of the corresponding measures as quickly as possible. In addition to the procurement of vehicles with alternative propulsion systems, this entails establishing the associated power supply infrastructure (filling station and charging infrastructure) as well. This study serves as a guide for the public transport stakeholders in Austria and Hungary, supporting them in classifying the costs of conversion to alternative propulsion systems and also preparing the way for the next steps on the route to using alternative propulsion systems for buses and trains in the border region.

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1 Einleitung

1.1 Klimaschutz im Verkehr - eine globale Herausforde- rung

Im Einklang mit den globalen Bemühungen zur Bekämpfung des Klimawandels wird vielerorts die Dekarbonisierung von Industrien und die Abkehr von fossilen Brennstoffen angestrebt. Während einige Wirtschaftssektoren ihre Emissionen bereits massiv reduziert haben, kann der Verkehrsbereich kaum Erfolge aufweisen. Haupttreiber für CO2-Ausstoß im Transportsektor ist zwar der Individu- alverkehr, doch auch der öffentliche Verkehr kann weitere Beiträge zum Klima- schutz leisten.

Im Rahmen des „Green Deal“ (Grünen Deals) strebt die Europäische Union eine drastische Senkung der Emissionen als wesentlicher europäischen Beitrag zum globalen Klimaschutz an. Vor diesem Hintergrund sollen die verkehrsbedingten Emissionen bis 2050 um 90 % verringert werden. Konkrete Initiativen sind in der im Dezember 2020 veröffentlichten Strategie für nachhaltige und intelligente Mobilität enthalten1. Darin heißt es, dass der Linienverkehr auf Strecken unter 500 km bereits bis 2030 klimaneutral sein soll.

In Anbetracht dieser Ziele müssen auch nicht-elektrifizierte Bahn- und Busflot- ten des öffentlichen Verkehrs dekarbonisiert und dabei Verbrennungsmotoren durch alternative Antriebe ersetzt werden. Diesem Ansinnen verleiht die Euro- päische Union insbesondere mit der sogenannten „Clean Vehicles Directive“ Nachdruck. Diese EU-Richtlinie für saubere Fahrzeuge soll die Mitgliedsstaaten dahinbringen, im kommenden Jahrzehnt schrittweise sauberere und emissionsfreie Fahrzeuge anzuschaffen. Die Aufgabe ist jedoch anspruchsvoll und mit vielerlei finanziellen Investitionen verbunden, da Fahrzeuge mit alternativen Antrieben derzeit noch keine bzw. kaum Skaleneffekte erreichen. Dennoch ist die Suche nach dem wirtschaftlichsten Weg, um dauerhaft vom Dieselmotor wegzukommen, ein umweltpolitisches Muss.

1.2 Alternative Antriebsformen im öffentlichen Verkehr

Die Verwendung von klimafreundlichen erneuerbaren Energien im öffentlichen Verkehr ist keineswegs neu, denn ein Großteil des Stroms für die österreichi- schen Eisenbahnen wird aus Wasserkraft erzeugt. Dennoch gibt es sowohl in Österreich aber auch in Ungarn zahlreiche Bahnstrecken, die noch heute aus-

1 Europäische Kommission – Pressemitteilung vom 09.12.2020: „Das Verkehrssystem im Umbruch: Kom- mission stellt ihren Plan für eine umweltfreundliche, intelligente und erschwingliche Mobilität vor“

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schließlich mit Dieselfahrzeugen befahren werden. Ähnlich schaut es im Bus- verkehr aus, wo Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren unter Nutzung fossiler Brennstoffe gegenwärtig dominieren.

Wird von alternativen Antriebsformen im öffentlichen Verkehr gesprochen, so sind damit üblicherweise Alternativen zur Verwendung von Dieselkraftstoff gemeint. Dabei haben sich sowohl auf der Straße als auch auf der Schiene insbesondere Fahrzeuge mit Wasserstoff-Brennstoffzellenantrieben oder Fahrzeuge mit batterieelektrischen Antrieben in den vergangenen Jahren als vielversprechende Neu- bzw. Weiterentwicklungen gezeigt. Diese Studie wird sich mit Blick auf den Bahnverkehr daher schwerpunktmäßig mit diesen beiden Alternativen beschäftigen. Im Bereich des Busverkehrs stehen Wasserstoff-Brennstoffzel- lenantriebe im Fokus der engeren Betrachtung.

1.3 Grenzüberschreitende Aktivitäten im Interreg-Pro- grammgebiet Österreich/Ungarn

Die hier vorliegende Studie ist Bestandteil des Projektes „Low Carb Mobility“ (ATHU114) und wurde vom Projektpartner Verkehrsverbund Ostregion GmbH (VOR) beauftragt. Das Projekt Low Carb Mobility beschäftigt sich im Rahmen von „Interreg Austria-Hungary“ mit Themen zur Erreichung von Klimazielen und zur Förderung alternativer und umweltfreundlicher Verkehrslösungen im Pro- grammgebiet in der Grenzregion zwischen Österreich und Ungarn (siehe auch S. 3).

Die Herangehensweise an das Projekt sieht eine umfassende Betrachtung der Entwicklung und Förderung alternativer Mobilitätformen in der Grenzregion sowie begleitende Bewusstseinsbildung der Bevölkerung, der Gemeinden, Be- triebe, Entscheidungsträger und sonstiger relevanter Zielgruppen vor. Insofern ist diese Studie als Handreichung für die zuständigen Akteure des öffentlichen Verkehrs in Österreich und Ungarn zu verstehen, um einerseits die Kosten für den Einsatz von alternativen Antrieben bei Bussen und Bahnen in der Grenzre- gion einordnen zu können und anderseits die entsprechenden nächsten Schritte auf dem Weg zur Umsetzung vorzubereiten.

1.4 Gliederung der Studie

Die Studie gibt in Kapitel 2 zunächst einen umfassenden Überblick über die organisatorischen und rechtlichen Rahmenbedingungen, welche für die Bahn- und Busverkehre mit alternativen Antriebsformen in Österreich und Ungarn zu beachten sind. Im Anschluss folgt in Kapitel 3 eine Gesamtschau infrastruktu- reller und ökologischer Rahmenbedingungen, welche Wasserstoff-Brennstoff- zellen-Antriebe und batterieelektrische Antriebe für Busse und Bahnen umfasst, sich aber insgesamt hauptsächlich auf den Busverkehr fokussiert.

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Auf den Rahmenbedingungen aufbauend, folgen die Arbeitspakete Bahn (Ka- pitel 4) und Bus (Kapitel 5), die den Kern der im Rahmen dieser Studie durch- geführten Untersuchung darstellen. Es wird jeweils auf die untersuchten Stre- cken/Regionen und Datengrundlagen eingegangen, bevor Detailuntersuchun- gen, Kostenkalkulationen sowie Umwelteffekte beschrieben werden. Kapitel 5 enthält außerdem internationale Praxisbeispiele zum Einsatz von Wasserstoff- bussen. Zwischenfazits runden die beiden Kapitel ab.

In Kapitel 6 wird eine Prüfung des Synergiepotenzials der Wasserstoffinfra- struktur erläutert, bevor abschließend in Kapitel 7 ein Gesamtfazit gezogen wird.

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2 Organisatorische und rechtliche Rahmenbe- dingungen für Bahn- und Busverkehre mit alternativen Antriebsformen in Österreich und Ungarn

Dieses Kapitel behandelt den organisatorischen und rechtlichen Rahmen des öffentlichen Verkehrs in Österreich und Ungarn. Ein besonderes Augenmerk wird dabei auf Rahmenbedingungen für den Einsatz alternativer Antriebsfor- men bei Bahn und Bus gelegt. Diese Rahmenbedingungen werden zuweilen auch von politischen Einflüssen geprägt.

2.1 Organisationsstrukturen von Bahn- und Busverkeh- ren im Projektgebiet

In Grenzgebieten können relevante Akteure für Bahn- und Busverkehre zuweilen auf unterschiedlichen Verwaltungsebenen organisiert sein. Im folgenden Abschnitt werden die österreichischen und ungarischen Organisationsstruktu- ren beschrieben, wobei der Schwerpunkt auf den Verbünden/Bestellorganisa- tionen des öffentlichen Verkehrs liegt.

2.1.1 Österreich

2.1.1.1 Verbünde/Bestellorganisationen des öffentlichen Verkehrs

Laut dem Bundesministerium für Klimaschutz, Umwelt, Energie, Mobilität, In- novation und Technologie (BMK) ist Österreich seit 1997 das einzige Land der Welt mit landesweiten Verkehrsverbünden2. Die Verbundorganisationsgesell- schaften sind in Österreich als reine Landesgesellschaften konzipiert.

Ein Verkehrsverbund ist „eine kooperative Institution kraft privatrechtlicher Verträge zwischen den Gebietskörperschaften (Grund- und Finanzierungsver- trag zwischen Bund und dem betreffenden Land/Gemeinde) einerseits sowie zwischen den Gebietskörperschaften und den einzelnen Verkehrsunternehmen andererseits (Verkehrsdienstvertrag).“3

Die Republik Österreich wird von den folgenden sieben Verkehrsverbünden abgedeckt:

Oberösterreichischer Verkehrsverbund (OÖVV) Salzburger Verkehrsverbund (SVV)

2 https://www.bmk.gv.at/themen/mobilitaet/transport/nahverkehr/verkehrsverbuende.html

3 Definition gemäß Bundesministerium Klimaschutz, Umwelt, Energie, Mobilität, Innovation und Technologie

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Steirischer Verkehrsverbund (VST) Verkehrsverbund Kärnten (VKG) Verkehrsverbund Ost-Region (VOR) Verkehrsverbund Tirol (VVT) Verkehrsverbund Vorarlberg (VVV)

Im Bereich des Eisenbahnpersonenverkehrs ist zudem das Bundesministerium für Klimaschutz, Umwelt, Energie, Mobilität, Innovation und Technologie (BMK) selbst ein relevanter Akteur. Im Auftrag des BMK finanziert die Schieneninfra- struktur-Dienstleistungsgesellschaft (SCHIG) mbH sogenannte Verkehrsdienst- verträge gemäß den Bestimmungen der VO (EG) 1370/2007.4 Seit 2020 schlie- ßen Bund und Länder auf Basis von Kooperationsverträgen gemeinsame Ver- kehrsdienstverträge (VDV) ab (bisher: Grundangebot durch VDV des Bundes, ergänzende Leistungen durch eigene VDV der Länder), die alle Leistungen des jeweils betroffenen Gebietes beinhalten.

Die vorstehend genannten Verbünde weiterhin sind zudem für die Verkehrs- dienstverträge des öffentlichen Straßenpersonenverkehrs zuständig. Relevant für das Projektgebiet dieser Studie ist in Österreich der Verkehrsverbund Ost- Region (VOR).

2.1.1.2 Eisenbahninfrastruktur- und -verkehrsunternehmen

Wesentliche Betreiber von Schieneninfrastruktur im Projektgebiet sind die ÖBB Infrastruktur AG, die eine Teilgesellschaft der Österreichischen Bundesbahn Holding sind. Die in Kapitel 4.3 näher untersuchten Bahnstrecken gehören auf dem Gebiet der Republik Österreich zur ÖBB-Infrastruktur; ausgenommen ist hiervon die Strecke der sogenannten Grenzbahn im Bereich Oberwart – Grenze AT/HU (– Szombathely), die auf den in Österreich noch vorhandenen Abschnit- ten der Verkehrsinfrastruktur Burgenland GmbH gehört.

Die Sparte ÖBB-Personenverkehr AG betreibt den Schienenpersonenverkehr auf den hier behandelten Strecken in Österreich, ggf. in Kooperation mit aus- ländischen Partnerbahnen (siehe dazu auch im folgenden Abschnitt).

In Österreich gibt es darüber hinaus im Projektgebiet noch die Raaberbahn, die Infrastrukturbetreiber des Abschnitts Ebenfurth – Sopron ist und als EVU den Verkehr Wien Hbf – Ebenfurth – Sopron – Deutschkreutz durchführt. Als wei- teres Infrastrukturunternehmen ist die Neusiedler Seebahn zu erwähnen, die die Strecke von Neusiedl am See nach Pamhagen betreibt (siehe auch folgend im Kapitel 2.1.2.2).

4 Quelle: SCHIG - Verkehrsdienste Schienenpersonenverkehr

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2.1.2 Ungarn

2.1.2.1 Verbünde/Bestellorganisationen des öffentlichen Verkehrs

Die Nemzeti Közlekedési Hatóság (NKH, auf Deutsch: Nationale Verkehrsbe- hörde) ist die ungarische Zulassungsbehörde für den Verkehr. Sie hat ihren Sitz in Budapest und ist für Straßenverkehr, Luftfahrt, Eisenbahn sowie Schifffahrt zuständig. Besteller für Verkehrsleistungen ist das Ministerium für Innovation und Technologie ITM (Innovációs és Technológiai Minisztérium). Koordiniert werden die Verträge vom Institut für Transportwissenschaften KTI (Közlekedéstudományi Intézet Nonprofit Kft.), das auch für die strategische Verkehrsplanung zuständig ist. KTI hat hierfür, neben dem Hauptbüro in Buda- pest, mehrere Regionalbüros in Ungarn. Das für Westungarn zuständige Büro befindet sich in Szombathely.

2.1.2.2 Eisenbahninfrastruktur- und -verkehrsunternehmen

Die Unternehmen MÁV (Magyar Államvasutak Zrt. – Ungarische Staatsbahnen) und GySEV (Raaberbahn; Raab-Oedenburg-Ebenfurter Eisenbahn AG bzw. auf Ungarisch: Győr-Sopron-Ebenfurti Vasút) betreiben als wichtigste Eisenbahn- verkehrsunternehmen in den Komitaten Győr-Moson-Sopron und Vas.

Wichtigstes Verkehrsunternehmen in Ungarn ist die Magyar Államvasutak Zrt. (MÁV), die Ungarische Staatseisenbahnen AG. Zur Holding gehören etwa 30 Tochtergesellschaften.

Im Untersuchungsgebiet ist auf ungarischer Seite die GySEV/Raaberbahn das wichtigste Verkehrsunternehmen, daher wird hier nur auf dieses eingegangen. Die GySEV hat ihren Sitz in Sopron, Ungarn. Hauptverbindung der Gesellschaft ist die grenzüberschreitende und namensgebende Bahnstrecke Győr – Sopron – Ebenfurth, die auf einer Streckenlänge von 115 km durchgehend elektrisch betrieben wird. Weiterhin werden von der GySEV Strecken auf der früheren Vizinalbahn der Fertővidéki Helyiérdekű Vasút/Neusiedler Seebahn geführt. Die GySEV ist auch auf einigen kurzen Abschnitten im Grenzgebiet bei Sopron Be- treiber österreichischer Infrastruktur.

Die eingleisige Strecke von Sopron nach Zalaszentiván wurde nach der Über- nahme durch die GySEV durchgehend rekonstruiert und elektrifiziert. Für den reibungslosen Verkehr in beide Richtungen wurden an mehreren Bahnhöfen Ausweichstellen eingerichtet. Sie ist besonders für den Güterverkehr zwischen Wien und Graz notwendig.

Die Rekonstruktion der Zweigstrecke Szombathely Kőszeg wird im Rahmen eines EU-Projektes mit der Nummer IKOP-3.2.0-15-2016-0006 gefördert. Die Förderung wurde von GySEV im Rahmen des bereits oben erwähnten Projekts „Low Carb Mobility“ eingereicht. Die Förderung erfolgt zu 100 % aus dem Eu- ropäischen Regionalen Entwicklungsfond. Dabei wird der gesamte Streckenver- lauf entsprechend allen durch die EU vorgegebenen Richtlinien erneuert. Alle

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Genehmigungen dafür liegen vor, so dass mit dem Bau in der ersten Hälfte des Jahres 2021 begonnen werden kann. Im Rahmen eines späteren Projekts ist die Elektrifizierung der Strecke vorgesehen.

Nicht unerwähnt bleiben darf die ungarische zentrale Busgesellschaft VOLÁN AG. Sie wird durch die ungarische Staatsbahn MÁV geleitet und stellt in den größeren Städten durch regionale Volán-Niederlassungen den Öffentlichen Personennahverkehr sicher. Die grenzüberschreitenden Buslinien zwischen den Komitaten Győr-Moson-Sopron und Vas bzw. dem Burgenland dienen insbesondere den Schulpartnerschaften und dem grenzüberschreitenden Verkehr.

2.2 Rechtlich-politischer Rahmen für alternative An- triebsformen mit Fokus auf Wasserstoffanwendun- gen

Dieses Kapitel behandelt den rechtlich-politischen Rahmen für alternative An- triebsformen des öffentlichen Verkehrs, wobei der Schwerpunkt zunächst generell auf Wasserstoffthemen und hierbei auf österreichischen Ansätzen liegt. Als besonderes Recht des öffentlichen (Straßen)personenverkehrs wird als weiterer Schwerpunkt auf die europäische „Clean Vehicles Directive“ (CVD) eingegangen, die neben Wasserstoff auch weitere alternative Antriebsformen behandelt. Zudem werden generelle Fördermöglichkeiten in diesem Kapitel behandelt.

2.2.1 Nationale Wasserstoffstrategien

2.2.1.1 Österreich

Österreich hat sich das Ziel gesetzt, Vorreiter bei der Entwicklung einer Was- serstoffwirtschaft auf Basis von erneuerbaren Energien zu werden. Der Prozess zur Einführung einer nationalen Wasserstoffstrategie, welcher 20195 gestartet wurde und im Herbst 2020 beendet werden sollte, hat sich jedoch verzögert. Die Veröffentlichung der vollständigen Strategie wird für 2021 erwartet, wobei der öffentliche Konsultationsprozess im Laufe des Jänner 2021 begonnen hat6.

Da das Land bis 2040 die Klimaneutralität anstrebt, wird erwartet, dass Was- serstoff eine Schlüsselrolle beim Erreichen dieses Ziels spielen wird. Es ist bereits bekannt, dass sich Österreich auf die Produktion von grünem Wasserstoff mittels Elektrolyse und elektrischer Energie aus erneuerbaren Energien konzentrieren wird. Außerdem konzentriert sich die österreichische Strategie auf den Einsatz von grünem Wasserstoff in Sektoren, für die es keine anderen Lö-

5 Quelle: BMK bzw. BMVIT (2019)

6 Quelle: Wiener Zeitung (2020)

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sungen gibt, vor allem im industriellen Sektor (als Energieträger oder chemi- scher Grundstoff) oder für den Schwerlastverkehr (z. B. LKW). Außerdem sollen im Rahmen der Strategie Mittel für die Forschung in diesem Bereich bereitgestellt werden.

2.2.1.2 Ungarn (inkl. dazugehöriger Regelungen)

Das Nationale Strategiepapier von Ungarn (HyLaw National Police Paper) beschreibt die Rahmen der künftigen Wasserstoffproduktion, dessen Lagerung und Transport sowie der Anwendbarkeit des Wasserstoffs als Treibstoff. In diesem Zusammenhang werden im genannten Dokument auch die wichtigsten geltenden Regelungen zusammengefasst:

Ministerialdekret 6/1990. KöHÉM über die Zulassung von Straßenfahrzeu- gen: Diese Rechtsvorschrift beinhaltet „Elektrofahrzeug“- und „Gasfahr- zeug“-Kategorien, jedoch gibt es keine eigenständige Kategorie „Wasser- stofffahrzeug“. Diese können jedoch als Wasserstofffahrzeuge eingestuft werden, die gemäß der Verordnung (EU) Nr. 406/2010 der Kommission zur Umsetzung der Verordnung (EG) Nr. 79/2009 über die Typgenehmigung von wasserstoffbetriebenen Motorfahrzeugen als solche gelten. (Die Ver- ordnungen sind in den Mitgliedstaaten unmittelbar anwendbar.) Es gibt ein wenig Rechtsunsicherheit in dieser Klassifizierungsfrage, da die aktuellen Definitionen nicht genau genug sind und in einigen Aspekten veraltet (z. B. bezieht sich die Definition von "Plug-in-Hybrid" nur auf batterieelektrische und Diesel/Benzin-Hybridantriebe, nicht auf batterieelektrische und Was- serstoff-Brennstoffzellen-Hybride). Im Zusammenhang mit dem Typgenehmigungsverfahren ist das oben genannte Ministerialdekret (6/1990. KöHÉM) maßgebend. Es bezieht sich im Falle von Wasserstofffahrzeugen ausdrücklich auf 79/2009/EG und 406/2010/EU. KöHÉM ist eine alte Gesetzgebung aus 1990, deren letzte Änderung im Jahr 2018 datiert ist. Die zuständige Behörde für Typgenehmigungsverfahren ist die nationale Verkehrsbehörde, die seit 2018 dem Ministerium für Technologie und Inno- vation (MTI) untersteht. Letzteres ist der Nachfolger des Ministeriums für nationale Entwicklung. Diese Behörde ist in allen Typgenehmigungsverfah- ren zuständig für Pkw (inkl. Taxis), Busse, Trolleybusse, Lkw, Motorräder, Allradfahrzeuge. Es existieren derzeit gleichzeitig sowohl das Genehmi- gungsverfahren auf EU Ebene, als auch nationale und individuelle Geneh- migungsverfahren. Der Ministerialerlass KöHÉM 5/1990. ist im Zusammenhang mit der technischen Prüfung von Straßenfahrzeugen und deren regelmäßiger technischer Überwachung relevant: Was das Verfahren betrifft, so gibt es keinen Un- terschied im Typgenehmigungsverfahren zwischen konventionellen An- triebsfahrzeugen und Wasserstofffahrzeugen. In beiden Fällen gilt der gleiche Prozessrahmen. Derzeit gibt es keine inländische Erfahrung mit der

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Typgenehmigung von Wasserstofffahrzeugen, da bei der ungarischen Be- hörde bisher kein solches Verfahren eingeleitet wurde. Regierungsbeschluss 1487/2015. über die legislativen Aufgaben im Zusam- menhang mit dem Jedlik-Ányos-Plan (nationaler Elektromobilitätsplan). Dieser beschreibt die entsprechenden Anreize für batterieelektrische Fahr- zeuge (und Hybride), deckt jedoch keine Wasserstofffahrzeuge ab. Für Wasserstofffahrzeuge gibt es nur sehr wenige Bestimmungen, aber ein praktischer Rechtsakt ist in diesem Bereich noch nicht vorgekommen.

Die angesprochenen geltenden Regelungen für die existierenden Genehmi- gungsverfahren in zeitlicher Reihenfolge:

Ministerialerlass KöHÉM 6/1990: Maßgeblicher Erlass mit technischen Re- geln zur Kategorisierung von Elektro-, Gas- und Wasserstofffahrzeugen, zuletzt geändert im Jahr 2018. Gesetz Nr. 29/2008. (III. 20.): OGY Nationale Strategie zur Klimaverände- rung für die Jahre 2009-2010 mit gesetzlichen Verpflichtungen entsprechend den EU-Vorgaben Verordnung (EG) Nr. 79/2009: Typgenehmigung von wasserstoffbetriebenen Motorfahrzeugen Verordnung (EU) Nr. 406/2010: Regelung der Kommissionsaufgaben zur Umsetzung der Verordnung (EG) Nr. 79/2009 Reg.-Anordnung Nr. 38/2012: Entwicklungsstrategien in 3 Zeitperioden 2018-2020 Konkrete Aufgaben 2021-2030 Entwicklungsziele 2030-2050 Eingriffsmöglichkeiten Dekarbonisationsfahrplan 2014 (HDU): Einsparung von Karbonemissionen Jedlik-Ányos-Plan 1487/2015: Nationaler Elektromobilitätsplan, mit entsprechenden Anreizen für batterieelektrische Fahrzeuge und Hybride; jedoch ohne Wasserstofffahrzeuge. Irinyi-Plan 2016: Konzeption für innovative Industrieentwicklung Erneuer- bare Energien, Biomasse, Verkehrsgeeignete Energieträger, Biotreibstoffe. Wasserstoff wird nicht berücksichtigt Reg. -Anordnung 23/2018: Nationale Strategie zur Klimaveränderung 2018- 2030 bzw. 2050 (u. a. auch Erwähnung von Regelungen für Wasserstoff- betriebene Kraftfahrzeuge)

2.2.2 Generelles Recht für Wasserstoffanwendungen in Österreich

Die Herstellung von Wasserstoff aus fossilen Kraftstoffen, dessen Transport, Verteilung und Verwendung sind nicht neu. Wasserstoff wird bereits in der In- dustrie und im Raffineriesektor verwendet, und entsprechende Technologien

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sind ausgereift und weit verbreitet. Die rechtlichen und administrativen Voraus- setzungen für den Umgang mit Wasserstoff auf dieser Ebene sind bereits vorhanden.

Die Verwendung von Wasserstoff als Energieträger und Kraftstoff im Mobili- tätssektor hat in den letzten Jahren einen Aufschwung erfahren. Wasserstoff- betriebene Fahrzeuge versprechen einen wesentlichen Beitrag zur Erreichung der Klimaziele der EU und auch der Mitgliedsstaaten zu leisten und wurden daher in den letzten Jahren sowohl auf EU-Ebene als auch auf nationaler Ebene als ernstzunehmende Alternative zu Fahrzeugen mit konventionellen Verbren- nungsmotoren erkannt.

Der Einsatz von wasserstoffbetriebenen Fahrzeugen steckt jedoch noch in den Kinderschuhen. Im Moment sind Brennstoffzellen-Fahrzeuge noch tendenziell teuer, was vor allem an den hohen Herstellungskosten der Brennstoffzellen und fehlenden Skaleneffekten liegt. Zusätzlich zu den hohen Fahrzeugkosten sind Wasserstofftankstellen noch nicht weit verbreitet und die Kosten für die Her- stellung von Wasserstoff sind immer noch hoch.

Um den Markteintritt von wasserstoffbetriebenen Fahrzeugen zu unterstützen, müssen auf nationaler Ebene regulatorische Maßnahmen ergriffen werden, um die Zulassungsprotokolle für die Lagerung und den Umgang mit Wasserstoff- kraftstoffen klar zu definieren, sowie Gesetze, die sich mit den Zulassungspro- zessen der Fahrzeuge selbst beschäftigen. In diesem Zusammenhang müssen die gesetzlichen Regelungen gleiche Wettbewerbsbedingungen für alle An- triebssysteme fördern.

Bei der Betrachtung der Regulierung von Wasserstoff kann zwischen Produk- tion, Speicherung sowie Transport und Verteilung von Wasserstoff als Kraftstoff für Brennstoffzellen-Fahrzeugen unterschieden werden. Der nachfolgende Ab- schnitt behandelt relevante Gesetze und weitere Regulierungen auf nationaler Ebene, die für jede dieser Kategorien existieren. Die Liste basiert auf der Arbeit des HyLAW-Projekts Policy Paper, das im Jahr 2020 veröffentlicht wurde.

2.2.2.1 Produktion von Wasserstoff

Rechtliche und verwaltungstechnische Prozesse im Zusammenhang mit der Produktion von Wasserstoff betreffen sowohl die Produktion auf zentraler als auch auf lokaler (dezentraler) Ebene. Zentrale Produktionseinheiten werden in der Regel gebaut, um große Mengen an Wasserstoff zu produzieren, die den Bedarf eines großen geografischen Gebiets decken können. Eine zentrale Pro- duktionsstelle versorgt in der Regel eine große Anzahl von Verbrauchsstellen, was einen Wasserstofftransport impliziert. Auf der anderen Seite sind lokale, dezentrale Produktionseinheiten kleine Einheiten, die Wasserstoff hauptsäch- lich für den lokalen Bedarf produzieren. Hauptsächlich wird Wasserstoffdurch Elektrolyse produziert, ein alternativer Prozess ist die Dampf-Methan-Reformie- rung (siehe auch Kapitel 3.1.2).

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Hinsichtlich der rechtlichen Grundlagen bzw. Normen sind insbesondere die folgenden Referenzdokumente relevant:

Richtlinie 2012/18/EU des Europäischen Parlaments (Seveso III Richtlinie) und des Rates vom 4. Juli 2012 zur Beherrschung der Gefahren bei schwe- ren Unfällen mit gefährlichen Stoffen; anzuwenden ab einer Mengen- schwelle von fünf Tonnen Wasserstoff Richtlinie 2011/92/EU über die Umweltverträglichkeitsprüfung bei bestimmten öffentlichen und privaten Projekten Richtlinie 2010/75/EU über Industrieemissionen (integrierte Vermeidung und Verminderung der Umweltverschmutzung) Richtlinie 2001/42/EG des Europäischen Parlaments und des Rates vom 27. Juni 2001 über die Prüfung der Umweltauswirkungen bestimmter Pläne und Programme ATEX-Richtlinie 2014/34/EU-die sich an Hersteller bezüglich der CE-Kenn- zeichnung richtet -Umweltverträglichkeitsprüfungsgesetz 2000 (UVP-G 2000) BGBl. Nr. 194/1994 (WV) - Gewerbeordnung 1994 – GewO 1994 Flächennutzungsplan (Flächenwidmungsplan) BGBl. II Nr. 229/2015 - Verordnung des Bundesministers für Wissenschaft, Forschung und Wirtschaft über die Beherrschung der Gefahren schwerer Unfälle mit gefährlichen Stoffen in Betrieben (Industrieunfallverordnung 2015 – IUV 2015) BGBl. II Nr. 52/2016 - Verordnung des Bundesministers für Wissenschaft, Forschung und Wirtschaft über Geräte und Schutzsysteme zur bestim- mungsgemäßen Verwendung in explosionsgefährdeten Bereichen (Explosi- onsschutzverordnung 2015 – ExSV 2015) BGBl. I Nr. 77/2015 - Bundesgesetz über das Inverkehrbringen von Maschi- nen, Geräten, Ausrüstungen oder deren Teile oder Zubehör im harmoni- sierten Bereich und die Notifizierung von Konformitätsbewertungsstellen (Maschinen – Inverkehrbringungs- und NotifizierungsG; MING) BGBl. I Nr. 38/1999 - Bundesgesetz über mineralische Rohstoffe (Mineral- rohstoffgesetz - MinroG) BGBl. Nr. 106/1993 - Bundesgesetz über Sicherheitsmaßnahmen, Normali- sierung und Typisierung auf dem Gebiet der Elektrotechnik (Elektrotechnik- gesetz 1992 – ETG 1992) Verordnung über Druckgeräte (Druckgeräteverordnung) BGBl. II Nr. 426/1999 - Verordnung des Bundesministers für Wissenschaft, Forschung und Wirtschaft über Druckgeräte (Druckgeräteverordnung - DGVO)

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2.2.2.2 Speicherung von Wasserstoff

Umweltpolitisches Ziel ist es üblicherweise, grünen Wasserstoff aus erneuerbaren Energiequellen zu erzeugen (siehe dazu auch Kapitel 3.1.1.4). Durch die oft unstetige Energieerzeugung der erneuerbaren Energien (insbesondere Windkraft) bedeutet dies Schwankungen in der Wasserstoffproduktion. Daher ist oft eine Kurzzeitspeicherung in konventionellen Gastanks, Metallflaschen und Verbundbehältern erforderlich. Es können hierbei alle Aggregatzustände von Wasserstoff relevant sein: Gas (unter Druck auf verschiedenen Druckni- veaus), flüssig und fest (in Form von Metallhybriden).

Die Vor-Ort-Speicherung von Wasserstoff ist mit unterschiedlichen Auflagen verbunden. Im gewerblichen und industriellen Bereich ist ein Unternehmen, welches mehr als 5 Tonnen Wasserstoff an einer Betriebsstätte speichert, mo- mentan nach der Seveso III Richtlinie eingestuft und muss wesentlich höhere Auflagen erfüllen als Anlagen mit geringerer Speicherkapazität. Beim wirtschaftlichen Einsatz von Wasserstoff werden jedoch oft größere Speicher be- nötigt, die 5 Tonnen-Grenze könnte bereits durch eine Wasserstoff-Tankstelle überschritten werden.

Hinsichtlich der rechtlichen Grundlagen bzw. Normen sind insbesondere die folgenden Referenzdokumente relevant: Richtlinie 2012/18/EU des Europäischen Parlaments (Seveso III Richtlinie) und des Rates vom 4. Juli 2012 zur Beherrschung der Gefahren bei schwe- ren Unfällen mit gefährlichen Stoffen; anzuwenden ab einer Mengen- schwelle von fünf Tonnen Wasserstoff. Sicherheitsanforderungen bei Lage- rung von Wasserstoff in großen Mengen: Richtlinie 2001/42/EG des Europäischen Parlaments und des Rates vom 27. Juni 2001 über die Prüfung der Umweltauswirkungen bestimmter Pläne und Programme Richtlinie 92/43/EWG vom 21. Mai 1992 zur Erhaltung der natürlichen Le- bensräume sowie der wildlebenden Tiere und Pflanzen Richtlinie 2009/147/EG des Europäischen Parlaments und des Rates vom 30. November 2009 über die Erhaltung der wildlebenden Vogelarten Richtlinie 2011/92/EU des Europäischen Parlaments und des Rates vom 13. Dezember 2011 über die Umweltverträglichkeitsprüfung bei bestimmten öf- fentlichen und privaten Projekten Richtlinie 2014/52/EU über die Umweltverträglichkeitsprüfung Richtlinie 2014/34/EU des Europäischen Parlaments und des Rates vom 26. Februar 2014 zur Angleichung der Rechtsvorschriften der Mitgliedsstaaten für Geräte und Schutzsysteme zur bestimmungsgemäßen Verwendung in explosionsgefährdeten Bereichen Richtlinie 99/92/EG -Gefahren durch explosionsfähige Atmosphären

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Richtlinie 2014/68/EU des Europäischen Parlaments und des Rates vom 15. Mai 2014 zur Harmonisierung der Rechtsvorschriften der Mitgliedstaaten für die Bereitstellung von Druckgeräten auf dem Markt Raumordnungsgesetze in Österreich BGBl. Nr. 697/1993 - Bundesgesetz über die Prüfung der Umweltverträg- lichkeit (Umweltverträglichkeitsprüfungsgesetz 2000 – UVP-G 2000) BGBl. Nr. 194/1994 (WV) - Gewerbeordnung 1994 – GewO 1994 BGBl. Nr. 240/1991 - Verordnung des Bundesministers für wirtschaftliche Angelegenheiten, des Bundesministers für öffentliche Wirtschaft und Ver- kehr, des Bundesministers für Gesundheit, Sport und Konsumentenschutz und des Bundesministers für Arbeit und Soziales über Lagerung und Abfül- lung brennbarer Flüssigkeiten (Verordnung über brennbare Flüssigkeiten – VbF) BGBl. II Nr. 309/2004 - Verordnung des Bundesministers für Wirtschaft und Arbeit über den Schutz der Arbeitnehmer/innen vor explosionsfähigen At- mosphären und mit der die Bauarbeiterschutzverordnung und die Arbeits- mittel-Verordnung geändert werden (Verordnung explosionsfähige Atmo- sphären – VEXAT) BGBl. Nr. 450/1994 idF BGBl. Nr. 457/1995 (DFB) - Bundesgesetz über Si- cherheit und Gesundheitsschutz bei der Arbeit (ArbeitnehmerInnenschutz- gesetz – ASchG) DIN EN 60079-0:2014-06; VDE 0170-1:2014-06 VDE 0170-1:2014-06 Ex- plosionsfähige Atmosphären – Teil 0: Geräte - Allgemeine Anforderungen (IEC60079-0:2011, modifiziert+ Kor.:2012+ Kor.:2013); Deutsche Fassung EN60079-0:2012+ A11:2013) ÖNORM M 7323: 2018 01 15 Errichtungsvorschriften für ortsfeste Druckbe- hälter für die Lagerung von Gasen ÖNORM M 7379: 2017 03 01 Gaslagerung -Lagerung von Gasflaschen und anderen ortsbeweglichen Druckbehältern Derzeit werden im Genehmigungsverfahren für die Speicherung von Was- serstoff die allgemeinen Regeln für die Lagerung von brennbaren Chemika- lien und Gasen angewendet.

2.2.2.3 Transport und Verteilung von Wasserstoff

Wie bei anderen Brennstoffen muss auch beim Transport von Wasserstoff ein sicherer Transport gewährleistet sein, insbesondere wenn es sich um zentrali- sierte Produktionsanlagen handelt. Regelwerke umfassen dabei den Transport von Wasserstoff in herkömmlichen Gastanks, Metallflaschen und Verbundbe- hältern auf der Straße. Auch hierbei können alle Aggregatzustände von Was- serstoff betroffen sein.

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Hinsichtlich der rechtlichen Grundlagen bzw. Normen sind insbesondere die folgenden Referenzdokumente relevant:

Richtlinie 2008/68/EG des Europäischen Parlaments und des Rates vom 24. September 2008 über die Beförderung gefährlicher Güter im Binnenland ADR Europäisches Übereinkommen über die internationale Beförderung ge- fährlicher Güter auf der Straße-Sicherheitsdatenblatt SDS Eiga067A Richtlinie 2004/54/EF vom 29. April 2004 Mindestanforderungen an die Si- cherheit von Tunneln im transeuropäischen Straßennetz BGBl. I Nr. 145/1998 - Bundesgesetz über die Beförderung gefährlicher Gü- ter (Gefahrgutbeförderungsgesetz – GGBG) ÖNORM M7379: 2017 03 01 Gaslagerung -Lagerung von Gasflaschen und anderen ortsbeweglichen Druckbehältern - Informationsblatt Nr. 17 A: Si- cherer Transport von Gasflaschen und Kryo-Behältern - Gesetz über die Beförderung gefährlicher Güter (Druckgerätegesetz) BGBl. II Nr. 52/2016 - Verordnung des Bundesministers für Wissenschaft, Forschung und Wirtschaft über Geräte und Schutzsysteme zur bestim- mungsgemäßen Verwendung in explosionsgefährdeten Bereichen (Explosi- onsschutzverordnung 2015 – ExSV 2015)

Auf nationaler Ebene scheint die wichtigste Referenz für die meisten Länder die Übersetzung des ADR zu sein.

2.2.3 Generelles Recht für Batterieanwendungen

Die Verpflichtungen für Hersteller, Importeure, Sammelstellen, Behandler und Eigenimporteure von Batterien sind im österreichischen Recht in der Batterie- verordnung 2008 (BMLFUW (Bundesministerium für Land- und Forstwirtschaft, Umwelt und Wasserwirtschaft) BGBl. II Nr. 159/2008) geregelt. Diese Verord- nung basiert auf den folgenden EU-Richtlinien und Verordnungen:

Batterienrichtlinie (RL 2006/66/EG) Verordnung Nr. 1103/2010/EU zur Festlegung von Vorschriften für die An- gabe der Kapazität auf sekundären (wiederaufladbaren) Gerätebatterien und -akkumulatoren sowie auf Fahrzeugbatterien und –akkumulatoren Verordnung Nr. 493/2012/EU mit Durchführungsbestimmungen zur Be- rechnung der Recyclingeffizienzen von Recyclingverfahren für Altbatterien und Altakkumulatoren Diese Verordnung gilt für alle Typen von Batterien, unabhängig von Form, Vo- lumen, Gewicht, stofflicher Zusammensetzung oder Verwendung. Die Ziele dieser Verordnung, wie sie in § 1 genannt werden, sind: Die Verbesserung der Umweltverträglichkeit von Batterien während ihres gesamten Lebenszyklus,

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Die Vermeidung von Abfällen aus Batterien und - soweit diese Abfälle nicht vermeidbar sind - das Recycling und andere Formen der Verwertung dieser Abfälle zur Verringerung der zu beseitigenden Abfallmengen im Sinne eines nachhaltigen Stoffstrommanagements und einer Verbesserung der Umwelt- situation; dies soll durch Einbeziehung aller am Lebenszyklus von Batterien Beteiligten, z.B. Hersteller, Vertreiber, Verbraucher und Abfallbehandler, erreicht werden, Die weitgehend getrennte Sammlung von Altbatterien und die Vermeidung ihrer endgültigen Entsorgung als unsortierter Siedlungsabfall. Sicherstellung eines hohen Niveaus des Recyclings von Altbatterien, und Die Beschränkung der Verwendung von gefährlichen Stoffen in Batterien, um zum Schutz der menschlichen Gesundheit, zur Vermeidung von Gefah- ren für die natürlichen Lebensbedingungen von Tieren oder Pflanzen oder für den Boden und zur umweltgerechten Verwertung und Beseitigung von Altbatterien beizutragen.

2.2.4 Besonderes Recht für den öffentlichen Verkehr – die Clean Vehicles Directive

Am 20.06.2019 haben das Europäische Parlament und der Europäische Rat die Richtlinie 2019/1161 zur Änderung der Richtlinie 2009/33/EG zur Förderung sauberer und energieeffizienter Straßenfahrzeuge - auf Englisch „Clean Vehic- les Directive“ (CVD) – erlassen.7 Die neue Fassung der Richtlinie hat das Ziel, die Verbreitung von sauberen Fahrzeugen im Straßenverkehr zu fördern und damit die Treibhausgasemissionen im Straßenverkehr zu vermindern.

Der Hauptgegenstand der Überarbeitung der CVD ist die Definition von „sauberen“ („clean“) und emissionsfreien („zero-emission“) Fahrzeugen sowie die Einführung von Quoten für umweltfreundliche Fahrzeuge bei der Fahrzeugbe- schaffung und -Leasing im öffentlichen Bereich für alle EU-Mitgliedstaaten. Dies betrifft unter anderem einen Großteil des ÖPNV mit Bussen.

2.2.4.1 Sauberes Fahrzeug („Clean Vehicle“)

Ein schweres Nutzfahrzeug (inkl. Bus) ist „sauber“, wenn es alternative Kraft- stoffe nutzt. Der Begriff "Alternative Kraftstoffe" ist in 2014/94/EU Artikel 2 (1) geregelt und umfasst Kraftstoffe, die nicht aus der Erdöl-Produktion stammen und zur Reduktion der THG-Emissionen und zur Umweltverträglichkeit des Ver- kehrs beitragen können. Dies umfasst:

Strom Wasserstoff

7 Europäisches Parlament und der Rat der Europäischen Union: Richtlinie „Clean Vehicle Directive“ (2019)

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Biokraftstoffe (Kraftstoffe auf Basis von Biomasse) Synthetische und paraffinhaltige Kraftstoffe (Power-to-Liquid, Gas-to-Liq- uid, Hydro-treated Vegetable Oil) Gas (Compressed Natural Gas (CNG), Liquefied Natural Gas (LNG), Lique- fied Petroleum Gas (LPG), Biomethan) Plug-In Hybridbusse, auch mit konventionellem Dieselkraftstoff

Der Richtlinientext schließt die Nutzung alternativer Kraftstoffe aus, deren Her- kunft im Konflikt mit der Lebensmittelproduktion steht oder die Entwaldung großer Flächen beschleunigt. Beim Einsatz von Biokraftsoffen oder synthetischen Kraftstoffen dürfen diese zudem nicht mit konventionellen fossilen Kraft- stoffen vermischt werden.

2.2.4.2 Emissionsfreies Fahrzeug („Zero-Emission Vehicle“)

Ein Bus ist „emissionsfrei”, wenn dieser keinen Verbrennungsmotor enthält o- der der Verbrennungsmotor den extrem niedrigen Grenzwert von 1 g CO2/km bzw. 1 g CO2/kWh einhält. Mögliche emissionsfreie Technologien sind dann nur noch:

Elektrobusse (Batteriebus, Oberleitungsbus) und Wasserstoffbusse

2.2.4.3 Anwendungsbereich der Richtlinie

Die CVD-Richtlinie sieht vor, dass die Institutionen, die das ÖPNV-Angebot be- stellen sowie die Verkehrsunternehmen, die „Sektorenauftraggeber“8 sind, bei der Bestellung von Verkehrsangeboten und Fahrzeugen Vorgaben für die Fahr- zeugbeschaffung einhalten müssen.

Diese Richtlinie gilt für:

Beschaffungen durch Verträge über den Kauf, das Leasing, die Anmietung oder den Mietkauf von Straßenfahrzeugen durch Auftraggeber, soweit sie zur Anwendung der Vergabeverfahren nach den Richtlinien 2014/24/EU und 2014/25/EU verpflichtet sind. Öffentliche Dienstleistungsaufträge im Anwendungsbereich der Verordnung 1370/2007, wobei die Mitgliedstaaten einen Schwellenwert festlegen kön- nen, der nicht oberhalb des in Art. 5 Abs. 4 VO 1370/2007 genannten Schwellenwertes liegen darf (d. h. konkret: Aufträge unter 1 Mio. € oder 300.000 km-Leistung p. a., bzw. 2 Mio. € oder 600.000 km-Leistung bei

8 Wer Sektorenauftraggeber ist, regelt die europäische Richtlinie 2014/25/EU – im Wesentlichen handelt es sich um ÖPNV-Unternehmen, die auf der Grundlage von Direktvergaben oder von nicht im Wettbe- werb vergebenen ausschließlichen Rechten Linienverkehr durchführen.

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Aufträgen an kleine Verkehrsunternehmen, die maximal 23 Fahrzeuge betreiben). Dienstleistungsaufträge, die im Anhang 1 der CVD genannt sind, von Auf- traggebern, soweit sie zur Anwendung der Vergabeverfahren nach den Richtlinien 2014/24/EU und 2014/25/EU verpflichtet sind.

Folglich sind Linienbusflotten für gemeinwirtschaftliche Leistungen des öffent- lichen Personennahverkehrs (ÖPNV) vom Anwendungsbereich der Richtlinie umfasst. Eigenwirtschaftliche Verkehre sind von der Richtlinie nur betroffen, wenn sie als Sektorenauftraggeber anzusehen sind.

Die Richtlinie gilt nur für Aufträge, bei denen der Aufruf zum Wettbewerb nach dem 02. August 2021 ergangen ist oder bei denen der Auftraggeber das Verga- beverfahren nach diesem Datum eingeleitet hat.

Nicht von der Richtlinie betroffen sind Busse, die gar keine oder sehr wenige Stehplätze aufweisen (wie Reisebusse) und damit nicht der Klasse I oder der Klasse A im Sinne von Artikel 3 Nummern 2 und 3 der Verordnung (EG) Nr. 661/2009 zugeordnet sind.

2.2.4.4 Quotenregelung

Die CVD-Mindestquoten treten ab dem 2. August 2021 in Kraft. Die folgende Abbildung zeigt und erklärt die Quoten sauberer und elektrischer Fahrzeuge, die in Österreich in den beiden folgenden Fünfjahreszeiträumen jeweils zu beschaffen sind. Ab 2021 wird die Quote sauberer Fahrzeuge mindestens 45 % betragen, wovon mindestens die Hälfte (elektrische) Null-Emissions-Fahrzeuge sein müssen.

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Abbildung 1: Mindestquoten der Clean Vehicles Directive für Österreich

Erläuterung: Die Clean Vehicles Directive (Richtlinie legt Mindestquoten für zwei mehrjährige Perioden fest: 1. Periode: Vom 2. August 2021 bis zum 31. Dezember 2025 müssen 45 % der in Österreich neu zu beschaffenden Fahrzeuge „saubere“ Busse sein, davon mindestens die Hälfte mit emis- sionsfreiem Antrieb. 2. Periode: Ab 1. Jänner 2026 bis 31. Dezember 2030 steigt die Quote an sauberen Fahrzeu- gen auf 65 %, wovon ebenfalls die Hälfte emissionsfrei angetrieben sein muss. Die Quoten der 2. Periode gelten über das Jahr 2030 hinaus, sofern keine neuen Quoten beschlossen werden. Quelle: Darstellung KCW.

Die EU-Richtlinie verpflichtet erstmals die Mitgliedstaaten auf nationaler Ebene, diese Mindestbeschaffungsquoten innerhalb der mehrjährigen Perioden einzuhalten. Entscheidend für die Zuordnung eines Auftrags zur Periode 1 oder 2 ist das Datum, an dem der Auftrag vergeben wird.

Für Ungarn gibt die CVD leicht geringere Mindestquoten vor: Für die erste Pe- riode sollen mindestens 37 % der Fahrzeuge sauber sein, für die zweite Periode steigt die Quote auf 57 %. Mindestens die Hälfte der Quote muss durch emissionsfreie Fahrzeuge erfüllt werden.

2.2.4.5 Umsetzung in nationales Recht

Die Richtlinie muss noch in österreichisches Recht umgesetzt werden. Einen Freiraum zur Veränderung der Quoten oder des Zeitrahmens haben die Mit- gliedstaaten bei der Umsetzung nicht. Da der europäische Gesetzgeber über den Rahmen entschieden hat, geht es nur noch um die Frage des „Wie“ der Umsetzung der Vorgaben, nicht mehr des „Ob“ der Erfüllung.

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Bei der Umsetzung in nationales Recht ist zu beachten, ob die Mindestbeschaf- fungsquoten je Bundesland oder je Aufgabenträger, in Form der Verkehrsver- bünde, einzuhalten sind. Da der VOR die drei Bundesländer Burgenland, Nie- derösterreich und Wien umfasst, ist dies insbesondere für die Ausschreibungen der Busverkehrsleistungen und die Beschaffungsprozesse der kommunalen Verkehrsunternehmen innerhalb des VOR relevant. Eine Vorgabe je Aufgaben- träger wäre einfacher zu koordinieren und umzusetzen. Nach aktuellem Ent- wurfsstand (Stand Jänner 2021) wird dieser Weg von der Regierung bevorzugt. Jeder Aufgabenträger soll dann allein oder als Teil eines Bündels von Aufga- benträgern die Mindestquoten erfüllen oder geht das Risiko ein, eine Geldbuße zahlen zu müssen.

2.2.5 Fördermöglichkeiten

Die größte Herausforderung für die Einführung von Bussen mit alternativen Antrieben besteht tendenziell darin, genügend finanzielle Ressourcen zu finden, um die zu erwartenden höheren Kosten zu decken, insbesondere auf der Ebene der Kapitalinvestitionen. Hier gibt es mehrere Optionen, wobei z.B. die Finan- zierung der Vorlaufkosten für die Elektrifizierung von den Betreibern selbst, von der öffentlichen Hand oder durch staatliche Mittel getragen wird. Langfristige Kredite von öffentlichen Finanzinstituten und von privaten Finanzinstituten sind ebenfalls eine wichtige Finanzierungsquelle.

In Europa sind die vorherrschenden Instrumente die langfristige Finanzierung durch die Europäische Investitionsbank und die Unterstützung durch europäi- sche Forschungsagenden, wie z.B. H2020-Förderprogramme. Seit kurzem bietet auch die Europäische Union über die „Connecting Europe Facility“ ein För- derprogramm für alternative Kraftstoffe und für die Anschaffung sauberer Bus- flotten an. Darüber hinaus soll auch die „Recovery and Resilience Facility“9 eine Rolle bei der finanziellen Förderung der E-Mobilität in ganz Europa spielen. Je nach Land sind einige nationale und regionale Fördermittel verfügbar.

2.2.5.1 Österreich

Die österreichische E-Mobilitätsoffensive10 zur Förderung alternativer Antriebe ist 2021 gestartet. Das Programm stellt seit Feber 2021 Fördermittel sowohl für die Anschaffung von Fahrzeugen als auch für den Aufbau der notwendigen

9 Das Europäische Parlament hat am 9. Feber 2021 die Recovery and Resilience-Verordnung verabschie- det. Quelle: European Commission: Recovery and Resilience Facility (2021)

10 Quelle: Bundesministerium Klimaschutz, Umwelt, Energie, Mobilität, Innovation und Technologie (2020, S. 11f.): E-Mobilitätsförderung 2021

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Infrastruktur in Österreich zur Verfügung. Voraussetzung ist die Nutzung von 100% Strom oder Wasserstoff aus erneuerbaren Energiequellen. 11

Das Programm richtet sich an Omnibusse zur Personenbeförderung mehr als acht Sitzplätzen außer dem Fahrersitz und einer zulässigen Gesamt- masse von mehr als 5.000 kg. Außerdem unterscheidet das Programm zwischen öffentlich zugänglicher Ladeinfrastruktur, die von jedermann diskriminierungsfrei genutzt werden kann, und betrieblicher Ladeinfrastruktur ohne öffentlichen Zugang. Das Programm sieht einen Systembonus vor, eine zusätzliche Förderung, die für Ladeinfrastruktur gewährt wird, die gleichzeitig mit dem Kauf eines elektrischen Nutzfahrzeugs oder eines Elektrobusses angeschafft wird. Schließlich ist auch eine Förderung der Wasserstoffinfrastruktur im Pro- gramm enthalten, die jedoch nur in Verbindung mit dem Kauf eines Was- serstofffahrzeugs gilt. Die Angaben zu den Investitionsförderungsbeträgen sind in den folgenden Ta- bellen enthalten. Die erste Tabelle befasst sich mit Wasserstofftankstellen, die zweite mit Elektroladepunkten und die dritte Tabelle mit den Fahrzeugen.

Tabelle 1: Mögliche Förderungen Wasserstofftankstellen gemäß BMK

Wasserstoff-Infrastruktur Investitionsförderung (€) Wasserstofftankstelle 150.000 Quelle: Bundesministerium Klimaschutz, Umwelt, Energie, Mobilität, Innovation und Technolo- gie (2020)

Tabelle 2: Mögliche Förderungen Elektroladepunkte gemäß BMK

Investitionsförderung und Investitionsförderung pro Systembonus pro Lade- Infrastrukturbonus für den Ladestelle (€) stelle (€) Systemischen Ansatz AC-Normalladepunkt mit 900 450 <= 22kW (intelligent und OCPP-fähig) DC-Schnellladepunkt mit 4.000 2.000 <50 kW DC-Schnellladepunkt mit 10.000 5.000 >=50 kW aber weniger als 100kW DC-Schnellladepunkt mit 20.000 10.000 >=100 kW

11 Quelle: Bundesministerium Klimaschutz, Umwelt, Energie, Mobilität, Innovation und Technologie (2020, S. 77): Marktübersicht – Elektro- und Wasserstoffbusse

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Investitionsförderung und Investitionsförderung pro Systembonus pro Lade- Infrastrukturbonus für den Ladestelle (€) stelle (€) Systemischen Ansatz Öffentlich zugängliche E- Investitionsförderung pro Ladepunkt (EUR) Ladeinfrastruktur mit nicht-diskriminierendem Zugang AC-Normalladepunkt mit 2.500 mindestens 11kW bis <= 22kW DC-Schnellladepunkt mit < 15.000 100 kW DC-Schnellladepunkt mit 30.000 >= 100 kW Quelle: Bundesministerium Klimaschutz, Umwelt, Energie, Mobilität, Innovation und Technolo- gie (2020)

Tabelle 3: Mögliche Förderungen elektrisch angetriebener Fahrzeuge gemäß BMK

Fahrzeugkategorie Investitionsförderung pro Fahrzeug (€) E-Bus, bis zu 39 zugelassene Personen 52.000 inkl. Fahrer/Fahrerin E-Bus, mehr als 39 und bis 120 zugelas- 78.000 sene Personen inkl. Fahrer/Fahrerin E-Bus, mehr als 120 zugelassene Perso- 130.000 nen inkl. Fahrer/Fahrerin Quelle: Bundesministerium Klimaschutz, Umwelt, Energie, Mobilität, Innovation und Technolo- gie (2020)

2.2.5.2 Ungarn

Ungarn ist in Bezug auf die Fördermöglichkeiten stark von den Reglements der Europäischen Union politisch wie wirtschaftlich abhängig. Die Regierungsan- ordnung 23/2018 beinhaltet von ungarischer Seite die Nationale Strategie zur Klimaveränderung in den Planungszeitraum von 2018-2030 bzw. 2050. Gestal- tung, Ausarbeitung und Fördermöglichkeiten sind entsprechend noch auszuar- beiten. Es sei angemerkt, dass sich hier zur Einschätzung der Förderlage eine Änderung des Blickwinkels anbietet: Oftmals wird politischer Handlungsbedarf von privatwirtschaftlicher Seite vorangebracht und in Einklang mit den EU-För- derungsstrategien nationalen, politischen Einflussträgern vorgeschlagen. Inso- fern ist zu erwarten, dass aus ungarischen Forschungseinrichtungen bzw. auch aus Universitäten heute noch nicht veröffentlichte Fördervorschläge kommen, die einen Einfluss auf den ungarischen Markt alternativer Antriebe hervorbrin- gen könnten.

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3 Infrastrukturelle und ökologische Rahmenbe- dingungen alternativer Antriebsformen im ÖPNV

Dieses Kapitel erläutert die infrastrukturellen und ökologischen Rahmenbedin- gungen alternativer Antriebsformen im öffentlichen Verkehr. Neben den gene- rellen Aussagen zu Wasserstoff-Brennstoffzellen-Antrieben und batterieelektrischen Antrieben für Busse und Bahnen liegt der Schwerpunkt auf dem Busver- kehr. An geeigneten Stellen wird jedoch auch auf den Bahnverkehr eingegangen. Weitere Erläuterungen werden im darauffolgenden Kapitel 4 vorgenommen.

3.1 Wasserstoff-Brennstoffzellen-Antriebe

Die ökologisch-technischen Randbedingungen für Wasserstoff-Brennstoffzel- len-Antriebe inkl. entsprechender Infrastruktur sind Gegenstand des folgenden Kapitels. Dabei ist zu beachten, dass diese Thematik nicht strikt von den batterieelektrischen Antrieben (siehe Kapitel 3.2) abgegrenzt werden kann: Denn Wasserstoff-Brennstoffzellen-Fahrzeuge verfügen üblicherweise auch über Bat- teriespeicher. Daher sind die entsprechenden Randbedingungen für Batte- rien/Akkus beim Wasserstoffbetrieb von Bahn und Bus zusätzlich zu jenen Be- dingungen, die ausschließlich für die Wasserstofftechnik gelten, zu beachten.

3.1.1 Arten von Wasserstoff

Bevor im nächsten Kapitel die Erzeugung von Wasserstoff und dafür notwendige Infrastruktur erläutert wird, soll zunächst eine Definition der Arten von Wasserstoff erfolgen. Sie werden differenziert, da die Erzeugung sehr unter- schiedlich ist und damit zusammenhängend auch deren Umwelteffekt in Bezug auf den Ausstoß des klimaschädlichen Gases CO2. Im Folgenden werden die unterschiedlichen Farben erläutert12:

3.1.1.1 Grauer Wasserstoff

Die derzeit gängigste Art von Wasserstoff wird als grau bezeichnet, da sie fossile Brennstoffe verwendet und ihre Herstellung direkt mit CO2-Emissionen verbunden ist. Grauer Wasserstoff wird vorwiegend unter Verwendung von Erdgas per Dampfreformierung hergestellt und der Produktionsprozess emittiert etwa 13 9,3 kg CO2 pro Kilogramm (kg) produzierten Wasserstoffs . Ebenfalls als grau wird Wasserstoff bezeichnet, der beispielsweise als ein Abfallprodukt in der

12 Quelle: Bundesministerium für Bildung und Forschung (2020)

13 Quelle: Energy Cities

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Chemieindustrie anfällt (z. B. bei der Chlorproduktion). Die Abfallmenge einer Anlage der Chlorproduktion kann mehrere Tonnen pro Tag betragen.

3.1.1.2 Blauer Wasserstoff

Blauer Wasserstoff ist eine Art von Wasserstoff, bei der ca. 10-20 % des er- zeugten CO2 in die Atmosphäre abgegeben werden. Der Großteil der CO2-Emis- sionen, die bei der Dampf-Methan-Reformierung entstehen, wird durch indust- rielle Kohlenstoffabscheidung und -speicherung (Carbon Capture & Storage; CCS) aufgefangen und unterirdisch gelagert. Blauer Wasserstoff wird von einigen als kohlenstoffneutrale Energiequelle angesehen, obwohl er mit sehr geringen Emissionen von Kohlenstoff verbunden ist. Allerdings bestehen bei der

Speicherung Risiken und die tatsächliche Höhe des eingesparten CO2 ist noch Gegenstand von Forschungs- und Pilotprojekten zum CCS-Verfahren.14

3.1.1.3 Türkiser Wasserstoff

Als Türkis wird Wasserstoff bezeichnet, der über die thermische Spaltung von

Methan (Methanpyrolyse) hergestellt wird. Anstelle von CO2 entsteht dabei fes- ter Kohlenstoff. Voraussetzungen für die CO2-Neutralität des Verfahrens sind die Wärmeversorgung des Hochtemperaturreaktors aus erneuerbaren Energie- quellen sowie die dauerhafte Bindung des Kohlenstoffs. Diese Herstellungs- weise befindet sich allerdings noch in der Erprobungsphase und es ist unklar, ab wann der türkise Wasserstoff mengen- und kostenmäßig eine Alternative wird.

3.1.1.4 Grüner Wasserstoff

Grüner Wasserstoff, manchmal auch als "sauberer Wasserstoff" bezeichnet, wird mit Strom aus erneuerbaren Energien per Elektrolyse hergestellt. Er macht derzeit etwa ein Prozent der weltweiten Wasserstoffproduktion aus. Diese Art der Produktion wird auch als Mittel zur Speicherung überschüssiger erneuerbarer Energie gesehen und wird in Europa als wichtiger Baustein der Energiezu- kunft verfolgt. Aufgrund der vergleichsweise positiven Klimawirkungen wird in der weiteren Untersuchung ausschließlich auf den grünen Wasserstoff Bezug genommen.

3.1.2 Erzeugung von Wasserstoff

Die Methode zur Erzeugung von grünem Wasserstoff ist der Einsatz eines Elekt- rolyseurs. Es gibt verschiedene Arten der Elektrolyseur-Technologie, aber das Konzept dahinter ist immer ähnlich: Es wird eine chemische Reaktion mit Hilfe

14 Umweltbundesamt – Carbon Capture and Storage (2021)

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von elektrischem Strom zur Einleitung der Elektrolyse genutzt, d. h. der Spal- tung von Wasser in die Elemente Wasserstoff und Sauerstoff. Es gibt die folgenden drei Elektrolyseur-Technologien:

Alkalische Elektrolyse (AEL) mit einem basischen Flüssigelektrolyt Polymer-Austauschmembran-Elektrolyse (PEMEL) mit einem polymeren Festelektrolyten Hochtemperaturelektrolyse (HTEL) mit einem Feststoffoxid als Elektrolyten

Die AEL ist die derzeit kommerziell am meisten verbreitete Technologie und in Größenordnungen von bis zu 200 Megawatt (MW) Leistung in Nutzung. Dies gilt ebenfalls für die PEMEL, die in einer Größenordnung von bis zu 10 MW Leistung genutzt wird. Die HTEL ist hingegen eine noch relativ neue Technolo- gie. Die bereits realisierten Anlagen werden mit weniger als einem MW Leistung betrieben.15

Im Folgenden werden aufgrund der Verbreitung und Marktreife die Kennzahlen der AEL erläutert. Die Elektrolyse ist sehr energieintensiv, weshalb der Ener- giewirkungsgrad eines Elektrolyseurs ca. 65 bis 70 % beträgt.16 In den nächs- ten Jahrzehnten werden leichte Effizienzsteigerungen im einstelligen Bereich prognostiziert. Für den Transport oder die Betankung des Wasserstoffs in Fahr- zeugen ist zudem eine Verdichtung erforderlich. Der Energieaufwand hängt vom gewünschten Druck ab. Für die Herstellung des Wasserstoffs inkl. dessen Verdichtung auf 250 bar liegt der Wirkungsgrad nach aktuellem Stand bei 61 %.17

Für das Jahr 2020 werden Preise eines Elektrolyseurs von ca. 878 bis 900 € pro Kilowatt (kW) angesetzt.18 Mit der zunehmenden Verbreitung von Elektrolyseu- ren in den nächsten Jahren kommen Skaleneffekte zum Tragen, die zu einer Senkung der Preise führen werden. Die Höhe ist jedoch schwer vorherzusagen. So prognostizieren Buttler und Spliethoff bereits für das Jahr 2023 einen Preis von 700 € pro kW, während hingegen Kreidelmeyer et al. dies erst für ca. 2030 für wahrscheinlich hält.

3.1.3 Standort der Tankstelle

Der Standort des Elektrolyseurs und damit einhergehend auch der Tankstellen hat einen hohen Einfluss auf die Kosten des Wasserstoffs und die Betriebskos- ten. Dabei muss, wie in der folgenden Abbildung dargestellt, zwischen den

15 Quelle: Kreidelmeyer et al. (2020, S. 20f.)

16 Quelle: Kreidelmeyer et al. (2020, S. 22) und Buttler / Spliethoff (2018, S. 2451)

17 Quelle: Heinemann / Kasten (2019, S. 24)

18 Quelle: Kreidelmeyer et al. (2020, S. 31f.) und Buttler / Spliethoff (2018, S. 2441)

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zentralen und dezentralen Standorten der jeweiligen Infrastruktur unterschieden werden.

Abbildung 2: Abwägung zwischen zentralen und dezentralen Standorten

Quelle: KCW, eigene Darstellung

Gemäß der obigen Darstellung können somit drei Varianten der Wasserstoffin- frastruktur unterschieden werden:

zentral-zentral zentral-dezentral dezentral-dezentral

Die Kombination dezentrale Elektrolyse mit zentraler Tankstelle scheidet in der Betrachtung aus, weil diese grundsätzlich die kostenseitigen Nachteile der drei anderen Varianten kombiniert (zusätzliche Anschlusskosten, erforderliche Transportkosten des Wasserstoffs und zusätzlich erforderliche Busleerfahrten). Sie wäre lediglich denkbar, wenn bei sehr hohen notwendigen Wasserstoff- mengen die dafür benötigte Menge an Strom nicht zentral zur Verfügung gestellt werden kann.

3.1.3.1 Standortvariante zentral-zentral

Die entscheidenden Kostenfaktoren im Fall der zentralen Elektrolyse und zentralen Tankstelle bei mehreren Betriebshöfen sind die Betriebskosten für Perso- nale und Treibstoffe der Busleerfahrten. Die Leerfahrten der Busse sind in jedem Fall teurer als die Trailer-Fahrten zur Lieferung des Wasserstoffs, da die Anzahl der Busleerfahrten in der Regel deutlich höher ist als die Anzahl der Trailer-Fahrten. Deshalb scheidet eine zentrale Tankstelle nahezu in jedem Fall aus.

3.1.3.2 Standortvariante zentral-dezentral

Bei zentraler Elektrolyse mit dezentralen Tankstellen sind die entscheidenden Kostenfaktoren die Entfernung und Menge an benötigtem Wasserstoff der Be- triebshöfe bzw. dezentralen Tankstellenstandorte. Eine Pipeline ist aufgrund der hohen Kosten nur bei sehr großem Wasserstoffbedarf, wie zum Beispiel in der Industrie, lohnenswert. Die Kosten einer Anlieferung per Trailer sind hingegen einzelfallabhängig. Näherungsweise kann ein Kostensatz von ca. 3 € pro

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km (Preisstand 2021) angesetzt werden.19 Diese Variante ist insbesondere bei einer eher geringen Anzahl an Bussen pro Betriebshof bzw. Tankstellenstandort sinnvoll.

3.1.3.3 Standortvariante dezentral-dezentral

Ebenfalls möglich ist die vollständig dezentrale Variante der Infrastruktur. Da- bei werden mehrere Elektrolyseure und Tankstellen direkt oder in räumlicher Nähe zu den Betriebshöfen errichtet. Dadurch werden die betrieblich aufwän- digen Leerfahrten vermieden. Eine Anlieferung des Wasserstoffs per Trailer- Fahrt ist in der Regel nicht erforderlich oder über eine sehr kurze Strecke mit entsprechend geringer Kostenwirkung. Kosten entstehen bei dieser Variante insbesondere durch die höhere Anzahl an Elektrolyseuren, die einen Anschluss an das Stromnetz benötigen und somit einmalige Zutrittskosten und jährliche Anschlusskosten verursachen. Sofern diese Kosten durch den Einspareffekt bei den Trailer- und Leerfahrten überkompensieren werden können, ist diese Vari- ante vorteilhaft. Allerdings muss hierfür insbesondere auch die Flächenverfüg- barkeit im Blick bleiben, denn die dezentrale Kombination der Infrastrukturen hat einen entsprechenden Platzbedarf.

Die relative Vorteilhaftigkeit der jeweiligen Varianten kann ohne konkreten An- wendungsfall nicht pauschal bewertet werden.

Exkurs: Elektrolyse und Sektorkopplung Bei der sogenannten On-Site-Elektrolyse wird in unmittelbarer räumlicher Nähe zur Strom- quelle (in der Regel Wind- oder Wasserkraftanlage) und der Tankstelle ein Elektrolyseur errichtet. Der in der Regel hohe Kostenvorteil dieses zentralen Standorts der Infrastruktur besteht in der Vermeidung von Netzentgelten, Gebühren des Stroms und des Transports von Wasserstoff. Diese Variante ist insbesondere für Stadtwerke mit entsprechenden Marktkennt- nissen im Energiesektor und einem eigenen Busunternehmen von hohem Interesse. Die inner- betrieblichen Synergieeffekte können sehr hoch sein und somit die Mehrkosten alternativer Antriebe gegenüber konventionellen Antrieben deutlich reduzieren. In einigen Fällen ist sogar Parität bei den Treibstoffkosten möglich.

3.1.4 Kosten der Tankstelle

Die Größenordnung der Investitionskosten für eine Wasserstofftankstelle im Verhältnis zur Anzahl an Bussen wird durch diese Grafik dargestellt:

19 Quelle: eigene Marktkenntnisse KCW. Darin enthalten sind die Kosten eines regulären Gütertransports per LKW und Aufschläge für die höheren Anschaffungskosten eines LKW-Trailers für den Transport von Wasserstoff und ein Zuschlag für den Transport als Gefahrgut.

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Abbildung 3: Investitionskosten für eine Wasserstofftankstelle (exkl. Elektroly- seur)

Quelle: Kupferschmid / Faltenbacher (2018, S.25)

Demnach ist ersichtlich, dass die Kosten der Wasserstofftankstelle pro Bus bei geringer Anzahl an Fahrzeugen vergleichsweise hoch ist und sich bei größerer Anzahl an Fahrzeugen relativiert. Bei Tankstellen für 10-20 Fahrzeuge ist mit 150.000 bis 200.000 € pro Bus zu rechnen. Ab mindestens 30 Bussen können Kosten in Höhe von ca. 100.000 bis 120.000 € pro Fahrzeug erreicht werden. Andere Literaturwerte bewegen sich im Bereich von 100.000 € pro Bus für Wasserstofftankstellen20. Die Angaben können jedoch je nach Anwendungsfall und lokalen Rahmenbedingungen variieren.21 Darüber hinaus besteht die Mög- lichkeit öffentliche Tankstellen zu nutzen und sollte in jedem Fall geprüft werden.22

Beispielsweise betragen die Investitionskosten der zunächst für ca. 15 Fahr- zeuge dimensionierten Tankstelle der ESWE in Wiesbaden 2,3 Mio. €, was mit ca. 155.000 € pro Bus in die angegebene Reichweite passt (mehr zum Beispiel ESWE im Kapitel 5.9.4).

Eine Wasserstofftankstelle besteht v. a. aus einem Speicher, einem Verdichter und einer Zapfsäule. Für eine ausreichende Redundanz sollten die genannten Bestandteile doppelt vorhanden sein. Der Speicher hat einen Druck von bis zu 350 bar. Der Verdichter kühlt den Wasserstoff vor und erhöht den Druck auf 500 bar, damit das Fahrzeug betankt werden kann, indem der Wasserstoff in

20 Quelle: Kunith (2017)

21 Quelle: Kupferschmid / Faltenbacher (2018, S. 14ff.)

22 Quelle: Experteninterview ESWE Verkehr

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den Tank des Fahrzeugs fließt. Die Betankung erfolgt somit analog zum Diesel- kraftstoff.

Der Flächenbedarf kann insbesondere in urbanen Räumen eine Herausforde- rung darstellen, da Sicherheitsabstände gemäß Kapitel 2.2.2.2 einzuhalten sind. Bei einer Busflotte von 50 Bussen ist eine Fläche für die Tankstelle von ca. 500 bis 700 m² und zusätzlich ca. 900 bis 1.200 m² inklusives des Elektro- lyseurs erforderlich.23

Für die Kosten können die folgenden Werte angesetzt werden:24

Ein LKW-Trailer: ca. 250.000 € Ein Hochdruckspeicher: ca. 250.000 € Ein Verdichter: ca. 250.000 € Eine Zapfsäule: ca. 250.000 €

3.1.5 Betreibermodelle Erzeugung und Tankstelle

Unter ökonomischen Gesichtspunkten spielen auch die Zuständigkeiten eine erhebliche Rolle für die Kostenstruktur der Wasserstoffversorgung.

Im Untersuchungsgebiet befindet sich derzeit eine öffentliche Wasserstofftank- stelle in Wiener Neudorf. Sie ist eine der fünf in Österreich von der OMV betriebenen Tankstellen. Mit einem Druck von 700 bar ist sie zunächst für die Versorgung von Wasserstoff-Pkw ausgelegt. Eine Mitnutzung durch schwere Nutzfahrzeuge, die nach aktuellem Stand mit 350 bar-Tanks konzipiert werden, setzt daher Anpassungen bei der Verdichtung des Wasserstoffs und bei den Speicherkapazitäten voraus.

In diesem Kapitel werden – neben der Nutzung einer öffentlichen Tankstelle – weitere denkbare Betreibermodelle für die Erzeugung von grünem Wasserstoff und die Versorgung der Fahrzeuge skizziert. Die nachfolgenden Darstellungen beziehen sich insbesondere auf den Straßenverkehr (Bus), können z. T. aber auch auf den Schienenverkehr angewendet werden (vgl. dazu auch Kapitel 4.3.4.1). Auch bei der Betrachtung des Synergiepotenzials zwischen Bus und Bahn wird noch einmal auf hierbei denkbare Betreibermodelle eingegangen (vgl. Kapitel 5.10).

Nach Abstimmung mit dem VOR werden nähere Effekte der Sektorkopplung25 im Rahmen der Analyse von Betreibermodellen nicht betrachtet. Dennoch sei

23 Dies umfasst keinen Flächenbedarf für das Rangieren der Fahrzeuge.

24 Quelle: Kupferschmid / Faltenbacher (2018, S. 25)

25 Sektorübergreifende Verknüpfung von Verkehrs- und Energiewende.

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darauf hingewiesen, dass die Einbeziehung regionaler Stromproduzenten, insbesondere bei landeseigenen Betrieben, hilfreich zur Implementierung einer Versorgung mit grünem Wasserstoff sein kann. Gleichfalls kann es sinnvoll sein, die Infrastrukturunternehmen der ÖBB zu beteiligen. Sofern entsprechende Ge- danken weiterverfolgt werden, bietet sich für die Erzeugung von grünem Was- serstoff das Gebiet um Neusiedl und Bruck an der Leitha an, da dort eine hohe installierte Leistung an Windkraftanlagen vorhanden ist, die zur Versorgung von Elektrolyseuren mit Windstrom in Frage kommen könnte.

Für die nachfolgenden Überlegungen wird prinzipiell zwischen drei Betreiber- modellen gemäß der folgenden Tabelle unterschieden:

Tabelle 4: Mögliche Betreibermodelle Wasserstoffinfrastruktur

Modell 1 Modell 2 Modell 3 Infrastruk- Busunternehmen Öffentliche Tankstelle Aufgabenträger/VOR turbetreiber Laufzeit Ver- Möglichst 15 Jahre (üblicher Höchst- Durch den VOR im Rahmen der gel- Durch den VOR im Rahmen der gel- kehrsdienst- wert für Straßenverkehre nach VO tenden Regeln (insb. VO (EG) tenden Regeln (insb. VO (EG) 26 vertrag (EG) 1370/2007 ), um Abschrei- 1370/2007) frei wählbar, da im Markt- 1370/2007) frei wählbar, da die Infra- bungsdauer für Tankstelle und Elekt- preis des Wasserstoffs die Kosten der struktur in dessen Besitz ist. rolyse größtmöglich zu strecken. An- Infrastruktur bereits enthalten sind sonsten sind Kostenaufschläge durch (analog heutiger Dieselpreis). den Betreiber zu erwarten. Energiebezug Bezug über das Landesnetz. In Verantwortung des Tankstellenbe- Bezug über das Landesnetz. Kostenrisiko trägt das Busunterneh- treibers. Kostenrisiko trägt der Aufgabenträger. men. Kosten der Tankstelle hier bereits im Preis für Wasserstoff enthalten (analog heutiger Dieselpreis). Kosten des Ergibt sich im Wesentlichen aus den Wasserstoffmarktpreis „ab Zapfsäule“ Ergibt sich im Wesentlichen aus den Wasserstoffs Investitionen für die Tankstelle und Investitionen für die Tankstelle und pro kg für Elektrolyseanlage mit den dazugehöri- Elektrolyseanlage mit den dazugehöri- gen Betriebskosten sowie den Kosten gen Betriebskosten sowie den Kosten den Betrieb des Energiebezugs plus ggf. Risikoauf- des Energiebezugs ohne Risikoauf- schläge. schläge (da Bereitstellung durch öf- fentliche Hand).

26 Gemäß Art. 4 Abs. 3 VO (EG) 1370/2007 haben öffentliche Dienstleistungsaufträge für Busverkehrs- dienste eine Laufzeit von höchstens zehn Jahren. Gemäß Art. 4 Abs. 4 VO (EG) 1370/2007 kann die Laufzeit jedoch „unter Berücksichtigung der Amortisierungsdauer der Wirtschaftsgüter um höchstens 50 % verlängert werden“, was im Ergebnis bis zu 15 Jahre bedeutet. Vor dem beschriebenen Hintergrund (Abschreibungsdauer für Tankstelle und Elektrolyse) sollte die Dauer eines Verkehrsdienstvertrags im Modell 1 möglichst lange sein.

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Modell 1 Modell 2 Modell 3 Vorteile Verkehrsleistung und Infrastruktur Synergieeffekte durch die allgemeine Schaffung einer öffentlichen Infra- „aus einer Hand“: Einfache Struktur öffentliche Nutzung bei zunehmender struktur, sofern die Tankstellen allge- mit geringem Vergabeaufwand für Verbreitung von Wasserstofffahrzeu- mein nutzbar sind (und nicht nur für den VOR -> entspricht im Wesentli- gen zu erwarten. Busse). chen heutiger Vergabepraxis Bietet die Möglichkeit eines Wettbe- Synergieeffekte durch die allgemeine werbs mit kleinen Busunternehmen -> öffentliche Nutzung bei zunehmender keine Risiken aus Flächenverfügbar- Verbreitung von Wasserstofffahrzeu- keit und Finanzierung für Verkehrsun- gen zu erwarten. ternehmen. Standortentscheidung der Tankstelle Potenzielle Erweiterung der bestehen- kann durch den VOR als Kalkulations- den Tankstelle Wiener Neudorf bzw. basis vorgegeben werden. Ausbau der öffentlichen Tankstellen Der VOR übernimmt das Risiko für und Mitnutzung durch Busunterneh- Veränderungen bei Gesetzen und Ver- men günstiger als eigener Neubau. ordnungen und kann Kalkulationsrisi- Dadurch ggf. Schaffung neuer öffent- ken für Verkehrsunternehmen senken. licher Infrastruktur. Keine Probleme bei der Flächenver- fügbarkeit. Keine Probleme bei der Finanzierung. Nachteile Anpassung der Vertragslaufzeiten ge- Busbetreiber sind auf verfügbare öf- Hoher Vergabe- und Organisations- genüber den derzeitigen Vergaben fentliche Tankstellen angewiesen. aufwand beim VOR. zwingend erforderlich. Eine Alterna- Die Standorte sind nicht unbedingt Einseitige Bevorzugung von Busunter- tive dazu könnte eine Wiedereinsatz- ÖPNV-optimiert und ggf. lange Leer- nehmen (mit „Leerfahrt-Vorteilen“) garantie für die Fahrzeuge sein, um fahrten erforderlich. beim Standort der Tankstelle muss das Restwertrisiko der Infrastruktur Anforderungen und Verfügbarkeit der vermieden werden. von den Busunternehmen zu nehmen. Infrastruktur sind mit dem Tankstel- Hoher Aufwand für die Busunterneh- lenbetreiber zu vereinbaren. men aufgrund der Verantwortung für Einseitige Bevorzugung von Busunter- die Infrastruktur. Dies stellt für kleine nehmen (mit „Leerfahrt-Vorteilen“) Busunternehmen ein Wettbewerbshin- beim Standort der Tankstelle muss dernis dar. vermieden werden. Eigene Wasserstofftankstelle und Veränderungen bei Gesetzen und Ver- Elektrolyse auf dem Betriebshof in der ordnungen werden durch den Tank- Regel erst bei Nutzung von mehr als stellenbetreiber über den Wasserstoff- 20 Bussen empfehlenswert -> Modell preis an das Busunternehmen weiter- für kleine Vergabelose eher untaug- gereicht. Risikoaufschläge sind wahr- lich. scheinlich. Das Risiko könnte durch Kostenvorteile des Bestandsunterneh- die Einführung eines Wasserstoffpreis- mens bei der darauffolgenden index minimiert werden. Vergabe. Energiekostenrisiko vollständig beim Busunternehmen. Dies führt zu Risiko- aufschlägen. Risiko für Veränderungen bei Geset- zen und Verordnungen wird durch das Busunternehmen eingepreist. Risiko- aufschläge sind wahrscheinlich. Ggf. Probleme bei der Flächenverfüg- barkeit auf dem Betriebshof der Bus- unternehmen. Ggf. Probleme bei der Finanzierung durch das Busunternehmen. Quelle: eigene Darstellung KCW

Basierend auf den obigen Überlegungen lässt sich folgendes festhalten:

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Die Modelle 1 und 2 entsprechen bezüglich der Besitzverhältnisse (eigene Tankstellen der Busunternehmen oder Nutzung öffentlicher Tankstellen) im Wesentlichen der heutigen Praxis. Modell 3 würde die Infrastruktur für Erzeugung und Betankung in die Ver- antwortung des Aufgabenträgers/Bestellers (VOR) stellen.

Aus ökonomischer Sicht bieten die Modelle 2 und 3 insofern Vorteile, als hierbei die notwendigen Investitionen über die technische Lebensdauer der Infrastruk- tur abgeschrieben werden können. In Modell 1 sind zu erwartende Annuitäten höher, denn das Verkehrsunternehmen dürfte die Anlagen der Infrastruktur über die (kürzere) Dauer des Verkehrsdienstvertrags abschreiben (oder es müsste mit Restwerten kalkulieren). Ebenfalls eine Lösung könnte eine Wie- dereinsatzgarantie für die Fahrzeuge sein. Sofern Modell 1 zur Anwendung kommt und für die Wasserstoffinfrastruktur vollständig das Verkehrsunterneh- men zuständig ist, wird daher empfohlen die Laufzeit des jeweiligen Verkehrs- dienstvertrags auf die maximal mögliche Zeitspanne auszudehnen (üblicher- weise 15 Jahre).

Trotz seiner Neuartigkeit und seiner Abweichung von der heutigen Vergabe- praxis wird dem VOR ein genauerer Blick auf das Modell 3 empfohlen: Der vergleichsweise höhere Organisations- und Vergabeaufwand für den VOR kann im Lichte zahlreicher ökonomischer Vorteile (siehe auch vorstehend) als ver- tretbar bewertet werden. Das Modell 3 erscheint insofern vorzugswürdig, als es die Unternehmen von erheblichen Kalkulationsrisiken für die Errichtung der Infrastruktur, bei den Energiepreisen (Strom bzw. Wasserstoff) sowie aufgrund von sich ändernden Gesetzen und Verordnungen befreit. Somit ist es geeignet teure Risikoaufschläge durch die Busunternehmen innerhalb der Vergabe der Verkehrsdienste zu begrenzen. Die entsprechenden Risiken trägt im Gegenzug der Besteller vollständig, was ggf. aber auch Chancen beinhalten kann. Eine weitere Lösung das Kalkulationsrisiko bei den Energiepreisen einzugrenzen kann darin bestehen, analog zum bisherigen Dieselpreisindex einen offiziellen Wasserstoffpreisindex durch Statistik Austria (statistisches Amt der Republik Österreich) führen zu lassen. Eine entsprechende Preisgleitregelung in den VDV würde das Kostenrisiko auf Seiten der Verkehrsunternehmen minimieren.

Der Nachteil einer einseitigen Bevorzugung von Busunternehmen bei der Wahl des Standorts der Tankstelle in Modell 3 wird dagegen als relativ gering einge- schätzt. Dazu sei auf die weiteren Ausführungen im Kapitel 5.6 verwiesen, in dem Vorschläge für die Standorte von Wasserstofftankstellen getroffen werden.

Je nach Marktsituation sind derzeit Preise von ca. 5 bis 9 € pro Kilogramm grünen Wasserstoff möglich. Der Preis wird insbesondere vom Standort des Elektrolyseurs (Wirkung Netzentgelte) und dem Standort der Wasserstofftank- stelle (Wirkung Trailer-Fahrten) beeinflusst. Ein Wert von 5 € je Kilogramm muss annähernd erreicht werden, um die dauerhafte Marktdurchdringung von Wasserstofffahrzeugen betriebswirtschaftlich realisieren zu können.

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3.1.6 Brennstoffzelle und Batterie

In der Brennstoffzelle findet die Umkehrreaktion der Elektrolyse statt. Der Was- serstoff wird den Wasserstofftanks des Fahrzeugs entnommen und reagiert mit dem Sauerstoff zu Wasser bzw. Wasserdampf. Die dabei entstehende Energie lädt die Batterie, die den Elektromotor antreibt. Die Batterie ist im Vergleich zu den batteriebetriebenen Fahrzeugen deutlich kleiner. Ein Standardbus besitzt eine Batterie mit einer Kapazität von ca. 30 Kilowattstunden (kWh).27 Sie ist dennoch ausreichend groß, um den Elektromotor anzutreiben und Rekupera- tion28 zu betreiben. Ähnlich verhält es sich bei den Schienenfahrzeugen: Sie- mens bietet auf Basis der Mireo-Plattform einen dreiteiligen Wasserstoffzug mit Batterien von 2x175 kWh und den dreiteiligen batterieelektrischen Mireo mit einer Batteriekapazität von 700 kWh an (vgl. Kapitel 4.2.1.3 und 4.2.2.3).

Die derzeitige Lebensdauer der Brennstoffzelle wird mit ca. 20.000 bis 30.000 Einsatzstunden angegeben. Teilweise haben Brennstoffzellen in Bussen bereits mehr als 30.000 Einsatzstunden erreicht.29 Bei der Annahme einer durchschnittlichen Laufleistung eines Busses von ca. 60.000 km pro Jahr und einer Durchschnittgeschwindigkeit von 30 km/h im ländlichen Verkehr beträgt die Einsatzdauer ca. 2.000 Stunden pro Jahr. Somit hätte die Brennstoffzelle eine rechnerische Lebensdauer von ca. zehn bis 15 Jahren. Je nach den individuellen Bestimmungen des Fahrzeugliefer- und -instandhaltungsvertrags mit dem Fahrzeughersteller kann dabei angenommen werden, dass ein Tausch der Brennstoffzelle und Batterie über die Nutzungsdauer der Busse nicht erforderlich ist.30 Da die Lebensdauer eines Triebzugs 30 Jahre beträgt, muss die Brenn- stoffzelle und Batterie in Abhängigkeit der Einsatzdauer während der Lebens- dauer ein bis zwei Mal getauscht werden.

Der Wirkungsgrad der Brennstoffzelle im Fahrzeug liegt zwischen 50 und 60 %. Für die Lithium-Ionen-Batterie kommt ein Wirkungsgrad von 90 bis 95 % dazu31. Für das System aus Brennstoffzelle und Batterie kann daher mit einem Wirkungsgrad zwischen 45 und 57 % gerechnet werden.

27 Quelle: Kupferschmid / Faltenbacher (2018, S. 6)

28 Rekuperation ist die Energierückgewinnung beim Bremsvorgang eines Fahrzeugs.

29 Quelle: Conrad (2019, S. 33)

30 Quelle: Experteninterview ESWE Verkehr

31 Quelle: Hammer et al. (2017, S. 59)

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Laut dem Fuel Cells and Hydrogen Joint Undertaking (FCH JU) lag der Preis für Brennstoffzellen bei 1.500 €/kW im Jahr 2017. Mit der Skalierung der Produk- tion für eine höhere Nachfrage werden verringerte Kosten von 900 €/kW zu Beginn der 2020er Jahre und 600 €/kW bis 2030 angestrebt32.

Für die Herstellung von Brennstoffzellen wird insbesondere der Rohstoff Platin in großen Mengen benötigt. Das Edelmetall wird derzeit hauptsächlich in Kata- lysatoren von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren verwendet und kann recycelt werden33. Zu den Herausforderungen bei der Herstellung von Batterien siehe Kapitel 3.2.1.

3.1.7 Werkstatt und Instandhaltung

Die Ausrüstung einer Werkstatt muss für die Wasserstofffahrzeuge angepasst werden. Dies betrifft vor allem Einrichtungen als Vorsichtsmaßnahmen wie Wasserstoffsensoren und automatisch öffnende Dachluken, damit möglicher- weise freigesetzter Wasserstoff entweichen kann (Explosionsschutz). Darüber hinaus sind Dacharbeitsstände, Spezialwerkzeuge, Diagnoseausrüstung und Persönliche Schutzausrüstungen vorzuhalten. Das Personal muss entsprechend des Umgangs und der Instandhaltung der Fahrzeuge geschult werden.

Je nach Umfang der individuellen Bestimmungen des Fahrzeugliefer- und -instandhaltungsvertrags mit dem Fahrzeughersteller können die jährlichen In- standhaltungskosten bei Bussen ca. 2 bis 6 % der Anschaffungskosten betragen. Die obere Grenze bildet dabei einen Full-Service-Vertrag ab.34 Für Schie- nenfahrzeuge wird im Rahmen dieses Berichts von Werten zwischen 2,5 % und 4 % der Anschaffungskosten zur Bestimmung der jährlichen Instandhaltungs- kosten ausgegangen (siehe Kapitel 4.3.2).

3.2 Batterieelektrische Antriebe

Rein elektrische Fahrzeuge sind sowohl im Bahn- als auch im Busverkehr keine wirkliche Neuigkeit: Ein Großteil des europäischen Schienennetzes wird bereits heute elektrisch betrieben und auch im Busverkehr existieren seit Jahrzehnten Betriebe mit Oberleitungs- bzw. Trolleybussen.

An Bedeutung gewinnen gleichwohl Antriebsformen mit Batterietechniken, die einen elektrischen Betrieb auch dort, wo keine Oberleitungen existieren, er- möglichen, so genannte batterieelektrische Antriebe. Mit der jüngsten Verbes-

32 Quelle: Biebuyck (2020)

33 Quelle: Hagelüken (2019)

34 Quelle: Kupferschmid / Faltenbacher (2018, S. 26)

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serung der Batterietechnologien und den Innovationen im Bereich der Batte- rieproduktion verbessern batterieelektrische Fahrzeuge ihre Leistung und werden zu einer praktikablen Option im öffentlichen Nahverkehr.

3.2.1 Herstellung und Entwicklung von Batterien

Die Batterietechnologien haben in den letzten Jahren große Fortschritte ge- macht. Der am weitesten verbreitete Batterietyp in modernen Elektrofahrzeu- gen ist aufgrund seiner hohen Energiedichte der Lithium-Ionen-Akku. Neue Ma- terialkombinationen und Optimierungen bei der Herstellung der Batteriezellen haben es ermöglicht, die Energiedichte und die Leistungsfähigkeit dieser Bat- terien bei senkenden Herstellungskosten zu verbessern.

Für den Einsatz im Busbereich werden je nach Anwendungsfall Hochenergie- und Hochleistungsbatterien verwendet:

Hochenergie-Batterien werden vordergründig mit dem Ziel konzipiert, mög- lichst große Reichweiten für Elektrofahrzeuge zu ermöglichen. Die dafür notwendigen hohen Energiedichten basieren in der Regel auf den Techno- logien Lithium-Nickel-Mangan-Cobalt-Oxide (NMC), Lithium-Eisen-Phos- phat (LFP) oder Lithium-Polymer (LMP). Bei dieser letzten Batterietechno- logie handelt es sich um eine sogenannte Feststoffbatterie, die einen festen statt flüssigen Elektrolyt verwendet. Mit den drei Technologien werden derzeit Batteriegrößen für Standardbusse im Bereich 350 – 450 kWh für eine Energiedichte um 110-140 Wh/kg erreicht. Neben der Batteriekapazität sind allerdings auch weitere Kriterien zu berücksichtigen, wie die Zyklenfestig- keit der Batterie, die anwendbaren Ladeleistungen und der nutzbare Batte- rieanteil (Depth of Discharge, DoD). Hochleistungsbatterien sind vor allem für Fahrzeuge geeignet, die mit einer Gelegenheitsladung oder mit kleinen Batterien betrieben werden und damit eine geringere Reichweite benötigen, dafür aber hohe Ladeleistungen zur Nachladung der Batterien in wenigen Minuten. In diesem Segment wird insbesondere die Lithium-Titan-Oxyde-Technologie (LTO) verwendet.

Weitere Verbesserungen der Energiedichte sind in den nächsten Jahren zu erwarten. So plant zum Beispiel der NMC-Batteriehersteller Akasol ab 2022 die Lieferung von Batterien mit einer Energiedichte von bis zu 185 Wh/kg35. Bei gleichem Gewicht ist dies ca. 25 % effizienter als bei den bisher vom selben Hersteller verfügbaren Modellen. Die technischen Eigenschaften von Lithium- Ion-Batterien lassen allerdings keine sprunghaften Verbesserungen mehr vergleichbar zu den Fortschritten der letzten zwanzig Jahre erwarten. Neue Durch- brüche sind mittel- bis langfristig durch neuartige Batterietechnologien denkbar

35 Herstellerangaben für das Modell AKM150 CYC: 99 kWh für 535 kg, abhängig vom Kühlsystem und der Hochvoltechnik (Stand 02/2021)

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(insbesondere Feststoffbatterien mit keramischem Elektrolyt für Elektrofahr- zeuge). Angesichts des frühen Entwicklungsstadiums dieser Technologien dürf- ten zumindest bis 2030 Lithium-Ion-Batterien oder Lithium-Polymer-Batterien weiterhin den Batteriemarkt im Verkehr dominieren36.

Eine Herausforderung ist die nachhaltige Herstellung der Batterien. Die Elekt- romobilität ermöglicht zwar die Abkehr von fossilen Energiequellen und eine Senkung der Treibhausgasemissionen im Verkehr, allerdings verbraucht sie viele hochwertige Materialen wie u.a. Lithium, Nickel, Kobalt oder Mangan. Je größer der Rohstoffbedarf ist, desto aufwändiger wird die Extraktion dieser Me- talle, die mit sozialen, ökologischen und wirtschaftlichen Auswirkungen verbunden ist: Entwaldung, Luft- und Bodenverschmutzung durch Bergbau, fragwür- dige soziale Arbeitsbedingungen, Nutzungskonflikte für die Wasserversorgung und geopolitische Spannungen können die Folgen sein. Dabei sind Batterie- technologien wie LFP oder LMP, die u. a. kein Kobalt verwenden, ökologischer als die NMC-Technologie anzusehen. Batteriezellen werden zudem bisher vor allem im asiatischen Raum hergestellt37. Der chinesische Strommix belastet die Klimabilanz der dort produzierten Batterien.

Um eine nachhaltige Herstellung von Batterien sicherzustellen und die Klimabi- lanz der batterieelektrischen Antriebe noch zu verbessern, sind der Aufbau der Produktionskapazitäten im Standort Europa mit dem Einsatz erneuerbarer Energiequellen38 sowie die Verwendung von Materialen aus kontrollierter Her- kunft bzw. aus dem Recycling von Altbatterien zum sparsamen Umgang mit den Rohstoffen wichtige Bausteine.

3.2.2 Entsorgung und Recycling

Da die Verbreitung von batteriebetriebenen Elektrofahrzeugen in den kommenden Jahren deutlich zunehmen wird, ist die Frage, was mit den Batterien nach ihrer Nutzung geschehen soll, bereits jetzt von entscheidender Bedeutung.

Bei Elektrobussen wird i. d. R. ein Tausch der Batterie geplant, wenn diese nur noch 80 % der ursprünglichen Batteriekapazität leisten kann. Gemäß der geltenden EU-Batterieverordnung (siehe auch Kapitel 2.2.3) sind die Batterieher- steller für die Rücknahme und die ordnungsgemäße Entsorgung der Altbatte- rien verantwortlich. Sie sind dazu verpflichtet, die Batterien unentgeltlich zu- rückzunehmen und zu verwerten.39 Eine Weiterverwendung der Batterie für

36 Thielmann et al. (2017, S.112)

37 Im Jahr 2020 liegen 80 % der Produktionskapazitäten in China. EU: unter 5 %. Quelle: VDMA (2020, S.19)

38 Allein die Verwendung von erneuerbarem Strom anstatt der bisherigen kohlereichen Strommixe zur Her-

stellung von Batteriezellen würde die Klimabilanz von NMC-Batterien von ca. 120 auf ca. 60 kgCO2- eq/kWh Batterie halbieren. Quelle: IVL Swedish Environmental Research Institute 2019, S.24)

39 Quelle: Deutscher Bundestag (2020)

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andere Ansätze (z. B. als stationärer Energiespeicher) ist dann denkbar. Den- noch wird sich spätestens nach dieser Second-Life Anwendung die Frage des Batterie-Recyclings stellen.

Zwei Herausforderungen sind für eine gelungene Organisation des Recyclings zu meistern:

Standardisierung der Batteriemodelle für eine Automatisierung der Pro- zesse Organisation der Rückgabe der Batterien durch Verpflichtungen und An- reize (z. B. Pfand)

Technisch können die Metalle der Batterien wie Nickel, Kobalt, Kupfer oder Li- thium wiederverwendet werden und werden bereits in Pilotanlagen zu über 95 % recycelt. So recycelt z.B. das Unternehmen Umicore in Deutschland 7.000 Tonnen Batterien pro Jahr40.

Auf EU-Ebene wird derzeit ein neuer Rechtsrahmen diskutiert, der die Heraus- forderungen durch die Zunahme der Elektromobilität aufgreifen soll. Darunter fallen neue Anforderungen an das Recycling der Lithium-Ion-Batterien. Damit sollen die Rahmenbedingungen für einen nachhaltigen Umgang mit den Altbat- terien gesetzlich festgelegt werden, die dann in den jeweiligen nationalen Ge- setzgebungen übertragen werden.

Darüber hinaus kann bei der Ausschreibung der Fahrzeuge ein Recycling-Kon- zept von den Fahrzeugherstellern verlangt werden.

3.2.3 Batteriebus-Konzept: Depotlader

Bei diesem Konzept wird den Fahrzeugen üblicherweise über Nacht im Betriebs- hof die für den Betrieb notwendige Energie in eine Batterie zugeführt. Dies kann für Neufahrzeuge gelten, aber auch der Umbau von Dieselbussen auf Depotladung ist möglich. Die Reichweite eines Standard- oder Gelenkbusses beträgt ca. 150 bis 200 km41 (bezogen auf Winterbetrieb inkl. Heizung). Zur Erhöhung der Reichweite werden zurzeit oftmals noch dieselbetriebene Zusatz- heizungen verbaut. Mit der weiteren Entwicklung der CO2-Wärmepumpe könn- ten im Sommer und Winter ähnliche Reichweiten möglich sein. Die Anschaf- fungskosten eines Standardbusses betragen ca. 500.000 bis 600.000 €, eines Gelenkbusses ca. 700.000 bis 850.000 € (das ca. 2- bis 2,5-fache eines Diesel- busses). Aufgrund der Reichweite ergeben sich folgende Einsatzmöglichkeiten:

Linien mit kurzen Tagesumläufen

40 Quelle: Hagelüken (2019)

41 Die Batteriekapazität beim Standardbus beträgt ca. 350 bis 450 kWh, beim Gelenkbus ca. 500 bis 600 kWh. Der Verbrauch liegt bei ca. 1,2 bis 2,0 kWh pro km.

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Anpassung von Linienverläufen, sodass die Tagesumläufe hinsichtlich der Reichweite optimiert wird. Linien mit langen Tagesumläufen und dem Austausch eines Depotladers mit leerer Batterie durch einen aufgeladenen Depotlader.

Je nach betrieblichen Anforderungen und Reichweite kann also der Einsatz von Depotladern zu einem Fahrzeug- und Fahrpersonalmehrbedarf gegenüber dem Einsatz von Dieselbussen führen. Die Nachladung erfolgt in der Regel bei niedrigen Ladeleistungen (50-150 kW). Das wirkt batterieschonend und kostensenkend. Durch die Spannweite können die Infrastrukturkosten pro Ladeeinheit (ca. 37.500 bis 150.000 €)42 und die Ladezeit (ca. 3 bis 7 h) stark variieren. Weitere Infrastrukturkosten können entstehen, wenn der Betriebshof an das Mittel- oder Hochspannungsnetz angeschlossen werden muss und ggf. der Bau eines Umspannwerks erforderlich wird.

3.2.4 Batteriebus-Konzept: Gelegenheitslader

Ein Gelegenheitslader wird während des Betriebseinsatzes an unterschiedlichen Ladeorten aufgeladen. Dabei gibt es die folgenden Fahrzeugtypen:

Endstellenlader: Beim Endstellenlader erfolgt die Nachladung während der Wendezeit am Endpunkt. Dabei wird zwischen zwei Ladevarianten unterschieden. Die Ladung kann über einen Pantographen (ähnlich einem Stromabnehmer) zwischen dem Bus und der Ladesäule (konduktive Ladung) oder über ein Magnetfeld zwischen der im Unterboden des Busses und der in einer Betonbodenplatte verbauten Ladetechnik (induktive Ladung) erfolgen. Zwischenlader: Beim Zwischenlader erfolgt die Ladung – zusätzlich zur La- dung am Endpunkt – während des Fahrgastwechsels an Zwischenhaltestel- len.

Durch die ständige Nachladung sind Endstellenlader an Linien mit entsprechender Ladeinfrastruktur gebunden. Die ungenügende Serienreife und die hohen Infrastrukturkosten durch die Nachladung an fast jeder Haltestelle sprechen derzeit gegen Zwischenlader. Die induktive Ladung hat sich in der Praxis nicht bewährt, weshalb die konduktive Ladung per Pantograph der gängige Standard ist. Deshalb wird im Folgenden nur auf den konduktiven Endstellenlader Bezug genommen wird.

Die Nachladung erfolgt über eine Schnellladung unter hohen Ladeleistungen, wodurch die Energiespeicher innerhalb von wenigen Minuten für die nächste

42 Die Kosten betragen inkl. Straßenbau, Anschluss an das Stromnetz und Ladesäule ca. 750 bis 1.000 € pro kW Ladeleistung.

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Fahrt wieder aufgeladen werden.43 Je kürzer die angestrebte Ladezeit, desto höher sind die geforderten Ladeleistungen und dadurch auch die Energiever- luste und Anforderungen an die Energieinfrastruktur. Die Batteriekapazität hingegen kann dann im Vergleich zum Depotlader kleiner dimensioniert werden. Sofern die bestehenden Wendezeiten für die betriebssicheren Nachladungen der Fahrzeuge nicht ausreichend sind, kann sich beim Endstellenlader ebenfalls ein Fahrzeug- und Fahrpersonalmehrbedarf zwischen 10 und 20 % gegenüber dem Einsatz von Dieselbussen ergeben. Dies ist je nach Anwendungsfall detailliert zu betrachten. Die Infrastrukturkosten weisen eine große Spannweite auf, je nachdem ob Synergieeffekte mit bestehender Infrastruktur von Straßenbah- nen oder U-Bahnen genutzt werden können. Für eine Schnellladesäule mit 450 kW sind Investitionen in Höhe von ca. 325.000 bis 450.000 € erforderlich.

3.3 Weitere alternative Antriebsarten

3.3.1 Oberleitungsbus (Obus)

Während die Elektrifizierung von Eisenbahnstrecken44 vielerorts üblich ist, sind Oberleitungsbusse (oder auch: Trolleybusse) heute eine vergleichsweise sel- tene Antriebsart. Immerhin ca. 300 Städte weltweit setzen Oberleitungsbusse ein, nachdem jahrzehntelang ein Rückgang zu verzeichnen war. In Österreich verfügen heute Salzburg und Linz über diese Systeme. Die Technologie ist be- währt und gilt als ausgesprochen zuverlässig. Bei einer Ausrüstung der Fahr- zeuge mit Batterien kann zudem die Zuverlässigkeit des Obusses mit dem Frei- heitsgrad des Batteriebusses kombiniert werden, in dem die Fahrzeuge Stre- cken von 10 bis 20 km je nach Batteriekapazität oberleitungsfrei zurücklegen können. Die Busse können zudem damit mit weniger Infrastruktur fahren als bei einem konventionellen Obus-Betrieb.

Es wird grundsätzlich zwischen zwei Varianten des Oberleitungsbusses unterschieden:

konventioneller Oberleitungsbus, der während der Fahrt auf der gesamten Linienlänge über die Oberleitung mit Energie versorgt wird. Batterie-Oberleitungsbus bzw. Streckenlader: Ausrüstung des Oberlei- tungsbusses mit einer kleinen Batterie (ca. 10-15 % der Kapazität eines Depotladers). Bei diesem Ansatz werden die Busse nur abschnittsweise über eine Oberleitung nachgeladen und können mehrere Kilometer oberleitungsfrei zurücklegen.

43 Schnellladungen erfolgen in der Regel bei 450 kW. Es sind auch höhere Ladeleistungen von bis zu 750 kW möglich.

44 Elektrifizierungsgrad ÖBB-Netz im Jahr 2019: ca. 73 %; Elektrifizierungsgrad MÁV-Netz im Jahr 2019: ca. 39 %. Quelle: SBB - Streckennetzelektrifizierung in Europa.

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Insbesondere die Kombination aus Oberleitungsbus und Batterien bietet eine Möglichkeit zum Wiederaufbau des Systems. Die Anschaffungskosten eines Oberleitungsgelenkbusses betragen ca. 700.000 bis 900.000 €.45 Die Lebens- dauer des Busses beträgt bis zu 20 Jahre, wodurch sich die Mehrkosten gegen- über einem Diesel-Gelenkbus relativieren. Aufgrund der Batterie ist je nach An- forderungen nur noch auf ca. 30 bis 70 % der Linienlänge eine Oberleitung erforderlich, wobei höhere Elektrifizierungsgrade die Flexibilität des Betriebs bei Störungen wie z. B. Umleitungen erhöhen kann. Die Infrastrukturkosten liegen bei ca. 0,5 bis 2 Mio. € pro km Oberleitung. Besonders geeignet sind die Ober- leitungsbusse auf Strecken mit hoher Taktdichte (10-Minutentakt oder kürzer) und großer Nachfrage mit entsprechenden Kapazitätsanforderungen (Gelenk- oder Doppelgelenkbusse). Wesentliche Vorteile der Technologie ist der hohe Reifegrad, Zuverlässigkeit und Lebensdauer von Oberleitungsbussen und -infrastrukturen sowie die Nachladung der Batterie während der Fahrt in einer „produktiven“ Zeit. Es sind damit keine zusätzlichen Fahrzeug- und Fahrperso- nalbedarfe gegenüber dem Betrieb mit Dieselbussen zu erwarten.

Als Hindernisse werden oftmals die stadtgestalterische Integration der Oberlei- tung (Denkmalschutz und bauliche Aspekte) genannt; diese können durch die abschnittsweise Oberleitung zwar reduziert werden, stellen in vielen Städten aber weiterhin ein Realisierungsproblem dar. Zudem ist der Planungsaufwand für die Infrastruktur nicht zu unterschätzen.

Viele Städte mit bestehendem Obusnetz erneuern ihren Fahrzeugpark mit Bat- terie-Oberleitungsbussen, wodurch der Betrieb flexibler gestaltet werden kann und Linien auf elektrischen Betrieb umgestellt werden können, die bisher mit Dieselbussen betrieben waren, weil sie nur teilweise unter Oberleitungen fuh- ren. Beispielhaft seien hier folgende Städte erwähnt:

Zürich (Schweiz) Umstellung der Linie 83 auf Batterie-Obusse mit Gelenkbussen (7,5- Min-Takt in Hauptverkehrszeiten) seit dem Sommer 2020 und Nutzung von Oberleitungen anderer Obuslinien (ca. 50 % des Linienwegs oberleitungsfrei) Langfristplanung: Ausweitung des elektrischen Betriebs mit (Batterie- )Obussen mit ca. 70 % der Platz-Kilometer im Busnetz im Jahr 2030 (nur 45 % im Jahr 2019) und eine Ausweitung des Oberleitungsnetzes um 20 % ggü. 2018 Solingen (Deutschland) Die Stadtwerke Solingen betreiben die Linie 695 seit Ende 2019 mit neuen Batterie-Obussen statt Dieselbussen, die nur zu 30% unter

45 Ein 24 m langer Oberleitungsdoppelgelenkbus kostet ca. 1 Mio. €.

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Oberleitung fahren. Eine Endstelle wurde mit einer Ladestation versehen. Der Regelbetrieb soll allein mit der Nachladung unter Oberleitung möglich sein. Die Gelenkbus-Linie wird im 30-Min-Takt betrieben. Lyon (Frankreich) Der Lyoner Aufgabenträger SYTRAL baut den Obusbetrieb mit Batte- rie-Obussen aus und hat im Februar 2021 eine Ausschreibung für die Beschaffung von 155 Bussen veröffentlicht (102 Gelenkbusse und 53 Standardbusse). 6 bestehende Obuslinien und 5 Dieselbuslinien sollen bis 2026 schrittweise auf neue Batterie-Obussen umgestellt werden. Neue Oberleitungsstrecken und der Rückbau einzelner Fahrleitungen sollen mit der Beschaffung der Fahrzeuge einhergehen. Beijing/Peking (China) Die Stadt verfügt über ein großes, historisch gewachsenes Netz an Obussen. In den Jahren 2015-2017 wurden drei der vier BRT-Buslinien der chi- nesischen Hauptstadt mit Oberleitungsstrecken elektrifiziert und auf Batterie-Obussen umgestellt, wodurch die Busverkehre im dichten Takt emissionsfrei bewältigt werden. Generell wächst die Zahl an (Batterie-)Obusse in den letzten Jahren deutlich, von ca. 600 Obussen und 15 Linien im Jahr 2013 auf über 1.250 Fahrzeuge (31 Linien) im Jahr 2020. Salzburg (Österreich): siehe Kasten unten. Weitere Städte weltweit (u.a. Italien, Polen, USA) setzen auf ihre bestehenden Oberleitungsnetze um ihren elektrischen Busverkehr zu erweitern.

Auch Städte, die keinen Obus-Betrieb (mehr) haben, denken über die Neuein- führung von Batterie-Obussen als Teil ihrer Strategie zur Dekarbonisierung des Busverkehrs nach. Dies betrifft im Regelfall Linien mit anspruchsvollen Betriebs- bedingungen (dichte Takte, große Fahrzeuge), wodurch die Investition in Ober- leitungsinfrastruktur gerechtfertigt werden können. Beispiele hierfür sind:

Prag (Tschechien): Die tschechische Hauptstadt hat Batterie-Obusse auf eine Teststrecke seit 2017 erprobt. Auf Basis der gesammelten Erfahrung soll ab 2022 die erste Linie mit Batterie-Obussen eröffnet werden. Konkrete Planun- gen beziehen sich auf die Linie 140 (Gelenkbuslinie mit 7,5-Min-Takt in der Hauptverkehrszeit) mit einem Oberleitungsgrad von 45%. Ladesta- tionen an den Endstellen sind ebenfalls vorgesehen. Weitere Linien sind geplant, auch mit Doppelgelenkbussen (Oberlei- tungsgrad > 50 %). Im Jahr 2030 soll ca. 20 % der Busflotte aus Bat- terie-Obussen bestehen. Berlin (Deutschland):

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Eine Machbarkeitsstudie zur Umstellung des Busverkehrs auf Batterie- Obusse im Bezirk Berlin-Spandau wurde im Jahr 2019 durchgeführt. Für das untersuchte Busnetz mit laststarken Busachsen und einem Be- trieb von Gelenk- sowie Doppelgelenkbussen wurde ein Oberleitungs- anteil von 54 bis 63 % als bester Kompromiss zwischen Wirtschaftlich- keit und technische Anforderungen ermittelt. Die Fahrzeugbatterien sollen für eine Gesamtkapazität von 72 kWh ausgelegt werden. Auf Basis dieser Erkenntnisse hat das Land Berlin die Planung der Im- plementierung von Batterie-Obussen auf zunächst zwei Achsen beschlossen. Marburg an der Lahn (Deutschland): Die Stadt hat die Einführung von Batterie-Obussen beschlossen und hat mit der Planung gestartet. Hierbei spielt auch die Topographie eine Rolle.

Entscheidend ist dabei die Fahrzeit unter Oberleitung und der gesamte Ener- giebedarf der Batterie-Obusse. Je größer der oberleitungsfreie Anteil ist, desto mehr Ladeenergie müssen die Busse in den Abschnitten mit Oberleitung beziehen können und desto stärker muss die Leistung sein. Wenn sonst die Leis- tungsfähigkeit der Oberleitung überschritten würde, muss der Oberleitungsan- teil entsprechend größer ausgelegt werden, um die Leistungsaufnahme über eine längere Strecke zu verteilen. Gleichzeitig sind Fahrleitungsinfrastrukturen mit hohem Investitionsbedarf und Planungsaufwand verbunden, die sich daher nur bei einer entsprechenden Ausnutzung (z.B. auf Achsen mit dichten Takten, etwa 10-Minuten-Takt oder dichter) rechtfertigen. Bei einer Lebenszyklusbe- trachtung können sich Batterie-Obusverkehre durch die bekannten langen Nut- zungsdauern von Oberleitungen und Fahrzeuge in solchem Fall als wirtschaftliche Variante darstellen, wie zum Beispiel in der Berliner Machbarkeitsstudie ermittelt.

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Der Obus Salzburg Salzburg kann über eine langjährige Erfahrung mit dem Betrieb von elektrisch angetriebenen Obussen zählen: 1940 wurde hier der Obusbetrieb aufgenommen. Das Obusnetz wurde dann schrittweise ausgebaut und zählt zu einem der größten in Europa. Das Oberleitungsnetz weist 121 km Streckenlänge auf (Stand 2018). Fast 100 Gelenk-Obusse verkehren dabei täglich auf 12 Linien und transportieren damit über 80% der Fahrgäste der Salzburg AG elektrisch. Mit dem Einsatz von erneuerbarem Strom aus Wasserkraft ist der Betrieb dekarbonisiert. In Dezember 2019 wurde zum ersten Mal das Obusnetz erweitert, ohne dass neue Oberleitun- gen dafür gebaut werden. Die Linie 5 wurde um 4,2 Kilometer verlängert und verbindet damit das Zentrum von Salzburg mit der Gemeinde Grödig im Umland. Dafür wurden 9 neue Batte- rie-Gelenk-Obusse – in Salzburg „eObus“ genannt – vom Schweizer Hersteller HESS beschafft, die über eine Batteriekapazität von 60 kWh verfügen. Die Busse fahren Werktags im 20-Minu- ten-Takt auf der oberleitungsfreien Strecke und ersetzen damit über 150.000 Kilometer Die- selbusleistung. Die Busse sind dafür ausgelegt, die Strecke hin und zurück ohne Nachladung zu bewältigen. Sie laden dabei die Batterien auf den bestehenden Oberleitungsstrecken der Linie 5 auf. Der Anteil an Oberleitung bei einem Umlauf liegt bei ca. 60 % (Oberleitungsstrecke: 11,6 km). Da die Oberleitungsstrecken in der Innenstadt liegen und die Fahrt im Batteriemodus eher am Stadtrand, kann zudem davon ausgegangen werden, dass der Zeitanteil unter Oberleitung größer ist. Das Andrahten erfolgt vollautomatisch mittels eines Fahrleitungstrichters. Der Be- trieb soll auch bei Außentemperaturen bis zu -15°C und ungünstigen Betriebsbedingungen sichergestellt werden. Die Gelenkbusse von HESS werden zudem mit einem Energiemanagementsystem betrieben, der die Nachladung der Busse im Netz sowie die Nutzung der Klimatisierung im Fahrzeug optimiert, um eventuelle Spitzenlasten zu glätten und die Fahrzeugbatterien zu schonen. Die Be- triebsleitstelle überwacht zudem den Ladezustand der Fahrzeuge und kann entsprechend im Störfall schnell operativ gegensteuern. Inzwischen besitzt die Salzburg AG 15 Batterie-Obusse und es sind weitere Linienverlängerun- gen angedacht.

3.3.2 Einsatz von synthetischen Kraftstoffen

Weitere mögliche alternative Antriebstechnologien, die in Europa und weltweit getestet und entwickelt werden, sind synthetische Kraftstoffe. Synthetischer Kraftstoff ist ein Oberbegriff für jeden hergestellten Kraftstoff, der die unge- fähre Zusammensetzung und vergleichbare spezifische Energie eines natürli- chen Kraftstoffs aufweist. Es handelt sich um eine flüssige Form von Kraftstoff, die nicht aus natürlich vorkommendem Rohöl gewonnen wird. Solche Kraft- stoffe können als Ersatz für Diesel und Benzin verwendet werden, vorausge- setzt, die fertigen Kraftstoffe erfüllen die entsprechenden Normen. Die synthetischen Kraftstoffe können auf verschiedene Weise hergestellt werden, entwe- der durch die Verwendung von Rohstoffen, die Umwandlung von Biomasse, Gas, Kohle oder Kunststoffabfällen in flüssige Kraftstoffe, Methan und Dime- thylether. Diese Kraftstoffe und Lösungen werden in Betracht gezogen, da sie mit der bestehenden Infrastruktur verteilt, gelagert und verwendet werden können. Sie können dem Benzin beigemischt werden und sind mit der heutigen Fahrzeugtechnik mit geringen Anpassungen technisch nutzbar.

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Synthetische Kraftstoffe haben daher das Potenzial, den Einsatz von Ölquellen in der Energieversorgung des Verkehrs zu reduzieren.46

Diese Kraftstoffe können für einige Anwendungen interessant sein, doch ihre Herstellung ist kostspielig und ineffizient. Außerdem ist der Primärenergiewir- kungsgrad von Antrieben mit synthetischen Kraftstoffen, wie bei anderen brennbaren Energien und Kraftstoffen auch, gering. Dieser liegt in der Regel bei ca. 13 %47. In dieser Studie werden diese Kraftstoffe daher nicht berück- sichtigt.

3.4 Umwelteffekte

Die Umstellung auf emissionsfreie Antriebe wie Wasserstoff- oder Batteriefahr- zeuge ist aus Klimaschutzperspektive mit positiven Umwelteffekten verbunden, sofern erneuerbare Energien zur Herstellung von Wasserstoff oder zur Ladung der Batterie verwendet werden. Der höhere CO2-Ausstoß in der Produktion der Fahrzeuge48 wird durch die Vermeidung im Betrieb überkompensiert.

Ein Nutzeneffekt zeigt sich auch bei der Vermeidung von Luftschadstoffen im Betrieb, weil kein konventioneller Verbrennungsmotor mit Diesel oder Gas angetrieben wird. Deshalb werden keine gesundheitsgefährdenden Feinstäube

(PM2,5 und PM10) und Stickoxide ausgestoßen. Ein weiterer Vorteil ist die Lärm- reduktion, insbesondere im Bereich von niedrigen Geschwindigkeiten. Die positiven Umwelteffekte sind umso größer, je größer die Anzahl der betroffenen Anwohner ist.

In der nachfolgenden Grafik wird die Klimabilanz über den Lebenszyklus von Linienbussen (12 m) nach Antriebstechnologie dargestellt:

46 Quelle: European Commission (2015)

47 Ausschlaggebend ist neben dem Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors (30 %) der geringe Wirkungs- grad der Herstellung von synthetischen Kraftstoffen aus erneuerbarem Strom (45 %) (Quelle: Heine- mann / Kasten (2019)).

48 Ca. Faktor 1,5 für Wasserstoff-PKW und ca. Faktor 1,5-2 für Batterie-PKW ggü. Diesel-PKW bei den Treibhausgasemissionen (CO2-eq) für die Fahrzeugherstellung und -entsorgung laut einer Studie des Fraunhofer ISE. Quelle: Sternberg et al. (2019, S.3 und 8)

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Abbildung 4: Vergleich CO2-Emissionen nach Busantrieb und Energiebezug

KCW, Eigene Berechnung für einen Standardbus mit Nutzungsdauer von 15 Jahren und eine jährliche Fahrleistung von 60.000 km. Ein einmaliger Tausch von Batterien und Brennstoffzel- len über die Nutzungsdauer wird unterstellt. Annahmen zu Emissionen bei der Herstellung basieren auf IVL (2019) und Sternberg et al. (2019) Strommix Österreich: 258 gCO2-eq/kWh (Stand Oktober 2019, Quelle: CO2-Rechner des ös- terreichischen Umweltbundesamts); Windstrom: 12 gCO2-eq/kWh (Quelle: IPCC). Beim Ener- gieaufwand für die Batterieherstellung wird ein Strommix von 1.100 gCO2-eq/kWh bzw. Wind- strom je nach Szenario unterstellt In der Betrachtung nicht berücksichtigt sind Emissionen für die Errichtung von zusätzlichen Infrastrukturen (Tankstelle, Ladeinfrastruktur)

Im Teil „Mehrausstoß Herstellung“ sind die Emissionen für Batterien, Brenn- stoffzellen und Wasserstofftanks enthalten, die als Treiber der zusätzlichen Emissionen bei der Fahrzeugherstellung gegenüber konventionellen Fahrzeu- gen anzusehen sind. Es wird ersichtlich, dass Batterie- und Wasserstoffbusse beim Einsatz von erneuerbaren Energien durch die Vermeidung von lokalen Emissionen im Betrieb deutlich zur Verringerung von Treibhausgasemissionen beitragen. Insbesondere beim Wasserstoffbus ist der Strommix bei der Was- serstoffproduktion entscheidend. Bei der Herstellung sind die Wasserstofffahr- zeuge relativ schonender.

Nicht unberücksichtigt bleiben darf die Effizienz des Primärenergiebedarfs von der Stromerzeugung bis zum fahrenden Fahrzeug, denn eine Dekarbonisierung der Gesellschaft kann nur gelingen, wenn ausreichend erneuerbare Energie zur Abdeckung der Bedarfe zur Verfügung steht. Da die Produktion von Strom aus Wind, Sonne und Wasserkraft nicht unendlich ist, spielt die sparsame Nutzung dieser Ressourcen für den Umweltschutz ebenfalls eine wichtige Rolle.

Hierbei ermöglicht die Umstellung des Verkehrs von wenig effizienten Verbren- nungsantrieben auf sparsame Elektroantriebe einen Effizienzsprung, zumal damit auch eine Energierekuperation beim Bremsen möglich ist. Die Nutzung von grünem Wasserstoff im Verkehr führt allerdings aufgrund der hohen Umwand- lungsverluste bei der elektrolytischen Herstellung des Kraftstoffs sowie der Ver- luste in der Brennstoffzelle zu einem deutlich geringeren Gesamtwirkungsgrad als bei rein elektrischen Fahrzeugen (siehe vorherige Kapitel).

Alternative Antriebe im öffentlichen Verkehr KCW GmbH, 13.04.2021 Seite 55

Unter Annahme eines Wirkungsgrads von 60 % für die Herstellung und Ver- dichtung von grünem Wasserstoff auf über 350 bar für die Versorgung der Fahrzeuge sowie 55 % für die Brennstoffzelle und die Batterie, hat der dekar- bonisierte Wasserstoffbus eine Primärenergieeffizienz vergleichbar zum Diesel- bus.

Abbildung 5: Primärenergieeffizienz von Antriebstechnologien von Bussen

Quelle: Darstellung von KCW auf Basis von Daten aus Hammer et al. (2017) und Heinemann / Kasten (2019)

Bezogen auf die Primärenergie ist eine Dekarbonisierung des Verkehrs mit Elektrofahrzeugen etwa 2,5 bis 3 Mal effizienter als mit wasserstoffbetriebenen Fahrzeugen (siehe Abbildung 5). Für den Schienenverkehr gilt dies insofern umso mehr, weil die Wirkungsgradverluste bei der Nutzung des Bahnstromnet- zes noch geringer sind als in der obigen Abbildung für das herkömmliche Strom- netz dargestellt. Letztlich sowohl auf Straße als auch auf der Schiene der ener- getische Mehrbedarf bei wasserstoffbetriebenen Fahrzeugen erheblich höher gegenüber den rein elektrischen Varianten (siehe dazu auch Kapitel 4.3.3).

Eine weitergehende näherungsweise Berechnung der positiven Umweltnutzen wird in Kapitel 4.4 für das Arbeitspaket Bahn und in Kapitel 5.8 für das Arbeits- paket Bus erläutert.

Alternative Antriebe im öffentlichen Verkehr KCW GmbH, 13.04.2021 Seite 56

4 Arbeitspaket Bahn

4.1 Untersuchungsgebiet und Daten

4.1.1 Abgrenzung Untersuchungsgebiet

Innerhalb des Programmgebietes von Interreg V-A AT-HU 2014-2020 umfasst die Untersuchung des Arbeitspakets „Bahn“ auf österreichischer Seite Eisen- bahnstrecken im Wiener Umland/Südteil, Niederösterreich-Süd, dem Burgen- land und der Oststeiermark sowie in Ungarn Strecken in den Komitaten Győr- Moson-Sopron und Vas.

Die in Kapitel 4.3 beschriebene Detailuntersuchung einer Kostenbetrachtung für den Einsatz alternativer Antriebe wurde für folgende Bahnstrecken durch- geführt:

Mattersburger Bahn (Wiener Neustadt – Sopron [HU]) Innere Aspangbahn (Wien – Traiskirchen – Felixdorf – Wiener Neustadt) Äußere Aspangbahn/Wechselbahn (Wiener Neustadt – Aspang – Friedberg – Fehring) Grenzbahn (Friedberg – Szombathely [HU]) Puchberger Bahn (Wiener Neustadt – Puchberg am Schneeberg) Gutensteiner Bahn (Wiener Neustadt – Gutenstein)

Diese Strecken zeichnen sich durch zum Teil längere fahrdrahtlose Abschnitte (insb. auf der Wechsel- und Grenzbahn) oder auch durch anspruchsvolle topo- graphische Einsatzbedingungen (z. B. Puchberger und Gutensteiner Bahn) aus.

Alternative Antriebe im öffentlichen Verkehr KCW GmbH, 13.04.2021 Seite 57

Abbildung 6: Strecken (in rot) der Detailuntersuchung

Quelle: KCW, eigene Darstellung auf Basis von OpenStreetMap (© OpenStreetMap-Mitwir- kende)

Die Grenzbahn Friedberg – Szombathely ist derzeit ohne Personenverkehr, eine entsprechende Reaktivierung wird jedoch angestrebt. In diesem Fall muss dann auch die Eisenbahninfrastruktur im grenzüberschreitenden Abschnitt zwischen Österreich und Ungarn wiederhergestellt werden, denn hier sind heute keine Gleise mehr vorhanden (vgl. Abbildung 7). Die Behandlung der notwendigen

Alternative Antriebe im öffentlichen Verkehr KCW GmbH, 13.04.2021 Seite 58

Investitionen für die Streckenreaktivierung sind nicht Teil der hier vorliegenden Untersuchung. Aufgrund der Planungen die Strecke zu reaktivieren und bereits vorliegender Betriebskonzepte wurde eine Umstellung der Grenzbahn auf alternative Antrieb gleichwohl mit untersucht.

Abbildung 7: Stillgelegte Grenzbahn (ehemaliger Bahnhof Bucsu [HU])

Quelle: eigenes Bild, Tamás Diebel

4.1.2 Datenbereitstellung und -aufbereitung

Um den Einsatz von alternativen Antrieben im Bahnverkehr auf den vorstehend genannten Strecken zu untersuchen, stellte der VOR die angedachten Betriebs- programme für das Fahrplanjahr 2027 zur Verfügung. Dabei handelt es sich um Materialen der Fahrplanungssoftware FBS (Tabellen- und Bildfahrpläne sowie Umlaufpläne), welche hinsichtlich relevanter Informationen (z.B. Fahrzeiten, Fahrzeugbedarf) ausgewertet wurden. Unterstellt ist hierbei auch eine Reakti- vierung der als Grenzbahn bezeichneten Strecke Friedberg – Oberwart – Szom- bathely.

Die derzeitigen Betriebsplanungen für 2027 beruhen zum überwiegenden Teil noch auf dem Einsatz von Dieselfahrzeugen. Daher mussten aus den vorhandenen Informationen Annahmen abgeleitet werden, unter denen ein Einsatz von Fahrzeugen mit alternativen Antrieben erfolgen kann (siehe dazu im Detail in Kapitel 4.3).

Für Informationen über die Infrastruktur wurde auf öffentlich zugängliches Ma- terial der ÖBB, GYSEV/Raaberbahn sowie Sekundärquellen (z. B. Eisenbahn- Atlas Österreich49, Openrailwaymap zurückgegriffen).

49 Quelle: Schweers + Wall (2010)

Alternative Antriebe im öffentlichen Verkehr KCW GmbH, 13.04.2021 Seite 59

4.2 Alternative Antriebs- und Fahrzeugkonzepte für den Schienenpersonenverkehr

In den vergangenen Jahren haben sich insbesondere zwei Antriebskonzepte als Ersatz für Dieselfahrzeuge im Schienenpersonenverkehr herausgebildet. Dies sind zum einen wasserstoffbetriebene Brennstoffzellen-Fahrzeuge (hier: 50 51 H2MU ) und zum anderen batterieelektrische Fahrzeuge (hier: BEMU ). Beide Antriebskonzepte bieten die Möglichkeit eines lokal emissionsfreien Bahnbe- triebs: Das bedeutet neben der CO2-Einsparung aufgrund des Einsatzes alternativer Energiequellen insbesondere auch Lärmreduktionen, da die diese Fahr- zeuge nicht mehr über konventionelle Verbrennungsmotoren mit entsprechenden Emissionen verfügen. Derzeit verfügbare Fahrzeugmodelle sowie systembedingte Eigenschaften, Vor- und Nachteile sowie weitere Entwicklungsper- spektiven werden im folgenden Abschnitt beschrieben.

Nicht Gegenstand der Betrachtung sind Fahrzeugkonzepte, die weiterhin über konventionelle Verbrennungsmotoren verfügen. Zwar werden zuweilen auch Diesel-Oberleitungs-Hybridfahrzeuge zu alternativen Antrieben gezählt, derartige Fahrzeuge sind aufgrund des Verbrennungsmotors jedoch nicht vollständig lokal emissionsfrei zu betreiben. Ähnliches gilt für Fahrzeuge, bei denen der Verbrennungsmotor mit synthetischen Kraftstoffen oder Bio-Kraftstoffen betrieben wird. Hierbei ist zwar eine CO2-Einsparung möglich, es bleiben jedoch die lokalen Geräuschemissionen des Verbrennungsmotors bestehen. Zudem ist der Primärenergiewirkungsgrad von Antrieben mit synthetischen Kraftstoffen mit ca. 13 % sehr gering, was diese ineffizient und letztlich kostspielig macht (siehe Kapitel 3.3.2).

4.2.1 Wasserstoffbetriebene Fahrzeuge (H2MU)

Grüner Wasserstoff wird oft als idealer Speicher für erneuerbare Energien angesehen. Vor diesem Hintergrund ist auch die Entwicklung wasserstoffbetrie- bener Fahrzeuge für den Bahnverkehr zu sehen. Trotz erheblicher systembe- dingter Wirkungsgradverluste – siehe dazu auch die nachfolgenden Kapitel – können wasserstoffbetriebene Brennstoffzellenzüge einen Beitrag zur sogenannten Sektorkopplung und letztlich zur Energiewende im Verkehr darstellen.

4.2.1.1 Generelle Systemeigenschaften

Als wesentlicher Pluspunkt von H2MU-Fahrzeugen unter den alternativen An- triebskonzepten gilt ihre Reichweite, die vergleichbar mit jener von konventionellen Dieseltriebzügen ist. Jedoch bestehen hierbei Unterschiede zwischen verschiedenen Fahrzeugkonzepten, auf die noch eingegangen wird. In jedem

50 Die Abkürzung H2MU ist abgeleitet vom Formelzeichen für molekularen Wasserstoff (H2) sowie der englischen Bezeichnung für Triebzug („multiple unit“).

51 BEMU ist die Abkürzung des englischen Ausdrucks Battery Electric Multiple Unit.

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Fall ist beim Einsatz von H2MU-Fahrzeugen auf der Schiene eine dazugehörige Wasserstoffinfrastruktur aufzubauen. Die entsprechend notwendigen Investiti- onskosten sind allerdings üblicherweise geringer als bei Infrastruktur für BEMU- Züge oder gar bei einer Vollelektrifizierung, letztlich muss dies aber für das jeweilige Einsatzgebiet bewertet werden.

Die heute verfügbaren H2MU-Modelle sind Fahrzeugkonzepte mit elektrischem Antriebsstrang, die im Gegensatz zu konventionellen elektrischen Fahrzeugen jedoch nicht über einen Stromabnehmer verfügen. Die Bereitstellung der im Fahrzeug für Traktion und Hilfsbetriebe benötigten Energie erfolgt über Brenn- stoffzellen. Allerdings muss der sogenannte Brennstoffzellen-Stack um eine zu- sätzliche Batterie ergänzt werden, um die insbesondere bei der Beschleunigung oder auch bei Fahrten auf langen Steigungsstrecken benötigten Ströme bereitstellen zu können (sogenannte Dynamikbatterie).52 Diese ist jedoch kleiner als bei den BEMU-Fahrzeugen und wird auch nicht ständig genutzt. Allerdings kann die Dynamikbatterie entsprechend ihrer wenn auch geringen Kapazität zur Re- kuperation von Bremsenergie genutzt werden.

4.2.1.2 Kostenbestimmende Systemeigenschaften

Festzuhalten ist in jedem Fall, dass zum H2MU-Konzept mit Brennstoffzelle und Batterie zwei technische Komponenten gehören, die Einfluss auf die Anschaf- fungs- sowie die Instandhaltungskosten derartiger Fahrzeuge haben. Hinzu kommt der Einfluss des Wirkungsgrads der Brennstoffzelle (zwischen 50% und 60%; siehe auch Kapitel 3.1.6) auf die Betriebskosten, da der bereitzustellende

Energiebedarf eines H2MU grundsätzlich höher ist als bei einem vergleichbaren BEMU oder auch einem vergleichbaren konventionellen elektrischen Fahrzeug (EMU) mit erheblich geringeren Wirkungsgradverlusten.

Das Thema Wirkungsgrad ist auch bei der Versorgungsinfrastruktur, die zu einem H2MU-Konzept gehört, nicht außenvorzulassen: Beim Einsatz von grünem Wasserstoff bestehen aufgrund des Elektrolyse-Prozesses weitere Wirkungs- gradverluste (vgl. Kapitel 3.1.2), die ebenfalls einen Einfluss auf die Betriebs- kosten von Wasserstoffzügen haben. Diese Effekte werden in Kapitel 4.3.3 ge- nauer betrachtet.

4.2.1.3 Derzeitige Fahrzeugkonzepte

Auf der weltweit führenden Bahntechnikmesse Innotrans präsentierte die Firma Alstom im September 2016 mit dem „Coradia iLint 54“ ein Wasserstoff-Brenn- stoffzellen-Fahrzeug. Alstom war damit Vorreiter bei der Entwicklung von Fahr- zeugen mit alternativen Antrieben für den Einsatz im Schienenpersonenver- kehr. Mit den Vorserienfahrzeugen des Coradia iLint 54 sind umfangreiche

52 Quelle: Klebsch et al. (2020, S. 27)

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Tests, auch im Fahrgastbetrieb, absolviert worden. So gelangte der iLint im Herbst 2020 für Probeeinsätze auch nach Österreich.53

Inzwischen haben weitere Hersteller Wasserstoff-Brennstoffzellen-Fahrzeuge im Angebot, wovon insbesondere Siemens zu nennen ist. Der sog. „Mireo Plus H“ wird von Siemens in einer zwei- und einen dreiteiligen Variante angeboten.

Die nachfolgende Tabelle gibt eine Übersicht über derzeit am Markt verfügbare, relevante H2MU-Konzepte, wobei sich die Daten sowohl aus Herstellerangaben als auch aus Übersichtsdarstellungen54 speisen, sofern den Autoren keine genauere Herstellerangabe bekannt war.

Tabelle 5: Marktübersicht H2MU-Fahrzeuge

Coradia iLint 54 Mireo Plus H Mireo Plus H Hersteller Alstom Siemens Siemens

Konfiguration 2-teilig 2-teilig 3-teilig Achsfolge Bo‘ 2‘ 2‘ Bo‘ Bo‘ 2 Bo‘ Bo‘ 2‘ 2‘ Bo‘ Länge über Kupplung ca. 54 m ca. 46,5 m ca. 63 m Masse 106 t >95 t > 120 t Höchstgeschwindigkeit 140 km/h 160 km/h 160 km/h Kapazität Sitzplätze ~150-160 ~120 ~165 Leistung Brennstoffzelle 2x200kW 2x200kW 2x200kW Kapazität Batteriespeicher k. A. 2x175kWh 2x175kWh Reichweite ca. 1000 km55 ca. 600 km ca. 900 km Quellen: Herstellerangaben, Klebsch et al. (2020), Pagenkopf et al. (2020) sowie KCW-Markt- kenntnisse

Auffällig im Vergleich ist insbesondere die geringere Reichweite des zweiteiligen Mireo Plus H gegenüber der dreiteiligen Variante, aber auch gegenüber dem iLint. Dies lässt sich u. A. durch die kürzere Fahrzeuglänge und entsprechend kleineren Bauräumen für Wasserstoffspeicher erklären.

Am europäischen Markt verkauft wurde aus dem Angebot der Wasserstoff- Brennstoffenzellen-Fahrzeuge zuletzt meist der Coradia iLint (z. B. 27 Fahr- zeuge zum Einsatz im Rhein-Main-Verkehrsverbund in Hessen/Deutschland o-

53 Quelle: ÖBB – Pressemitteilung vom 11.09.2020: „ÖBB testen erstmals Wasserstoffzug im Fahrgastbe- trieb“

54 Quellen hier zu insbesondere: Klebsch et al. (2020) und Pagenkopf et al. (2020)

55 Alstom: Pressemitteilung vom 06.03.2020 „Alstoms Wasserstoffzug Coradia iLint erfolgreich in den Nie- derlanden getestet“

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der 14 Fahrzeuge für die norddeutsche Gesellschaft Eisenbahnen und Verkehrs- betriebe Elbe-Weser). Der zweiteilige Mireo Plus H soll durch die Deutsche Bahn AG zusammen mit Siemens in Baden-Württemberg einen Pilotbetrieb auf Stre- cken im Raum Tübingen durchführen.56 Mit Blick auf Österreich sind außerdem die Wasserstoffplanungen der Tiroler Zillertalbahn zu erwähnen. Hier sollen künftig Brennstoffzellenzüge des Schweizer Herstellers Stadler zum Einsatz kommen. Aufgrund der abweichenden Spurweite57 wird dieses Fahrzeugkon- zept hier jedoch nicht weiter betrachtet.

4.2.1.4 Entwicklungsperspektiven

Erste Praxiserfahrungen mit dem Einsatz von Wasserstoff im Schienenverkehr existieren aufgrund der Projekte der vergangenen Jahre. Die Technik kann daher grundsätzlich als praxistauglich eingestuft werden. Um vollständig klimafreundlichen Eisenbahnbetrieb auf Basis von Wasserstoff durchführen zu kön- nen, muss sich jedoch die Verwendung von grünem Wasserstoff (vgl. Kapitel 3.1.1) durchsetzen. Hier hat sich noch kein „echtes“ Marktgeschehen etabliert. Es ist jedoch davon auszugehen, dass eine zunehmende Verwendung von grü- nem Wasserstoff auch zu absehbar günstigeren Preisen führen wird. Proble- matisch bleiben gleichwohl die Wirkungsgradverluste von Brennstoffzellen und Elektrolyse. Hier sind absehbar keine Effizienzgewinne zu erwarten, so dass der Primärenergiebedarf für Wasserstofftechnologien weiterhin vergleichsweise hoch ausfallen wird (vgl. Kapitel 3.4).

4.2.2 Batterieelektrische Fahrzeuge (BEMU)

Ähnlich wie H2MU erlauben auch BEMU einen elektrischen Bahnbetrieb auf Stre- cken, auf denen keine Oberleitungsinfrastruktur vorhanden ist. Das Konzept derartiger Akkuzüge auf der Schiene ist grundsätzlich nicht neu und existierte bereits im frühen 20. Jahrhundert. Waren damalige Fahrzeuge jedoch aus- schließlich für die Aufladung im Stillstand konzipiert, so können moderne BEMU auch während der Fahrt ihre Batterie als Energiespeicher aufladen, sofern ein Abschnitt unter Fahrleitung zurückgelegt wird. Limitierend für den Einsatz von BEMU ist der Abstand zwischen Oberleitungsabschnitten und entsprechenden Nachlademöglichkeiten.

4.2.2.1 Generelle Systemeigenschaften

Aktuelle BEMU-Konzepte verfügen über einen (oder mehrere) konventionelle Pantographen, mit dem das Fahrzeug unter einer klassischen Oberleitungsan-

56 Deutsche Bahn: Pressemitteilung vom 23.11.2020: „Deutsche Bahn und Siemens starten ins Wasserstoff- Zeitalter“

57 Die Strecke Jenbach – Mayrhofen der Zillertalbahn ist in Bosnischer Spur von 760 mm ausgeführt.

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lage seinen Energiespeicher befüllen kann. Im Stand (z. B. bei Nachtabstellun- gen) ist zudem das Aufladen der Batterie über Elektranten möglich. Bremsener- gie kann wie auch beim H2MU in die Batterie rekuperiert werden.

Die Größe der Batterie – die Batteriekapazität – bestimmt die Einsatzmöglich- keiten von BEMU-Zügen auf Strecken ohne Oberleitung, da die Batterie hier die einzige Versorgungsmöglichkeit des Zuges für Traktion und Hilfsbetriebe darstellt. Gegenüber bestehenden H2MU-Konzepte sind Batteriekapazitäten bei BEMU vor diesem Hintergrund auch größer dimensioniert. Entsprechend größer sind auch die Möglichkeiten zur Rekuperation. Aktuelle Batteriekapazitäten erlauben dennoch nicht dieselben Reichweiten wie bei bisherigen Dieselzügen, sofern nicht regelmäßig der Energiespeicher des BEMU nachgeladen werden kann. Dies kann ggf. die Errichtung zusätzlicher Oberleitungsanlagen erfordern. Denkbar sind hierbei z. B. die Verlängerung eines bestehenden Fahrdrahts oder auch sogenannte „Inselelektrifizierungen“ – sei punktuell in einem Bahnhof zum Laden im Stand oder auf einem Streckenabschnitt, der nicht mit dem weiteren elektrifizierten Streckennetz verbunden ist.

4.2.2.2 Kostenbestimmende Systemeigenschaften

Gegenüber konventionellen elektrischen Fahrzeugkonzepten kommt als fahrzeugseitig kostenbestimmendes Merkmal bei BEMU-Konzepten die Batterie hinzu, was Anschaffungs- und Instandhaltungskosten betrifft. Anders als beim

H2MU entfällt jedoch die Thematik der Brennstoffzelle. Die Wirkungsgradver- luste im Fahrzeug sind bei BEMU daher auch vergleichsweise gering und daher nicht maßgeblich kostenbestimmend.

Auf Seite der Infrastruktur können zusätzliche Versorgungsanlagen (insbesondere Oberleitungen, ggf. stationäre Elektranten) kostenbestimmend sein, sofern diese erforderlich werden. Gerade bei Inselelektrifizierungen bestimmt zudem die vorgelagerte Bahnstrominfrastruktur bzw. der Anschluss an das Lan- desversorgungsnetz die systemspezifischen Investitionskosten.

Bei der Nutzung von Oberleitungsanlagen kann zur Ermittlung von Betriebskos- ten auf das bereits etablierte Bahnstrompreissystem der Eisenbahninfrastruk- turbetreiber zurückgegriffen werden.

4.2.2.3 Derzeitige Fahrzeugkonzepte

Wie auch im Bereich der H2MU haben inzwischen mehrere Fahrzeughersteller BEMU-Konzepte im Angebot. Mit Blick auf potentielle Einsätze in der Grenzre- gion Österreich/Ungarn fokussieren wir uns hier auf die Plattformen von Stad- ler, Siemens und Bombardier, nachdem ähnliche Fahrzeuge dieser Hersteller bereits bei österreichischen und ungarischen Bahngesellschaften im Einsatz stehen.

Die nachfolgende Tabelle gibt eine Übersicht über derzeit am Markt verfügbare, relevante BEMU-Konzepte, wobei sich die Daten sowohl aus Herstellerangaben

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als auch aus Übersichtsdarstellungen58 speisen, sofern den Autoren keine genauere Herstellerangabe bekannt war.

Tabelle 6: Marktübersicht BEMU-Fahrzeuge

Flirt Akku Mireo Plus B Mireo Plus B Talent 3 BEMU Hersteller Stadler Siemens Siemens Bombardier

Konfiguration 2-teilig 2-teilig 3-teilig 3-teilig Achsfolge Bo‘ 2‘ Bo‘ Bo‘ 2‘ Bo‘ Bo‘ 2‘ 2‘ Bo‘ Bo‘ 2‘ 2‘ Bo‘ Länge über Kupplung ca. 45 m ca. 46,5 m ca. 63 m ca. 56,2 m Masse k. A. 96,5 t 124,5 t > 100 t Höchstgeschwindigkeit 140 km/h 140 km/h 140 km/h 140 km/h Kapazität Sitzplätze ~125 ~125 ~165 ~165 Kapazität Batteriespeicher k. A. 580 kWh 700 kWh 330-400 kWh Reichweite ca. 80-150km ca. 90 km ca. 120 km ca. 40 km (derzeit), ca. 100 km (perspektivisch) Quellen: Herstellerangaben, Klebsch et al. (2020), Pagenkopf et al. (2020) sowie KCW-Markt- kenntnisse

An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass gerade bei BEMU-Fahrzeugtypen manche Eigenschaften auch in Wechselwirkung mit anderen Parametern stehen können. So bietet Siemens den Mireo Plus B in beiden Konfigurationen (zwei- und dreiteilig) auch mit einer Höchstgeschwindigkeit von 160 km/h an, was jedoch zulasten der Reichweite des Fahrzeuges geht (zweiteilig dann ca. 80 km, dreiteilig dann ca. 100 km anstatt der in Tabelle 6). Zudem sind beide Konfigurationen auch für die Streckenklasse B (Achslast <18 t) erhältlich, was aufgrund kleinerer Batteriespeicher ebenfalls zulasten der Reichweite geht. Die Autoren der Studie weisen darauf hin, dass auch andere Fahrzeughersteller ihre Plattformen entsprechend der geforderten Einsatzkriterien anpassen kön- nen.

Nicht unerwähnt bleiben soll außerdem der Testträger „City Jet Eco“ von Sie- mens. Hierbei handelt es sich ein Fahrzeug aus der ÖBB-Reihe 4746 (Typ De- siro ML), das von Siemens als BEMU-Prototyp mit einer Reichweite von 80-90 km (Batteriekapazität 528 kWh) adaptiert wurde und mit dem bereits in Öster- reich Testfahrten durchgeführt wurden.

Die Plattformen von Stadler und Siemens haben bereits größere Aufträge auf dem deutschen Markt erhalten (55 Flirt Akku für den Einsatz in Schleswig-Hol- stein bzw. 20 Mireo Plus B zweiteilig für den Einsatz in Baden-Württemberg). In beiden Fällen gingen BEMU-Konzepte als Sieger aus technologieoffenen Aus- schreibungen hervor. Weitere SPNV-Ausschreibungen, die den Einsatz von

58 Quellen hier zu insbesondere: Klebsch et al. (2020) und Pagenkopf et al. (2020)

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BEMU-Fahrzeugen vorsehen, laufen in Deutschland derzeit (z. B. Teilnetz Warnow II im Raum Rostock/Mecklenburg-Vorpommern).

4.2.2.4 Entwicklungsperspektiven

Wie auch für H2MU-Konzepte existieren erste Praxiserfahrungen mit BEMU- Testfahrzeugen. Die batterieelektrische Technik als solche kann daher als praxistauglich angesehen werden. Ihr weiterer Erfolg wird jedoch maßgeblich davon abhängen, wie zeitnah die vielerorts erforderliche Oberleitungsinfrastruktur errichtet werden kann. Für Bau und Betrieb mancher Anlagen (Stichwort „In- selelektrifizierungen“) sind zudem neue Regelwerke erforderlich, was wiede- rum Zeit in Anspruch nimmt. Abzuwarten bleibt, welche Richtung die Batterie- entwicklung nimmt und ob höhere Batteriekapazitäten absehbar zu erwarten sind. Aufgrund der vergleichsweise geringen Energiedichte von Batterien sollte jedoch nicht davon ausgegangen werden, dass für einen flächendeckenden BEMU-Einsatz keinerlei zusätzliche Oberleitungsinfrastruktur erforderlich sein wird. Letztlich ist dies aber für das jeweilige Einsatzgebiet unter Berücksichti- gung aktueller Erkenntnisse/Leistungsparameter zu bestimmen.

4.2.3 Vergleich der alternativen Antriebskonzepte H2MU/BEMU

Die nachfolgende Übersicht stellt einen Vergleich wesentlicher Unterschiede zwischen beiden alternativen Antriebskonzepten dar, die in den vorstehenden Abschnitten thematisiert worden sind:

Tabelle 7: Vergleich der alternativen Antriebskonzepte

Merkmal / Konzept H2MU BEMU Reichweite für fahrdrahtloses Fah- Üblicherweise vergleichbar mit kon- ren vergleichsweise gering -> re- Reichweite ventionellen Dieselzügen gelmäßiges Nachladen muss mög- lich sein Gering: Batteriekapazität verhält- Potenzial zur Speiche- Hoch: Wasserstoff als Speicherme- nismäßig gering, Abhängigkeit von rung erneuerbarer dium Stromproduktion und Nachladung Energien muss sichergestellt werden

Wesentliche technolo- elektrischer Antriebsstrang elektrischer Antriebsstrang gische Komponenten Brennstoffzelle (größere) Batterie im Fahrzeug (kleine) Batterie Versorgungsinfrastruktur (Tankstel- Ladeinfrastruktur (insbesondere Notwendige Infra- len, ggf. Elektrolyseure): vmtl. eher Oberleitungen): vmtl. eher hoher strukturinvestitionen geringer Bedarf, jedoch an konkre- Bedarf, jedoch an konkretem Ein- tem Einsatzgebiet zu bemessen satzgebiet zu bemessen Schaffung von Regelwerken für „Inselelektrifizierungen“ Maßgebliche derzei- Höhe Wasserstoffpreis und Ent- Zeitpfad zur Errichtung notwendi- tige Ungewissheiten wicklung ger Oberleitungsinfrastruktur für den BEMU-Betrieb

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Merkmal / Konzept H2MU BEMU Wirkungsgrade Brennstoffzelle und Systembedingte Nach- Elektrolyse sorgen für ineffiziente Zeitnahe Errichtung notwendiger teile Umwandlungsprozesse -> kosten- Oberleitungen fraglich treibend Preisentwicklung Wasserstoff -> Preissenkungen zu erwarten Batteriekapazität => Entwicklung Wirkungsgrade Brennstoffzellen abwarten Entwicklungsperspek- und Elektrolyse: Beide Prozesse Regelwerke zur Errichtung von tive bleiben tendenziell mit vergleichs- BEMU-Infrastruktur notwendig weise hohen Effizienzverlusten be- (Stichwort „Inselelektrifizierungen“) haftet => hoher Primärenergieein- satz notwendig Quelle: eigene Darstellung KCW

Es zeigt sich, dass beide alternativen Antriebskonzepte jeweilige Vor- und Nach- teile besitzen. Eine weitergehende Bewertung von H2MU und BEMU kann daher nur über die Betrachtung von Kosten und Nutzen des jeweiligen Antriebskon- zeptes erfolgen. Diese wird im folgenden Kapitel dargestellt.

4.3 Kostenbetrachtung auf bestimmten Bahnstrecken

Für ausgewählte Bahnstrecken im Grenzgebiet Österreich/Ungarn (siehe Kapi- tel 4.1.1) wurde eine genauere Betrachtung vorgenommen. Dabei wurden insbesondere die Kosten alternativer Antriebskonzepte bewertet. Ebenso wurde eine Nutzenbetrachtung der positiven Umwelteffekte durchgeführt.

Als Referenzszenario und Vergleichsbasis dient für diese Untersuchung der Die- selbetrieb, auch wenn dieser für die Zukunft vsl. keine in Betracht kommende

Variante mehr darstellt. Neben den bereits beschriebenen H2MU- und BEMU- Konzepten wurde zudem auch ein Szenario, das die Vollelektrifizierung der hier untersuchten Strecken unterstellt, als weitere mögliche Alternative betrachtet. In Summe wurden somit vier verschiedene Szenarien mit jeweils einem bestimmten Antriebskonzept untersucht:

Szenario DMU59 – Dieselbetrieb

Szenario H2MU – Betrieb mit Wasserstoff-Brennstoffzellen-Zügen Szenario BEMU – Betrieb mit batterieelektrischen Zügen Szenario EMU – Betrieb mit konventionellen elektrischen Zügen (Vollelekt- rifizierung)

59 Die Bezeichnung DMU ist die Abkürzung des englischen Ausdrucks Diesel Multiple Unit, hier: Dieseltrieb- zug.

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Somit können Deltakosten der verschiedenen alternativen Antriebskonzepte im Vergleich zum derzeitigen Dieselbetrieb ausgedrückt werden. Die Untersu- chung beschränkt sich dabei jedoch auf diejenigen Positionen, die einen relevanten Unterschied zwischen den verschiedenen Antriebskonzepten darstellen:

Fahrzeuganzahl – Vorhaltungs- und Instandhaltungskosten Energiebedarf Investitionen Versorgungsinfrastruktur

Insbesondere für das Szenario H2MU werden dabei an mehreren Stellen Kos- tenpositionen ausgewiesen, die in den anderen Szenarien nicht oder nur mit- telbar relevant sind. Dies wird im folgenden Text entsprechend erläutert. Dies ist insbesondere dem Umstand geschuldet, dass es aufgrund der aktuellen Marktentwicklung noch nicht „den“ Wasserstoffpreis gibt bzw. die Verwendung eines heutigen Wasserstoffpreises zu erheblich erhöhten Kosten führen würde. Die hier verwendete „bottom-up“-Kalkulation erlaubt hingegen die Näherung an einen künftig absehbaren Preis für grünen Wasserstoff.

Eine Vollkostenbetrachtung des Eisenbahnbetriebs, die z. B. auch Infrastruk- turnutzungsentgelte oder Personalkosten einbezogen hätte, erfolgt nicht, da hier für diese Untersuchung keine relevanten Kostenunterschiede zwischen den Antriebskonzepten identifiziert wurden. Dies ist auch darin begründet, dass im Wesentlichen von einer Eins-zu-Eins-Umstellung der bisherigen Planungen für den Fahrplan 2027 (vgl. Kapitel 4.1.2) von konventionellen Fahrzeugen auf Fahrzeuge mit alternativen Antrieben ausgegangen wurde (siehe ausführlich in Kapitel 4.3.2). Aufgrund der Eins-zu-Eins-Umstellung werden auch keine Fahr- zeugzusatzkosten wie z. B. für Zugsicherungssysteme im internationalen Ein- satz ausgewiesen. Bei jeweils äquivalent großen Fahrzeugparks fallen entsprechende Kosten – sofern tatsächlich erfordert – für jedes Szenario im gleichen Maße an und sind unabhängig von der Antriebsart.

4.3.1 Unterstellte Fahrzeugkonzepte

Bevor die kostenrelevanten Positionen und Berechnungen der Untersuchung dargestellt werden, sollen zunächst die dabei unterstellten Fahrzeugkonzepte präsentiert werden. Für die Szenarien H2MU und BEMU stützt sich die Auswahl in Abstimmung mit dem VOR auf bereits in Kapitel 4.2.1.3 bzw. 4.2.2.3 vorge- stellte Typen (Alstom iLint als H2MU bzw. Siemens Mireo Plus B dreiteilig als BEMU). Auch für DMU und EMU wurde auf derzeit am Markt verfügbare Fahr- zeugkonzepte zurückgegriffen. Dass für das Szenario DMU in der Kalkulation mit Alstom Lint 54 ebenfalls auf Neufahrzeuge abgestellt wurde, dient einerseits der Wahrung der Vergleichbarkeit zwischen den Szenarien und berück- sichtigt andererseits, dass heute noch eingesetztes Dieselrollmaterial (z. B. Reihe 5047) in den kommenden Jahren abgängig sein wird.

Alternative Antriebe im öffentlichen Verkehr KCW GmbH, 13.04.2021 Seite 68

Tabelle 8: Auswahl kalkulationsrelevanter Fahrzeugmodelle

DMU H2MU BEMU EMU Fahrzeugtyp Alstom Lint 54 Alstom iLint Siemens Siemens Desiro ML Mireo Plus B (ÖBB 4746) Konfiguration 2-teilig 2-teilig 3-teilig 3-teilig Höchstgeschwindigkeit 140 km/h 140 km/h 140 km/h 140 km/h Reichweite für fahrdraht- >1.000 km 1.000 km 120 km - loses Fahren Masse 95 t 106 t 125 t 145 t Sitzplätze (ca.) 150 150 160 240 Quelle: basierend auf Kapitel 4.2.1.3 und 4.2.2.3

Mit Blick auf eine möglichst hohe Reichweite beim BEMU wurde hierfür das dreiteilige Konzept des Mireo Plus B mit 120 km Reichweite unterstellt. Dies bedingt zwar Einschränkungen bei der Höchstgeschwindigkeit (vgl. Kapi- tel 4.2.2.3), was jedoch insofern unkritisch ist, weil auch die anderen im Ver- gleich behandelten Fahrzeuge für 140 km/h ausgelegt sind.60

4.3.2 Fahrzeuganzahl – Vorhaltungs- und Instandhaltungskosten

Um die für das hiesige Einsatzgebiet notwendige Fahrzeuganzahl zu bestimmen wurden die vom VOR zur Verfügung gestellten betrieblichen Planungen für das Jahr 2027 ausgewertet.

Tabelle 9: Analyse der Umlaufplanungen 2027

Strecke Umlauf Planung VOR DMU H MU BEMU EMU 2 untersuchte Szenarien (jeweils 44 Fahrzeuge als Einsatzbedarf) VOR 2027 Umlpl 521 Tfz BR Gutensteiner Bahn 5 5 5 5 5 5022 R97 VOR 2027 Umlpl 522 Tfz BR Puchberger Bahn 5 5 5 5 5 5022 R98 VOR 2027 Umlpl 720 Tfz BR Innere Aspangbahn 5 5 5 5 5 5022 R95 VOR 2027 Umlpl 524 Tfz BR Mattersburger Bahn 5 5 5 5 5 4124 R93 VOR 2027 Umlpl 520 Tfz BR Äußere Aspangbahn 2016+2 Bmpz-dl+Bbfmpz 2  4 4 4 4 REX92 HVZ

60 Perspektivisch plant der VOR Durchbindungen aus dem Raum Wiener Neustadt/Aspang/Sopron Richtung Wien. Hierfür wäre dann eine Höchstgeschwindigkeit von 160 km/h fahrzeugseitig erforderlich, was in der Vergleichsuntersuchung zunächst jedoch nicht behandelt wird.

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Strecke Umlauf Planung VOR DMU H2MU BEMU EMU VOR 2027 Umlpl 520 Tfz BR Äußere Aspangbahn 12 12 12 12 12 5022 REX92 + R92 inkl Stmk VOR 2027 Umlpl 520 Tfz BR Grenzbahn 8 8 8 8 8 5022 REX_R_92_94 Quelle: basierend auf VOR-Planungen

Neben dem Einsatz von Triebzuggarnituren plant der VOR auch ab dem Jahr 2027 mit dem Einsatz von lokbespannten Doppelstockgarnituren. Da entsprechende Fahrzeugkonzepte für die Szenarien H2MU und BEMU derzeit nicht zur Verfügung stehen, wurde zwecks Wahrung der Vergleichbarkeit bei entsprechenden Umläufen eine Umstellung auf Mehrfachtraktionen mit Triebzügen ge- prüft. Vor diesem Hintergrund wurde für die Kostenkalkulation unterstellt, dass die lokbespannten Umläufe auf der äußeren Aspangbahn („VOR 2027 Umlpl 520 Tfz BR 2016+2 Bmpz-dl+Bbfmpz REX92 HVZ“) mit Triebzug-Doppeltrakti- onen gefahren werden. Für den lokbespannten Umlauf auf der Gutensteiner Bahn ist eine entsprechende Annahme nicht möglich gewesen, da Bahnsteig- längen hier den Einsatz von Triebzug-Doppeltraktionen nicht zulassen. Daher wurde dieser Umlauf (eine Garnitur gemäß VOR-Planungen für 2027) in der Kalkulation nicht berücksichtigt.

Somit gibt es für die vier Szenarien insgesamt einen Einsatzbedarf an 44 Fahr- zeugen. Dabei wurde unterstellt, dass die H2MU ohne zusätzlichen Tankbedarf am Tag, der ggf. die Fahrzeuganzahl erhöht hätte, in den mit Dieselfahrzeugen geplanten Umläufen verkehren kann. Dies gilt analog für die BEMU: Hier wurde die notwendige Ladeinfrastruktur so dimensioniert, dass kein Fahrzeugmehr- bedarf aufgrund notwendiger Aufladezeiten entstehen sollte (vgl. Kapi- tel 4.3.4.2).

Rechnet man auf den Einsatzbedarf eine Reservequote von 15 % ganzzahlig hinzu, so ergibt sich ein Fahrzeugbestand für das untersuchte Einsatzgebiet von 51 Fahrzeugen. Diese Anzahl ist somit maßgeblich für die weiteren Be- trachtungen in diesem Abschnitt.

Um Kosten der jährlichen Fahrzeugvorhaltung für die genannten 51 Fahrzeuge des Fahrzeugbestands je Szenario zu bestimmen, wurden aktuelle Anschaf- fungspreise (netto) für das jeweilige Fahrzeugkonzept angenommen. Diese Preise basieren auf Marktkenntnissen und –einschätzungen aus weiteren KCW- Aktivitäten in den Bereichen Fahrzeugbeschaffung/Kostenkalkulation. Aus diesen Marktpreisen ergeben sich über die Fahrzeuganzahl bei einer erwarteten Nutzungsdauer und entsprechenden Finanzierungsdauer von 30 Jahren mit einem Finanzierungszins von 3 % die Kosten der jährlichen Fahrzeugvorhaltung.

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Tabelle 10: Kosten Fahrzeuganschaffung und -vorhaltung

DMU H2MU BEMU EMU Siemens Siemens Desiro ML Fahrzeugtyp Alstom Lint 54 Alstom iLint Mireo Plus B (ÖBB 4746)

Konfiguration 2-teilig 2-teilig 3-teilig 3-teilig

Aktueller Anschaffungs- 4.700.000 € 6.200.000 € 6.800.000 € 7.000.000 € preis je Fahrzeug Jährliche Kosten Fahrzeug- 12.229.316 € 16.132.290 € 17.693.479 € 18.213.876 € vorhaltung Quelle: eigene Darstellung KCW

Über den Fahrzeugbestand wurden zudem Kosten für die jährliche Fahrzeugin- standhaltung ermittelt. Diese berücksichtigen laufende Arbeiten ebenso wie Re- visionen. Zudem abgebildet sind Aufwendungen für Batterien- und Brennstoff- zellentäusche, was insbesondere die erhöhten Instandhaltungskosten der Sze- narien H2MU und BEMU erklärt.

Tabelle 11: Kosten Fahrzeuginstandhaltung

DMU H2MU BEMU EMU Siemens Siemens Desiro ML Fahrzeugtyp Alstom Lint 54 Alstom iLint Mireo Plus B (ÖBB 4746) Jährliche Kosten Fahrzeu- 6.591.750 € 12.648.000 € 10.404.000 € 8.925.000 € ginstandhaltung Quelle: eigene Darstellung KCW

Im Bereich H2MU-Instandhaltung nicht berücksichtigt sind erforderliche Inves- titionen in die Werkstätten für die Unterhaltung von Wasserstofffahrzeugen, denn derartige Investitionen (in den Explosionsschutz etc.) spielen kostenseitig nur eine geringe Rolle und können hier daher vernachlässigt werden.

4.3.3 Energiebedarf und -kosten

Zur Bestimmung des Energiebedarfs im Bahnbetrieb verfügt KCW über ein energetisches Modell, das wesentliche Eigenschaften der Einsatzstrecken (Ge- schwindigkeiten, Haltestellen, Topographie) und der einzusetzenden Fahrzeuge berücksichtigt. Das Energiemodell berücksichtigt dabei ebenso die fahrzeugsei- tigen Verbräuche (Antrieb, Hilfsbetriebe) als auch die mit dem jeweiligen Fahr- zeugkonzept verbundenen Wirkungsgradverluste. Auch Rekuperationseffekte

(Rückspeisung) werden bei den Antriebskonzepten H2MU, BEMU und EMU be- rücksichtigt. Dem Modell liegt zwar keine detaillierte eisenbahnbetriebswissenschaftliche Simulation zugrunde, gleichwohl hat es sich bereits in zahlreichen Projekten zur Kalkulation von Energiekosten im Bahnbetrieb bewährt.

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Im Ergebnis konnte für das hiesige Einsatzgebiet folgender mittlerer Energie- bedarf je Kilometer bestimmt werden:

Tabelle 12: Energieverbrauch der Fahrzeuge

DMU H2MU BEMU EMU Betrieblicher Energiever- 1,0 l/km 0,23 kg/km 3,9 kWh/km 4,8 kWh/km brauch je km Quelle: eigene Darstellung KCW

Rechnet man den Energiebedarf je Kilometer über die jährliche Laufleistung (in Summe ca. 5,3 Mio. Fahrzeug-km; siehe auch Kapitel 4.3.2) hoch, so ergeben sich folgende Mengen als Jahresbedarf betrieblicher Energie:

Tabelle 13: Jährlicher Energiebedarf je Szenario

DMU H2MU BEMU EMU 1.210.687 kg Jahresbedarf betriebliche 5.274.646 l (entspricht 20.781.969 kWh 25.404.487 kWh Energie 40.352.182 kWh) Quelle: eigene Darstellung KCW

Die in Tabelle 13 dargestellten Mengen entsprechen dem jeweiligen Tankbedarf

(DMU, H2MU) bzw. dem aus Bahnstrom zu beziehenden Energiebedarf (BEMU,

EMU). Der Tankbedarf für die H2MU wurde dabei in Kilowattstunden (elektrisch) umgerechnet, um den Jahresbedarf mit den anderen alternativen Antrieben vergleichen zu können.

Dabei fällt auf, dass der Energiebedarf für die H2MU erheblich größer ist als bei

BEMU und EMU, obwohl das unterstellte H2MU-Fahrzeug gegenüber den Fahr- zeugen der anderen beiden alternativen Antriebskonzepte erheblich leichter ist. Dies lässt sich insbesondere mit Blick auf den Wirkungsgrad der Brennstoff- zelle(n) begründen (siehe auch Kapitel 3.4 bzw. nachfolgende Abbildungen).

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Abbildung 8: Gesamtwirkungsgrad H2MU

Quelle: eigene Darstellung KCW

Neben der Brennstoffzelle ergibt sich im Szenario H2MU durch Elektrolyse und Verdichtung ein weiterer Wirkungsgradverlust von ca. 40% (siehe auch Kapitel

3.4), so dass sich der kostenseitig zu bewertende Energiebedarf für H2MU entsprechend noch weiter erhöht: Weil der Wasserstoffmarkt, insbesondere bei Nutzung erneuerbarer Energien, noch im Entstehen befindlich ist, müssen zur Bestimmung der Energiekosten die vorgelagerten Prozesse von Elektrolyse und Verdichtung mit berücksichtigt werden, um eine kostenrelevante Energie- menge zu erhalten61 (siehe auch Tabelle 14). Nicht kostenrelevant ist für das

Szenario H2MU der Wirkungsgradverlust aufgrund der Umspannung: Hier kann davon ausgegangen werden, dass entsprechende Verlusteffekte bereits im Strompreis abgebildet sind (ähnlich wie beim Bahnstrom, dazu noch später).

Nachfolgend dargestellt werden weiterhin die Gesamtwirkungsgradketten inkl. Energiebereitstellung für die Szenarien DMU, BEMU und EMU:

61 Eine Alternative wäre an dieser Stelle gewesen, einen heutigen Wasserstoff-Marktpreis (EUR je kg H2) anzusetzen und den Jahresbedarf betrieblicher Energie damit zu bewerten. Dies hätte bei den aktuellen

H2-Marktpreisen jedoch zu deutlich höheren Kosten geführt (siehe auch eingangs in Kapitel 4.3). Zudem wäre eine Abgrenzung zwischen Kosten aufgrund des Energiebedarfs (Verbrauch) und der notwendigen Investitionen (Versorgungsinfrastruktur) nicht möglich gewesen.

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Abbildung 9: Gesamtwirkungsgrad DMU

Quelle: eigene Darstellung KCW

Abbildung 10: Gesamtwirkungsgrad BEMU

Quelle: eigene Darstellung KCW

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Abbildung 11: Gesamtwirkungsgrad EMU

Quelle: eigene Darstellung KCW

Offensichtlich ist, dass sowohl das Szenario H2MU als auch das Szenario DMU einen vergleichsweise geringen Gesamtwirkungsgrad (von nur 26 % bzw. 27 %) und daher einen entsprechend hohen Primärenergiebedarf aufweisen. Dies entspricht im Wesentlichen bereits den in Kapitel 3.4 dargestellten Er- kenntnissen für Busse. Für das Szenario H2MU ist die gesamte Wirkungsgrad- kette beim hier gewählten Ansatz einer „bottom-up“-Kalkulation kostenwirksam (siehe oben). Anders sieht es für die Szenarien DMU, BEMU und EMU aus, da die mit der Energiebereitstellung verbundenen Kosten bereits in den heutigen, etablierten Preismechanismen abgebildet sind.62

Tabelle 14: Vergleich jährliche Energiebedarfskosten

DMU H2MU BEMU EMU Alstom Lint 54 Alstom iLint Siemens Siemens Desiro ML Fahrzeugtyp Mireo Plus B (ÖBB 4746) 1.210.687 kg Jahresbedarf betriebliche (entspricht 5.274.646 l 20.781.969 kWh 25.404.487 kWh Energie 40.352.182 kWh)  Jahresbedarf Elektroly- - 67.253.636 kWh - - sestrom el 3,78 €/kg Preis je Einheit 1,00 €/l 0,13 €/kWh 0,13 €/kWh bzw. 0,068 €/kWhel

62 Nur bedingt gilt dies für die damit verbundenen Investitionskosten. Diese werden daher für die Szenarien

H2MU, BEMU und EMU in Kapitel 4.3.4 gesondert dargestellt (nähere Erläuterung im genannten Kapitel).

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DMU H2MU BEMU EMU Jährliche Energiebedarfs- 5.274.646 € 4.571.027 € 2.701.656 € 3.302.583 € kosten Quelle: eigene Darstellung KCW

Zur Bestimmung der jährlichen Energiekosten (unterste Zeile) wurden die kostenrelevanten Mengen (Zeile 3 für DMU, BEMU und EMU; Zeile 4 für H2MU) mit entsprechenden aktuellen Preisen für Diesel, Elektrolysestrom bzw. Bahnstrom bewertet. Eine Differenzierung nach österreichischen und ungarischen Bahns- trompreisen (letzte für Energiebezug in den Bereichen Szombathely und Sop- ron) erfolgte aufgrund des geringen Leistungsanteils in Ungarn nicht.

Der Preis für den im Bahnverkehr eingesetzten Diesel wird hier mit 1,00 €/l angenommen. Aufgrund der Einführung einer CO2-Bepreisung in Österreich zum Jahr 2022 wird eine Steigerung der Preise für fossile Kraftstoffe erwartet, welche in Zukunft zu berücksichtigen wäre und die Gesamtkostendifferenz zu den alternativen Antrieben (je nach Höhe der Bepreisung) verringern würde.

Die Kosten des Elektrolysestroms wurden „Bottom-Up“ bestimmt, wobei hierauf neben dem eigentlichen Energiebedarf auch die Dimensionierung der zugrunde gelegten Versorgungsinfrastruktur (siehe nachfolgenden Abschnitt) einen Ein- fluss hat. Letzteres gilt für die Netzentgelte, die für einen Anschluss der Ver- sorgungsinfrastruktur Netzebene 3 (Hochspannung) kalkuliert wurden. Dabei machen die Netzentgelte einen Anteil an den Stromkosten von knapp 50 % aus.

4.3.4 Investitionen Versorgungsinfrastruktur

Die Ermittlung von Investitionen in die Versorgungsinfrastruktur ist relevant für die drei Szenarien H2MU, BEMU und EMU. Beim Szenario H2MU geht es um die Errichtung von Infrastruktur zur Wasserstoff-Erzeugung sowie zur Betankung von Schienenfahrzeugen mit Wasserstoff. Für die Szenarien BEMU und EMU werden die Kosten für die Errichtung zusätzlicher Oberleitungsanlagen berechnet. Für das Szenario DMU wurden keine Investitionen in die Versorgungsinf- rastruktur unterstellt. Dies beruht auf der Annahme, dass ggf. notwendige Er- satzinvestitionen für Tankstellen über das heutige Preisgefüge des Dieselprei- ses bereits abgebildet sind.

4.3.4.1 Versorgungsinfrastruktur H2MU

Bei einem Jahresbedarf an betrieblicher Energie von ca. 1.210 t H2 entspricht dies einer Menge von ca. 3,32 t H2 pro Tag. Im Rahmen einer weiteren Unter- suchung eines möglichen H2MU-Einsatzes rund um Wiener Neustadt wurde eine

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63 täglich bereitzustelle Energiemenge von ca. 3,45 t H2 pro Tag ermittelt. Hier- bei wurde zudem ein zentraler Elektrolyseur mit einer Leistung von 18 MW unterstellt. Diese Annahme wurde für die hiesige Untersuchung übernommen. Bei angenommenen Investitionskosten von 900 €/kW für die Elektrolyse (vgl. auch Kapitel 3.1.2), ergeben sich somit Kosten von 16,2 Mio. € für diesen Be- reich.

Zur Betankung der H2MU-Züge ist zudem die Errichtung einer Wasserstofftank- stelle erforderlich. Auch hierbei wurde auf die genannten Vorarbeiten aufge- setzt und ein zentraler Tankstellenstandort in Wiener Neustadt (in Verbindung mit dem vorstehend genannten Elektrolyseur) betrachtet. Diese zentrale Ver- sorgungsstruktur für die Schiene entspricht laut VOR dabei dem heutigen Die- seltankstellenkonzept in der Region. Auch andere Planungen gehen von einer zentralen Wasserstofftankstelle in Wiener Neustadt aus64, welche im Bereich des dortigen Betriebswerks erreichtet werden könnte:

Abbildung 12: ÖBB-Betriebswerk Wiener Neustadt als möglicher Standort einer Wasserstofftankstelle

Quelle: eigenes Bild, Tamás Diebel

63 Quelle: Hribernik / Sartory (2020)

64 Quelle: Hribernik / Sartory (2020)

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Zur Bestimmung der Investitionskosten für die Tankstelle wurde zunächst auf die Faustformel „der Infrastrukturbedarf eines Brennstoffzellen-Schienenfahr- zeugs entspricht in etwa dem von fünf Brennstoffzellen-Bussen“65 zurückgegrif- fen. Die Investitionskosten für eine H2-Tankstelle können in einem sehr güns- tigen Fall (große Flotte) mit 100.000 € je Bus bewertet werden (vgl. Kapi- tel 5.7.1.2). Bei einem Umlaufbedarf (und somit Tankbedarf) von 44 Fahrzeu- gen (vgl. Kapitel 4.3.2) würden sich auf Basis dieser Überlegungen Investiti- onskosten für die Tankstelle von 22 Mio. € ergeben. Es wurde gleichwohl ein Korrekturabschlag von ca. 10 % angesetzt, da aufgrund der sich im Bereich Wasserstoff abzeichnenden Entwicklung insbesondere bei einer solch großen Investition von Kostenvorteilen ausgegangen werden kann. Die Investitions- kosten für die H2-Tankstelle wurden für diese Studie daher in Höhe von 20 Mio. € festgesetzt.

Zusätzlich sind Betriebskosten für Elektrolyseur und Tankstelle zu berücksichti- gen. Diese werden für beide Teilbereiche der Wasserstoff-Infrastruktur jährlich mit 4 % des Investitionsvolumens angesetzt66. Somit ergeben sich jährliche Betriebskosten von ca. 1,45 Mio. €.

4.3.4.2 Versorgungsinfrastruktur BEMU

Um den Einsatz von batterieelektrischen Fahrzeugen auf den hier betrachteten den Strecken um Wiener Neustadt zu ermöglichen, wird die Errichtung zusätz- licher Oberleitungsanlagen erforderlich sein. Für das im Szenario BEMU unterstellte Fahrzeugkonzept Mireo Plus B (dreiteilig) kann derzeit von einer Reich- weite von 120 km zwischen zwei Nachladungen ausgegangen werden (vgl. Ka- pitel 684.3.1). Dies würde z. B. nicht reichen um die ca. 133 km lange Strecke von Wiener Neustadt nach Fehring in einfacher Richtung zu bewältigen.

Um den Bedarf an zusätzlicher Oberleitungsinfrastruktur zu bestimmen, wurden folgende Überlegungen angestellt: Das für das im Szenario BEMU unterstellte Fahrzeugkonzept Mireo Plus B (dreiteilig) verfügt über eine Batterieka- pazität von 700 kWh (vgl. Kapitel 4.2.2.3). Es wurde weiterhin angenommen, dass hiervon im Regelbetrieb nicht die volle Kapazität genutzt wird, um einerseits die Batterie über ihre Lebensdauer zu schonen und andererseits auch noch eine Reserve für Störungsfälle im Fahrzeug zu besitzen.

Realistisch scheint im Regelbetrieb die Nutzung eines Hubs von 50% der Bat- teriekapazität (entspricht 350 kWh). Rechnerisch stehen zum Zurücklegen von 120 km Strecke somit knapp 3 kWh/km zur Verfügung. Dieser Wert ist etwas geringer als der für die Energiekosten berechnete mittlere Verbrauch je gefah- renem Kilometer (vgl. Kapitel 4.3.3). Vor diesem Hintergrund wurde angenom-

65 Quelle: Ernst & Young et. al (2016, S. 249)

66 Quelle: Kunith (2017)

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men, dass im reinen BEMU-Betrieb (also auf Abschnitten ohne Fahrleitung) ge- genüber dem Fahrleitungsbetrieb, der beim BEMU auch möglich ist, nur eine verminderte Leistung des Fahrzeugs genutzt wird, um möglichst schonend mit dem Energiespeicher umzugehen. Gleichzeitig muss ausreichend Energie aus der Batterie zur Verfügung stehen, um auch die zum jedoch Teil erheblichen Steigungsabschnitte (z. B. Grünbacher Sattel) zu bewältigen. Daher wurde für die einzelnen Strecken neben dem Verbrauch „in der Länge“ vereinfacht die erforderliche Hubarbeit bei Fahrt gegen in die der Steigung berechnet, um einen entsprechenden Energiebedarf zu berücksichtigen. Ausdrücklich sei darauf hingewiesen, dass diesem Vorgehen keine eisenbahnbetriebswissenschaftliche Simulation mit einer detaillierten Betrachtung energetischer Wechselwirkungen zugrunde liegt. Eine solche bleibt weiteren Untersuchungen vorbehalten – auch zur Validierung von Fahrplankonzepten.

Das hier gewählte Vorgehen führt im Ergebnis zur Erforderlichkeit folgender zusätzlicher Elektrifizierungen für den BEMU-Einsatz (siehe auch Abbildung 13):

Wiener Neustadt – Bad Fischau-Brunn – Willendorf (16,7 km) Wiener Neustadt – Aspang (33,9 km) Hartberg – Sebersdorf (11,0 km) Großpetersdorf – Oberwart (10,7 km)

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Abbildung 13: Unterstellte Elektrifizierungen im Szenario BEMU

Quelle: KCW, eigene Darstellung auf Basis von OpenStreetMap (© OpenStreetMap-Mitwir- kende)

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Mit den von Wiener Neustadt ausgehenden Elektrifizierungen nach Willendorf und Aspang können die BEMU zunächst noch im Oberleitungsbetrieb betrieben werden, bevor zur Weiterfahrt Richtung Gutenstein (ab Bad Fischau-Brunn) und Puchberg (ab Willendorf) bzw. Friedberg (ab Aspang) auf den Batteriebe- trieb gewechselt wird.

Für die langlaufenden Verkehre Richtung Fehring bzw. Szombathely sind zudem weitere Elektrifizierungen in den Bereichen Hartberg (Thermenbahn) bzw. Oberwart (Grenzbahn) erforderlich, um hier die Batterien aufzuladen und die jeweilige Gesamtstrecke bewältigen zu können. Dies gilt freilich für beide Fahrt- richtungen, wobei bei einer Fahrt Richtung Wiener Neustadt ab Aspang wieder der Fahrdraht erreicht wird. Die Länge der „Oberleitungsinseln“ in den Berei- chen Hartberg bzw. Oberwart wurden so bemessen, dass eine erforderliche vollständige Wiederaufladung der Batteriekapazität in diesen Abschnitten mög- lich sein sollte. Eine detaillierte Untersuchung dieser energetischen Wechsel- wirkungen muss jedoch – wie bereits vorstehend – beschrieben, weiteren Si- mulationen vorbehalten bleiben. Unterstellt wurde zudem, dass der Bahnhof Fehring aufgrund der Pläne zur Elektrifizierung der Steirischen Ostbahn bis 2027 elektrifiziert ist und dort nachgeladen werden kann.

In Summe wären im Ergebnis des hier beschriebenen Vorgehens 72,3 km Stre- cke für den BEMU-Einsatz zu elektrifizieren. Für einen zu elektrifizierenden Stre- ckenkilometer kann kostenseitig 1 Mio. € veranschlagt werden67. Für die beiden Elektrifzierungsabschnitte in den Bereichen Hartberg bzw. Oberwart wurde zudem ein Aufschlag von je 5 Mio. € angesetzt, um die für die Versorgung dieser „Oberleitungsinseln“ zusätzlich erforderliche, vorgelagerte Infrastruktur (Netz- anschluss etc.) überschlägig abzubilden. Somit ergibt sich insgesamt ein Inves- titionsvolumen von 82,3 Mio. € für die BEMU-Versorgungsinfrastruktur.

4.3.4.3 Versorgungsinfrastruktur EMU

Im Szenario EMU wird die Vollelektrifizierung aller hier näher betrachteten Stre- cken mit insgesamt ca. 329 km Länge unterstellt. Auch hierfür werden kostenseitig 1 Mio. € für jeden zu elektrifizierenden Streckenkilometer angesetzt. Zu- dem wurden 50 % Aufschlag für den ca. 20 km langen Abschnitt Friedberg – Aspang angesetzt, um die anspruchsvollen topographischen Bedingungen in diesem Bereich mit Brücken und Tunneln zu berücksichtigen. Weiterhin sind einmalig 5 Mio. € für die Versorgung der neuen Oberleitungsabschnitte im Be- reich Friedberg einkalkuliert. Somit ergibt sich auf Basis dieser Überlegungen insgesamt ein Investitionsvolumen von 344,1 Mio. € für die EMU-Versorgungs- infrastruktur.

67 Quelle: Klebsch et al. (2020, S. 3)

Alternative Antriebe im öffentlichen Verkehr KCW GmbH, 13.04.2021 Seite 81

4.3.4.4 Übersicht Versorgungsinfrastruktur

Die vorstehend beschriebenen Investitionskosten für die jeweilige Versor- gungsinfrastruktur der Szenarien H2MU, BEMU und EMU werden in diesem Ab- schnitt noch einmal zusammenfassend dargestellt. Auf alle ermittelten Investi- tionskosten wurde ein 5 %-iger Aufschlag als Risikopuffer sowie zur Abbildung von Planungskosten hinzugefügt. Für den somit ermittelten Investitionsauf- wand wurden weiterhin Finanzierungskosten von 3 % unterstellt. Über die technische Lebensdauer der jeweiligen Anlagen wurden schließlich annuitäti- sche Beträge gebildet, um die Vergleichbarkeit der Investitionskosten zu ge- währleisten. Für Oberleitungsanlagen wurde eine technische Lebensdauer von 76 Jahren unterstellt (Szenarien BEMU und EMU)68. Für Elektrolyseur und Was- serstofftankstelle (Szenario H2MU) wird in der hiesigen Betrachtung von einer technischen Lebensdauer von 25 Jahren ausgegangen.69

Zur Annuität des Szenarios H2MU kommen weiterhin die jährlichen Betriebskos- ten für Elektrolyseur und Wasserstofftankstelle. Dies entspricht der Logik des heutigen Dieselpreises, in welchen die Betriebskosten für die Versorgungsinf- rastruktur einkalkuliert werden. Bei den Oberleitungsanlagen für BEMU und EMU kann davon ausgegangen werden, dass entsprechende Betriebskosten in den Bahnstrompreis einkalkuliert sind.

Tabelle 15: Darstellung Investitionsbedarf Versorgungsinfrastruktur

H2MU BEMU EMU Investitionsbedarf Elektrolyseur 16.200.000 € - - (nur H2MU) Investitionsbedarf Wasserstofftankstelle 20.000.000 € - - (nur H2MU) Investitionsbedarf Oberleitungen - 82.300.000 € 344.100.000 € (BEMU und EMU) Summe zzgl. 5% Aufschlag für Ri- 38.010.000 € 86.415.000 € 361.305.000 € siko und Planungskosten Abschreibungs-/Lebensdauer 25 Jahre 76 Jahre 76 Jahre Finanzierungszins jeweils 3 % für alle Szenarien Annuitäten Investitionen (inkl. Finanzierung und Risikopuffer/Pla- 2.182.833 € 2.899.093 € 12.121.238 € nungskoten) Jährliche Betriebskosten Wasser- 1.448.000 € - - stofftankstelle inkl. Elektrolyseur Jährliche Kosten Versorgungsinfra- 3.630.833 € 2.899.093 € 12.121.238 € struktur

68 Quelle: Klebsch et al. (2020, S. 59)

69 Quelle: Kreidelmeyer et al. (2020, S. 23)

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Quelle: eigene Darstellung KCW

4.3.5 Gesamtschau Vergleichskosten

In der Gesamtschau der Vergleichskosten zeigen sich die Szenarien H2MU, BEMU und EMU mit höheren Kosten als der Dieselbetrieb. Dies ist insbesondere durch die für die alternativen Antriebe notwendige Investitionen in die Versor- gungsinfrastruktur, aber auch durch höhere Anschaffungskosten der Fahrzeuge begründet. Auffällig sind weiterhin die vergleichsweise hohen Energiekosten des H2MU gegenüber den BEMU und EMU, obwohl letztere schwerere und grö- ßere Fahrzeugkonzepte vorsehen.

Tabelle 16: Gesamtschau des Kostenvergleichs Arbeitspaket Bahn

DMU H2MU BEMU EMU Fahrzeugtyp Siemens Siemens Desiro ML Alstom Lint 54 Alstom iLint Mireo Plus B (ÖBB 4746) Konfiguration 2-teilig 2-teilig 3-teilig 3-teilig Jährliche Kosten Fahr- zeugvorhaltung (aus Kap. 12.229.316 € 16.132.290 € 17.693.479 € 18.213.876 € 4.3.2) Jährliche Kosten Fahrzeu- ginstandhaltung (aus Kap. 6.591.750 € 12.648.000 € 10.404.000 € 8.925.000 € 4.3.2) Jährliche Energiebedarfs- 5.274.646 € 4.571.027 € 2.701.656 € 3.302.583 € kosten (aus Kap. 0) Jährliche Kosten Versor- gungsinfrastruktur (aus - 3.630.833 € 2.899.093 € 12.121.238 € Kap. 4.3.4.4) Summe jährliche Ver- 24.095.713 € 36.982.150 € 33.698.228 € 42.562.697 € gleichskosten Quelle: eigene Darstellung KCW

Alternative Antriebe im öffentlichen Verkehr KCW GmbH, 13.04.2021 Seite 83

Abbildung 14: Gesamtschau des Kostenvergleichs Arbeitspaket Bahn

Quelle: eigene Darstellung KCW

Wie bereits in den Kapiteln 4.3.2 und 4.3.4.4 dargelegt liegen diesen Jahres- werten folgende Abschreibungsdauern der Investitionsgüter zugrunde:

Tabelle 17: Abschreibungsdauern Investitionsgüter im Arbeitspaket Bahn

DMU H2MU BEMU EMU Fahrzeuge 30 Jahre 30 Jahre 30 Jahre 30 Jahre siehe Kapitel 4.3.2 Versorgungsinfrastruktur - 25 Jahre 76 Jahre 76 Jahre siehe Kapitel 4.3.4.4 Quelle: eigene Darstellung KCW

Aufgrund der unterschiedlichen Fahrzeugkonfigurationen und entsprechenden technischen bzw. baulichen Unterschiede bietet sich zu Vergleichszwecken fer- ner die Umlegung der vorstehend dargestellten Kosten je Sitzplatz an:

Tabelle 18: Kostenvergleich Arbeitspaket Bahn je Sitzplatz

DMU H2MU BEMU EMU Fahrzeugtyp Siemens Siemens Desiro ML Alstom Lint 54 Alstom iLint Mireo Plus B (ÖBB 4746) Sitzplätze je Fahrzeug 150 150 160 240 (insg. 51 Fahrzeuge) Jährliche Kosten Fahr- zeugvorhaltung je Sitz- 1.599 € 2.109 € 2.168 € 1.488 € platz

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DMU H2MU BEMU EMU Jährliche Kosten Fahrzeu- ginstandhaltung je Sitz- 862 € 1.653 € 1.275 € 729 € platz Jährliche Energiebedarfs- 689 € 598 € 331 € 270 € kosten je Sitzplatz Jährliche Kosten Versor- gungsinfrastruktur je - € 475 € 355 € 990 € Sitzplatz Summe jährliche Ver- 3.150 € 4.834 € 4.130 € 3.477 € gleichskosten je Sitzplatz Quelle: eigene Darstellung KCW

Während in der Betrachtung der jährlichen Gesamtkosten das BEMU-Szenario am besten abschneidet, stellt sich hier nun das EMU-Szenario als Vorzuglösung unter den alternativen Antriebskonzepten dar. Das ist insofern nicht verwun- derlich, weil für das Szenario EMU mit dem Siemens Desiro ML (ÖBB 4746) ein Fahrzeug mit einer vergleichsweise großen Kapazität gewählt wurde und sich die dazu gehörigen Kosten entsprechend relativieren:

Abbildung 15: Kostenvergleich Arbeitspaket Bahn je Sitzplatz und Jahr

Quelle: eigene Darstellung KCW

Dieses Bild verfestigt sich für alle untersuchten Strecken auch in der Einzelfall- betrachtung. Denn dieser Befund gilt ebenso für Strecken, für die keine spezifischen Infrastrukturinvestitionen im Szenario BEMU unterstellt sind (innere As- pangbahn, Mattersburger Bahn):

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Abbildung 16: Kostenvergleich Gutensteiner Bahn je Sitzplatz und Jahr

Quelle: eigene Darstellung KCW

Abbildung 17: Kostenvergleich Puchberger Bahn je Sitzplatz und Jahr

Quelle: eigene Darstellung KCW

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Abbildung 18: Kostenvergleich Innere Aspangbahn je Sitzplatz und Jahr

Quelle: eigene Darstellung KCW

Abbildung 19: Kostenvergleich Mattersburger Bahn je Sitzplatz und Jahr

Quelle: eigene Darstellung KCW

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Abbildung 20: Kostenvergleich Äuß. Aspang-/Thermenbahn je Sitzplatz und Jahr

Quelle: eigene Darstellung KCW

Abbildung 21: Kostenvergleich Grenzbahn je Sitzplatz und Jahr

Quelle: eigene Darstellung KCW

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Noch deutlicher wäre ein derartiger, sitzplatzbezogener Vergleich zugunsten des Szenario EMU ausgefallen, wäre hierbei ein doppelstöckiges Fahrzeug mit einer (noch) höheren Sitzplatzkapazität gewählt worden. Jedenfalls ist nicht auszuschließen, dass bei einer tatsächlichen Realisierung der Vollelektrifizie- rung auch Doppelstock-Fahrzeuge auf den hier untersuchten Strecken zum Ein- satz gelangen könnten. Dies ist insbesondere mit Blick auf vom VOR künftig beabsichtigte Durchbindungen Richtung Wien erwähnenswert (vgl. Kapitel 4.3.1), denn durchgebundene Verkehre würden aufgrund des Zulaufs auf die

Hauptstadt Doppelstock-Konzepte erfordern und diese sind für H2MU und BEMU nach heutigem Stand am Markt nicht verfügbar. Insofern würde eine Elektrifi- zierung der betroffenen Strecken derartige Planungen auf jeden Fall erleichtern.

4.4 Umwelteffekte

In diesem Kapitel werden die positiven Nutzeneffekte einer Umstellung auf alternativen Antrieben im Bahnverkehr innerhalb der Untersuchungsgebiete berechnet bzw. erläutert, sofern eine Berechnung nicht möglich ist.

70 Der CO2-Ausstoß pro Liter Diesel beträgt 3,24 kg. Bei einer jährlichen Fahr- leistung der hier untersuchten Bahnverkehre mit einem Verbrauch von rund 5,27 Mio. Litern Diesel pro Jahr würden bei ausschließlichem Einsatz von Die- seltriebzügen somit rund 17.090 t CO2 pro Jahr emittiert.

Die volkswirtschaftlichen Effekte eines verminderten CO2-Ausstoßes können mittels des Kostenansatzes von 50,00 € pro emittierter Tonne CO2 (Preisstand 2009) gemäß des Bewertungsverfahrens des Gesamtverkehrsplans des Bun- desministeriums für Klimaschutz, Umwelt, Energie, Mobilität, Innovation und Technologie ermittelt werden.71 Durch Valorisierung von 2,0 % pro Jahr für das

Jahr 2021 kann ein Wert von 63,41 € pro emittierter Tonne CO2 im österreichi- schen Verkehr ermittelt werden.72

Der volkswirtschaftliche Nutzen einer Umstellung des Bahnverkehrs auf den betrachteten Strecken würde somit bezogen auf CO2-Einsparungen rund 1,1 Millionen Euro im Jahr (Preisstand 2021) betragen. Dies unterstreicht noch einmal die Vorteile der alternativen Antriebskonzepte H2MU, BEMU und EMU aus Perspektive des Klimaschutzes.

Dies gilt, sofern die Energiequellen für die H2MU-Fahrzeuge, wie in der vorherigen Bewertung unterstellt, ausschließlich aus regenerativen Energiequellen

70 Quelle: Ausstoß gemäß BMVI für well-to-wheel Seite 26.

71 Quelle: Fritz et al. (ohne Jahr) S. 66

72 Aufgrund des geringen Laufleistungsanteils in Ungarn wurde hier nicht zwischen beiden Staaten differenziert.

Alternative Antriebe im öffentlichen Verkehr KCW GmbH, 13.04.2021 Seite 89

stammen. Für BEMU und EMU kann ebenfalls von 100 % regenerativen Ener- giequellen ausgegangen werden, nachdem die ÖBB inzwischen ausschließlich erneuerbare Energien zur Bahnstromerzeugung verwenden73.

Die Umwelteffekte aufgrund von Einsparungen beim Feinstaub- und Stickoxid- ausstoß sind im überwiegend ländlich geprägten Untersuchungsgebiet nur ge- ringfügig. Lediglich in urbanen Räumen mit einer hohen Luftschadstoffbelas- tung und einer Einwohnerdichte von >1.500 Einwohnern pro km2 werden hohe positive Nutzenwerte generiert.74

Analog zu den Umwelteffekten von Schadstoffemissionen ist eine Senkung der Lärmemissionen insbesondere in urbanen Räumen nutzenbringend. Sowohl

H2MU als auch BEMU (und ebenso EMU) verfügen über keine Verbrennungs- motoren, so dass eine Lärmreduktion insbesondere im niedrigen Geschwindig- keitsniveau zu erwarten ist, wo üblicherweise Motorengeräusche die Geräusch- kulisse eines Zugs dominieren. Teilweise können Lärmreduktionen von bis zu 50 % gegenüber einem DMU erreicht werden.75 Als Neufahrzeuge müssen die alternativen Antriebe ohnehin die aktuellen zulassungsrechtlichen Anforderun- gen (hier insbesondere die sog. TSI Noise76) erfüllen. Da die tatsächlich reali- sierte Lärmreduktion von Größen wie der Intensität des Bahnverkehrs auf einem Streckenabschnitt, der Tageszeit, der betroffenen Anwohner und der Durchschnittgeschwindigkeiten abhängig ist, können hier keine weitergehen- den Aussagen getroffen werden. Zur Abschätzung der Umwelteffekte der Lärm- reduktion durch alternative Antriebe im Schienenverkehr ist ein Lärmgutachten erforderlich.

Nicht unerwähnt bleiben soll der Primärenergiebedarf, der für den Betrieb mit

H2MU-Zügen erheblich höher gegenüber anderen elektrischen Alternativen ist (siehe dazu auch Kapitel 4.3.3). Insofern stellen sich auch in dieser Betrachtung die Szenarien BEMU und EMU als vorteilhaft heraus.

4.5 Wege zur Umsetzung

Die Inbetriebsetzung alternativer Antriebe in den Bahnverkehr ist je nach Wahl der Technologie mit unterschiedlichen Umsetzungsfristen versehen. Gemein- sam ist den Szenarien H2MU, BEMU und EMU, dass eine ausreichende Zeit- spanne für die Beschaffung der jeweiligen Neufahrzeugen vorzusehen ist. Für alle genannten Szenarien kann gleichwohl am bereits am Markt verfügbare

73 Bahn Manager Magazin (2018)

74 Quelle: Matthey/Bünger (2019) S. 16

75 Quelle: Arnold (2018)

76 Verordnung (EU) Nr. 1304/2014 der Kommission vom 26. November 2014 über die technische Spezifi- kation für die Interoperabilität des Teilsystems „Fahrzeuge — Lärm“ sowie zur Änderung der Entschei- dung 2008/232/EG und Aufhebung des Beschlusses 2011/229/EU

Alternative Antriebe im öffentlichen Verkehr KCW GmbH, 13.04.2021 Seite 90

Fahrzeugkonzepte zurückgegriffen werden. Dennoch ist bei der Beschaffung von Neufahrzeugen bei der hier in Rede stehenden Fahrzeugzahl von ca. 50 Stück eine Zeitspanne von 4-5 Jahren zwischen Bestellung und Auslieferung der letzten Fahrzeuge anzunehmen. Für das Szenario EMU sind ggf. auch heute bereits im Einsatz befindliche, konventionelle elektrische Fahrzeuge verwend- bar.

Neben der Fahrzeugbeschaffung ist ebenso die Planung und Errichtung der erforderlichen Versorgungsinfrastruktur anzugehen. Zumindest für das Szenario EMU (Vollelektrifizierung) erscheint es jedoch nicht realistisch, dass diese bis zum Jahr 2027 abgeschlossen sein wird. Im Rahmen des Möglichen erscheinen Teilelektrifizierungen, z. B. die Strecke Wiener Neustadt – Loipersbach-Schat- tendorf (– Sopron), welche bereits im ÖBB Rahmenplan 2021 – 2026 enthalten ist, oder auch die Strecke Wiener Neustadt – Aspang. Für das Szenario BEMU sind zudem noch Regelwerke für die notwendigen Oberleitungsinseln durch die Infrastrukturbetreiber zu schaffen. Auch hierfür ist eine bestimmte Zeitspanne anzusetzen. Die Schaffung vergleichbarer Regeln in Deutschland nahm nach KCW-Informationen etwa ein Jahr in Anspruch77.

Denkbar ist weiterhin die Kombination verschiedener Szenarien, insbesondere von BEMU und EMU auf unterschiedlichen Strecken: Mit einem BEMU-Konzept könnten die innere Aspangbahn und die Mattersburger Bahn bereits heute – ohne Investitionen in zusätzliche Infrastruktur – auf alternative Antriebe umgestellt werden. Sollten die genannten Strecken zu einem späteren Zeitpunkt mit Oberleitungen versehen sein, könnten dort dann EMU den Betrieb über- nehmen und die BEMU auf andere Strecken übergehen. Dort müsste dann selbstredend die zusätzlich notwendige Versorgungsinfrastruktur zur Verfü- gung stehen.

Ähnliches gilt auch für eine Szenarien-Kombination H2MU und EMU: In einem derartigen Fall könnten H2MU von (später) elektrifizierten Strecken auf jene Strecken, die keine Oberleitungen erhalten haben, wechseln.

4.6 Zwischenfazit

Aus dem Blick des Umweltschutzes ist eine Umstellung der hier untersuchten Bahnstrecken auf alternative Antriebe zu befürworten. Im Betrieb können erhebliche CO2-Einsparungen realisiert werden, sofern hierfür Strom aus erneuerbaren Energien zum Einsatz kommt. Für den österreichischen Bahnstrom

(Szenarien EMU und BEMU) gilt dies bereits heute. Für das Szenario H2MU wurde daher grüner Wasserstoff unterstellt.

77 Dies bezieht sich auf die ergänzende DB Netz-Richtlinie 997.0131Z02. Zudem beabsichtigt die DB Netz AG die Anpassung ihrer Technischen Netzzugangsbedingungen (TNB) hinsichtlich des Einsatzes von BEMU-Fahrzeugen. Quelle: Sterzenbach (2021)

Alternative Antriebe im öffentlichen Verkehr KCW GmbH, 13.04.2021 Seite 91

Die Erzeugung von grünem Wasserstoff ist gleichwohl noch „in den Kinderschu- hen“ und selbst unter hier getroffenen, tendenziell günstigen Annahmen vergleichsweise teuer. Dies ist insbesondere durch die Wirkungsgradverluste der Elektrolyse begründet. Gleichzeitig sorgen aber auch die Wirkungsgradverluste der Brennstoffzelle im Fahrzeuge für einen vergleichsweise hohen Energiebe- darf bei dieser Technologie. Entsprechend hoch ist der Primärenergiebedarf an Strom, der für die Wasserstofferzeugung bereitgestellt werden muss. Dieser ist letztlich kostenbestimmend, insbesondere wenn der Strom über das öffentliche Versorgungsnetz zur Elektrolyse geführt wird und Netzentgelte (knapp 50% der Kosten je kWh) anfallen. Wird die Elektrolyse direkt und unmittelbar vor Ort aus einem eigenen Windpark (oder ähnlicher erneuerbarer Energiequelle) im Sinne der Sektorkoppelung versorgt, ist zwar der Entfall der Netzentgelte möglich. Gleichzeitig wären dann jedoch die Investitions- und Kapitalkosten der eigenen Energiequelle sowie entsprechende Transportkosten vom Energiequel- len- und Elektrolysestandort zur Eisenbahntankstelle zu berücksichtigen. Eine derartige Betrachtung muss Gegenstand einer weiteren Untersuchung zum Thema Sektorkoppelung sein. Für Aufgabenträger/Besteller wie den VOR haben die Energiekosten eine besondere Bedeutung, weil sie über die Verkehrs- dienstverträge üblicherweise die Energiekosten der Verkehrsunternehmen abgelten.

Im Ergebnis der hiesigen Untersuchung zeigen sich die Szenarien BEMU und EMU kostenseitig als die vorteilhaften Varianten. Allerdings benötigen diese Szenarien auf vielen (BEMU) bzw. allen (EMU) untersuchten Strecken einen Ausbau der elektrischen Oberleitungsinfrastruktur, welcher Zeit in Anspruch nehmen wird. Will man diese Szenarien weiterverfolgen, so sollte daher umge- hend mit einer Umsetzungsstrategie begonnen werden. Diese kann wie bereits in Kapitel 4.5 beschrieben auch aus einer gestaffelten Umsetzung bestehen: Denn mit einem BEMU-Konzept könnten zunächst die innere Aspangbahn und die Mattersburger Bahn ohne Investitionen in zusätzliche Infrastruktur auf alternative Antriebe umgestellt werden. Sobald hier eine Oberleitungsinfrastruk- tur zur Verfügung steht, würden schließlich EMU den Betrieb übernehmen.

Ein EMU-Konzept mit entsprechender Vollelektrifzierung ist jedenfalls als Ziel- zustand insbesondere für jene Strecken anzustreben, auf denen der VOR künf- tig Durchbindungen Richtung Wien plant (vgl. Kapitel 4.3.1). Dies gilt sowohl für die Mattersburger Bahn als auch für die Strecke Wiener Neustadt – Aspang. Entsprechend durchgebundene Verkehre würden aufgrund des Zulaufs auf

Wien Doppelstock-Konzepte erfordern, die für H2MU und BEMU nach heutigem Stand am Markt nicht verfügbar sind. Insofern würde die Vollelektrifizierung der betroffenen Strecken die Planungen des VOR zum Ausbau des öffentlichen Verkehrs zwischen der österreichischen Hauptstadt und dem erweiterten Um- land bis in die Grenzregion auf jeden Fall erleichtern.

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5 Arbeitspaket Bus

5.1 Untersuchungsgebiet und Daten

5.1.1 Abgrenzung Untersuchungsgebiet

Das Untersuchungsgebiet des Arbeitspakets Bus befindet sich am südöstlichen Rand des VOR in Österreich. Es umfasst Teile der Bundesländer Niederöster- reich und Burgenland. Dabei konzentriert sich die Untersuchung auf die folgenden vier Gebiete:

Wiener Neustadt Stadtverkehr Wiener Neustadt Umland Ostbahnshuttle Nordburgenland

Die vier Teilbereiche sind insbesondere durch ländlichen Busverkehr gekennzeichnet. Lediglich in Wiener Neustadt findet Busbetrieb im Stadtverkehr statt. Dabei sind die Busverkehre in Teilen des Nordburgenlands und im Umland von Wiener Neustadt topographisch anspruchsvoll. Die vier Teilbereiche sind in der folgenden Abbildung dargestellt.

Abbildung 22: Darstellung des Untersuchungsgebiets

Quelle: KCW auf Basis von OpenStreetMap (© OpenStreetMap-Mitwirkende)

Alternative Antriebe im öffentlichen Verkehr KCW GmbH, 13.04.2021 Seite 93

5.1.2 Datenbereitstellung und -aufbereitung

Für das Arbeitspaket Bus hat der VOR Fahrpläne der Linien des Untersuchungs- gebiets sowie folgende Dienst- und Umlaufpläne der entsprechenden Busun- ternehmen in PDF- oder Excel-Format für die Untersuchung der Busverkehre zur Verfügung gestellt:

Wiener Neustadt Stadtverkehr Umlaufpläne des Stadtverkehrs Wiener Neustadt (nur Mo-Fr Schule) Fahrpläne der Linien 1A, 1B, 2A, 2B, 3, 4, 5A, 5B, 6, 7, 8, 9, 10 und 11 Wiener Neustadt Umland Dienstpläne der Verkehrsstellen Eisenstadt, Oberpullendorf, Matters- burg Umlaufpläne der Firmen Retter/Geldner, Oberger Auswertung der Umlauflängen der Linien 320, 321, 324, 325, 326 und 327 Fahrpläne der Linien 325, 326, 353, 380, 382, 383 und 902 Ostbahnshuttle Dienstpläne der Verkehrsstellen Au an der Leitha, Himberg, Kleinneu- siedl, Mannersdorf, Bruck an der Leitha, Hainburg und Potzneusiedl Dienstpläne der Firma Blaguss Fahrpläne der Linien 272, 273, 274, 275, 276 und 277 Nordburgenland Dienstpläne der Verkehrsstellen Andau, Apetlon, Neusiedl am See, Pamhagen und Kittsee Fahrpläne der Linien 280, 290 und 292

Die Dienst- und Umlaufpläne enthalten Angaben zu den einzelnen Verkehrsta- gen, der Umlauflänge, der Fahrzeuggröße, Umlaufverknüpfungen mehrerer Li- nien, den Einsatzzeiten und -orten. Nach Abstimmung mit dem VOR wurde angenommen, dass ein Dienst einem Umlauf und somit dem Einsatz eines Fahr- zeugs entspricht. Die Ausnahme sind dabei Dienstnummer, die mit einem „v“ und „n“ („Vormittag“ bzw. „Nachmittag“) gekennzeichnet sind. Bei diesen Dienstplänen wurde überprüft, ob beide Dienste mit einem Fahrzeug bewältigt werden können und bei der Ermittlung des Fahrzeugbedarfs berücksichtigt. Bei wechselnden Anforderungen an den Fahrzeuggrößen innerhalb eines Umlaufs wurde die größte Fahrzeuggröße des Umlaufs unterstellt. Bei einigen Umlauf- plänen waren keine Angaben über die angesetzte Fahrzeuggröße vorhanden. In diesem Fall wurde ein 12 m-Standardbus für die weiteren Untersuchungen angenommen, da dies die im Untersuchungsgebiet die übliche Größe darstellt.

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Für den Stadtverkehr Wiener Neustadt wurden lediglich für den Schulverkehr (montags bis freitags) Umlaufpläne übermittelt. Die Auswertung des Busver- kehrs für den Ferien- und Wochenendverkehr wurde daher auf Basis der vorhandenen Fahrpläne durch KCW abgeleitet. Die Auswertung der bereitgestellten Umlaufdaten wird im Kapitel 5.4 vorgenommen.

Darüber hinaus wurde eine Marktübersicht von Wasserstoffbussen zur Verfü- gung gestellt. Die Marktübersicht besteht dabei aus 15 Präsentationen von Bus- und Infrastrukturherstellern und –betreibern, Berichten sowie Datenblättern im PDF-Format.

5.2 Marktanalyse Wasserstoffbusse

5.2.1 Marktübersicht Fahrzeughersteller

Nach den ersten Erprobungen von Wasserstoffbussen mit Prototypen in den 2000er und 2010er Jahren zeichnet sich das Jahr 2019 mit der Lieferung von ersten serienreifen Fahrzeugen aus. Mehrere europäische Anbieter haben Fahr- zeugmodelle für diesen jungen Markt entwickelt, dessen Nachfrage von den laufenden EU-Förderprogramme Joint Initiative for Hydrogen Vehicles across Europe (JIVE) und JIVE 2 unterstützt wird.

Die Anzahl an verfügbaren Modellen ist derzeit noch begrenzt und stark auf dem Segment des 12m-Busses fokussiert, der das „Standardmodell“ im Ange- bot jedes Busherstellers darstellt. Folgende Modelle werden mit Stand Jänner 2021 angeboten:

Tabelle 19: Marktübersicht Wasserstoffbusse

Midi-/Standardbusse Gelenkbus Hersteller Van Hool Solaris Caetano Safra Van Hool Modell A330 FC Urbino 12 H2.City Gold Businova k.A. Hydrogen Länge 12 / 13 m 12 m 10,7 / 12 m 10,5 / 12 m 18 m Motorleistung in kW 210 250 180 200 210 Brennstoffzellenleis- 83 70 60 30 100 tung in kW Batteriekapazität in 36 k.A. 29-44 132 k.A. kWh

Tankkapazität H2 in 38,5 (35,8) 36,8 37,5 28 k.A. kg (davon nutzbar) Quelle: eigene Marktkenntnisse KCW und Marktübersicht VOR GmbH

Alternative Antriebe im öffentlichen Verkehr KCW GmbH, 13.04.2021 Seite 95

Brennstoffzellenleistungen von 150 kW für Standardbusse sind technisch um- setzbar, wie z.B. bei den seit dem Jahr 2014 vom Regional Verkehr Köln eingesetzten Fahrzeugen78.

Im Segment des 15m-Busses, der auf dem Netz des VOR vertreten ist, gibt es nach aktuellem Stand kein Wasserstoffbusmodell am Markt. Bei Gelenkbussen fehlt ebenfalls noch ein realer Wettbewerb mit mehreren Herstellern.

Es ist in den nächsten Jahren zu erwarten, dass das Angebot sich mit dem Wachstum der Nachfrage erweitern wird, analog wie für den Markt von reinen Batteriebussen – Der Hersteller Solaris beispielsweise kündigte im Jahr 2020 die Produktion eines 15m-Batteriebusses in Ergänzung seines aktuellen Portfo- lios an. Weitere Hersteller haben zudem Interesse an der Technologie bekun- det. Der deutsche Hersteller Mercedes-Benz beabsichtigt die Kombination eines Batteriebusses mit einer Brennstoffzelle als Range-Extender. Dieser soll im Jahr 2021 getestet und ab 2022 kommerziell vertrieben werden.

Doppeldeck-Wasserstoffbusse vom nordirischen Hersteller Wrightbus werden in Großbritannien hergestellt und eingesetzt. Diese werden allerdings nicht in der Übersicht angezeigt, da diese Fahrzeuggröße im VOR nicht eingesetzt wird.

5.2.2 Energieverbrauch

Der Energieverbrauch von Wasserstoffbussen wird durch verschiedene Para- meter beeinflusst:

Auslastung: Ein hohes Fahrgastaufkommen wirkt sich auf das Gesamtge- wicht des Fahrzeugs aus und schließlich auf den Energieverbrauch. Außentemperatur: Bei kalten und heißen Temperaturen sind höhere Ver- bräuche der Nebenverbraucher für die Klimatisierung und Heizung des Fahrzeugs erforderlich. Fahrprofil (Stadt/Umland, Topographie): Der Energieverbrauch hängt von den topographischen Anforderungen und vom Fahrzyklus ab. Bei einer Fahrt im Umland sind grundsätzlich geringere Energieverbräuche pro Kilo- meter als im Stadtverkehr zu verzeichnen, da der Bus weniger Beschleuni- gung- und Bremsvorgänge hat und weniger Zeit für den Fahrgastwechsel benötigt wird, während die Türen geöffnet sind und die Innentemperatur beeinflusst wird. Komponenten: Die Auswahl der Komponenten für den Bus und deren Eigenschaften (Energieeffizienz der Brennstoffzelle, Verbrauch Nebenver- braucher, …) wirken sich automatisch auf dem Gesamtverbrauch des Bus- ses aus.

78 Quelle: Conrad (2019)

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Dank seines Elektroantriebs kann ein Wasserstoffbus während des Betriebs einen Teil der Fahrenergie beim Bremsen oder in Gefällen rekuperieren. Durch diese Energierekuperation haben die Topographie und das Fahrprofil weniger Einfluss auf den Energieverbrauch des Wasserstoffbusses, als es bei Bussen mit konventionellem Verbrennungsantrieb der Fall ist. Umso wichtiger ist eine gute Schulung der Fahrer und Fahrerinnen, damit sie eine energiesparsame Fahrweise mit den elektrischen Bussen üben.

Belastbare Erfahrungswerte sind nur beim Standardbus und teilweise beim Ge- lenkbus vorhanden. Es ist zu beachten, dass der Energieverbrauch sich mit neuen Generationen an Fahrzeugen verbessert: Laut der FCH JU verbrauchen die jetzigen Fahrzeuge etwa halb so viel Wasserstoff wie in den Jahren 2001- 2010. Das von FCH JU gesetzte Ziel für das Jahr 2020 für einen Standardbus ist ein Durchschnittsverbrauch von 8 kgH2/100 km und soll nach eigenen An- gaben erreicht werden79. Der Hersteller Van Hool benennt für seine Fahrzeuge einen Verbrauch von 9 bis 11 kg H2/100 km. Der Regionalverkehr Köln (RVK) hat von 2011 bis 2016 zwei Gelenkbusse des Typs Phileas vom Hersteller Ad- vanced Public Transport Systems (APTS) getestet. Der Verbrauch dieser Proto- 80 typen wird mit 15 kg H2/100 km angegeben.

Für die Untersuchung wird als Durchschnittsverbrauch beim Standardbus die Angabe der Wuppertaler Stadtwerken (WSW) übernommen, die für neue A330

FC von Van Hool einen Verbrauch von 9 kg H2/100km prognostizieren. Der Einsatz der Fahrzeuge dort erfolgt auch im Umlandverkehr mit teilweise anspruchsvoller Topographie und nähern sich daher den Einsatzbedingungen des VOR an. Um unter allen Bedingungen die Busse betreiben zu können, wird zudem ein „Worst-Case“-Energieverbrauch für den Standardbus auf 12 kgH2/100 km festgelegt. Dieser maximale Energieverbrauch ist für die Dimen- sionierung der Wasserstoffinfrastruktur sowie für die Reichweite der Fahrzeuge relevant und ermöglicht, dass der Betrieb auch bei erhöhten Energieverbräu- chen – z. B. bei hohen Auslastungen und extremen Außentemperaturen – ge- währleistet wird.

Des Weiteren werden die Energieverbräuche von 15m-Bussen und Gelenkbus- sen auf Basis des Verbrauchs des Standardbusses hergeleitet, indem pauschale Aufschläge angenommen werden:

20% Mehrverbrauch für den 15m-Bus im Vergleich zum Standardbus 40% Mehrverbrauch für den Gelenkbus im Vergleich zum Standardbus

79 Quelle: Biebuyck, Bart (FCH JU) im Zebinar IV – Optimising Operations: Considerations for a Full Fleet Conversion am 01.12.2020

80 Quelle: https://www.rvk.de/fileadmin/images/Null_Emissio/2018_Datenblatt_Phileas.pdf

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Der Mehrverbrauch wird näherungsweise anhand des höheren Gewichts des 15m-Busses und Gelenkbusses bestimmt. Folgende Verbrauchswerte werden deshalb in der Untersuchung angewendet:

Tabelle 20: Überblick Verbrauchswerte Wasserstoffbusse

Standardbus 15m-Bus Gelenkbus Ø Verbrauch 9 10,8 12,6 (kg H2/100km) Max. Verbrauch 12 14,4 16,8 (kg H2/100km) Quelle: eigene Marktkenntnisse KCW und Marktübersicht VOR GmbH

Die Anwendung des durchschnittlichen und maximalen Verbrauchs unterscheidet sich gemäß den folgenden Anwendungsbereichen:

Für Wirtschaftlichkeitsberechnungen wird der Durchschnittsverbrauch angewendet. Für die Anforderungen an die Infrastruktur und die Prüfung der Umläufe wird der maximale Verbrauch zugrunde gelegt. Für den Stadtverkehr in Wiener Neustadt wird ein Aufschlag von 5 % (Stan- dardbus) bis 8 % (Gelenkbus)81 beim Energieverbrauch angewendet, um die Einsatzbedingungen im städtischen Raum zu berücksichtigen. Die Auswirkung der Topographie auf dem Energieverbrauch wird im Kapitel 5.3.2 detailliert behandelt.

5.2.3 Reichweite

Die Reichweite hängt vom Fahrzeugenergieverbrauch – und also auch von den Einsatzbedingungen – und von der Größe des im Fahrzeug eingebauten Was- serstofftanks ab.

Brennstoffzellenstandardbusse können im Regelfall 350 bis 400 km mit einem aufgefüllten Tank fahren. Auch unter anspruchsvollen Bedingungen kann beispielsweise das Fahrzeugmodell von Van Hool mit einer nutzbaren Wasser- stofftankkapazität von rund 36 kg H2 eine Reichweite von mindestens 300 km gewährleisten. Bei der Bezuschlagung zur Lieferung von Wasserstoffbussen des Verkehrsunternehmens der Stadtwerke Wiesbaden (ESWE Verkehr) hat Cae- tano sogar einen Verbrauch von unter 9 kg pro 100 km und eine Reichweite

81 Einschätzungen aufgrund des Marktwissens von KCW

Alternative Antriebe im öffentlichen Verkehr KCW GmbH, 13.04.2021 Seite 98

von mehr als 400 km garantiert.82 Bei größeren Fahrzeugen sind Reichweite von 250-350 km, abhängig von den Einsatzbedingungen, realistisch83.

5.2.4 Fahrzeugkosten

Die Fahrzeugpreise sinken in der Regel mit jedem neuen Beschaffungspro- gramm, da anstatt von teuren Prototypen inzwischen eine serielle Herstellung von Bussen möglich ist. Aktuell liegt der Preis bei unter 625.000 € pro Stan- dardbus. Bei einer Ausschreibung für 15 Standardbusse im Jahr 2020 meldet die Regionalverkehr Köln, dass dieser Wert unterschritten wurde (Bestbieter: Solaris).84

Aufgrund des zunehmenden Wettbewerbsdrucks erwartet die Branche erwartet bei einer absehbaren Erhöhung der Nachfrage weitere Skaleneffekte in den nächsten Jahren, wodurch die Preise nochmal sinken werden. Darüber hinaus können Synergien mit anderen Fahrzeugen (z. Bsp. LKW oder Müllfahrzeuge) ebenfalls kostensenkend wirken. Insbesondere der asiatische Markt kann Ein- fluss auf die Preise nehmen.85 Nach Einschätzungen von Herstellern sind mittelfristig Fahrzeugkosten von 400.000-500.000 € erreichbar.

Abbildung 23: Kostenentwicklung Standard-Wasserstoffbus

Quelle: Jakobsen (2020, Folie 7)

82 ESWE Verkehr: Brennstoffzellenbus

83 Quelle: mobil.nrw, 2020

84 RVK Factsheet – das RVK-Projekt „Null-Emission“, 2020

85 Experteninterview ESWE Verkehr

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5.3 Topographie

5.3.1 Anforderungen der Topographie an den Betrieb von Wasser- stoffbussen

Unabhängig davon, welcher Antrieb im Bus eingesetzt wird, muss der Busan- trieb bei einer Fahrt bergauf zusätzliche Energie liefern, um die Steigung zu bewältigen. Die Elektromotoren in Wasserstoffbussen haben mit 180 bis 250 kW eine Leistung vergleichbar zu der von konventionellen Dieselverbrennungs- motoren und können damit die von Dieselbussen bewältigten Strecken befahren, soweit die nötige Energie dem Elektroantrieb zugeführt wird. Der zusätzli- che Energieaufwand ist die sogenannte Hubarbeit oder potenziale Energie. Diese Arbeit ist abhängig von der Masse des Busses sowie vom Höhenunter- schied und ergibt sich aus der folgenden Formel:

E = m * g * h

E: Hubarbeit in Joule (1 kWh = 3,6 Mio. Joule) m: Fahrzeuggewicht in kg g: Fallbeschleunigung (g = 9,81 m/s²) h: Höhenunterschied in m

Bei einem 12 m-Wasserstoffbus mit einem maximalen Gesamtgewicht von 18.745 kg (wie die von Van Hool an die Wuppertaler Stadtwerke gelieferten Fahrzeuge) beträgt damit die maximale Hubarbeit bei einer Steigung von 100 m Höhenunterschied rein physikalisch etwa 5,11 kWh. Ebenfalls einzuberech- nen sind die Wirkungsgradverluste im Fahrzeug, um den zusätzlichen Fahrzeu- genergieverbrauch abzuleiten.

In Gefällestrecken haben elektrisch betriebene Busse gegenüber konventionellen Bussen mit Verbrennungsmotoren den Vorteil, dass der Elektroantrieb auch als Generator dienen kann und damit einen Teil der Bremsenergie in die Batte- rie rekuperieren kann. Die Hubarbeit kann damit zumindest teilweise im Gefälle zurückgewonnen werden, wohingegen bei reinen Dieselbussen die Energie voll- ständig durch Erhitzung der Bremsen verloren geht.

Die Batterie und die Brennstoffzelle der wasserstoffbetriebenen Fahrzeuge sind so zu dimensionieren, dass die Busse lange Fahrten bergauf bewältigen kön- nen:

Die Fahrzeugbatterie soll in der Lage sein, hohe Entladeleistungen während längerer Zeiten ohne kritische Überhitzungen zu liefern, um den Elektroan- trieb bei Bergfahrten entsprechend zu versorgen. Das Zusammenspiel zwischen Brennstoffzelle und Batterie muss so dimensioniert werden, dass die Batterie auch bei den anspruchsvollsten Steigun- gen im Liniennetz ausreichend „Puffer“ hat, um den Antrieb bis zum Ende der Steigung zu versorgen. Denn bei voller Nutzung der Motorleistung ist

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der von der Batterie abgerufene Strom höher als die von der Brennstoffzelle erzeugbare elektrische Energie (83 kW Brennstoffzellenleistung im Stan- dardbus von Van Hool für Wuppertal): Der Ladezustand der Batterie sinkt. Wenn der Ladezustand die untere Grenze erreicht hat, kann das Fahrzeug dann nur noch mit geringerer Leistung fahren: die Geschwindigkeit wird begrenzt bzw. der Bus wird stoppen bis die Batterie wieder die nötige Leis- tung bereitstellen kann. Bei der Dimensionierung der Batterie ist zu berücksichtigen, dass die Ener- gierekuperation in Gefällen nur bis zu einer Vollladung der Batterie möglich ist und daher von der Batteriekapazität abhängt.

Die Anforderungen an die Busse und deren Energieverbrauch hängen also vom Linienprofil ab: generell sind lange Steigungen bzw. lange Gefälle ungünstiger als ein Linienprofil mit häufiger Abwechslung zwischen Steigungen und Gefäl- len, auf denen die Batterie sich besser innerhalb ihres Wohlfühlbereichs leeren und wieder auffüllen kann.

Um die Leistungsfähigkeit der Wasserstoffbusse zu verbessern, kann die Bat- teriekapazität und/oder die Brennstoffzellenleistung erhöht werden, was allerdings in beiden Fällen mit einer Erhöhung der Fahrzeugkosten einhergeht. Es gilt daher, ein Optimum bei den technischen Eigenschaften der Fahrzeuge zu finden, damit sie mit möglichst wirtschaftlichen Komponenten auf allen Linien- profilen eingesetzt werden können. Bei starken Höhenunterschieden im Linien- laufweg ist der Einbau einer größeren Batterie als bei Wasserstoffbussen üblich (ca. 40 kWh) empfehlenswert, um die Rekuperation möglichst vollumfänglich auszunutzen.

Abbildung 24: Zusammenspiel Topographie und Energiebedarf

KCW, Eigene Darstellung

Alternative Antriebe im öffentlichen Verkehr KCW GmbH, 13.04.2021 Seite 101

5.3.2 Topographie des Untersuchungsgebietes

Die folgende Karte stellt das Höhenprofil der Region um Wiener Neustadt und um den Neusiedler See dar:

Abbildung 25: Topographie der untersuchten Region

Quelle: topographic-map.com

Die Einsatzgebiete Nordburgenland und Ostbahnshuttle weisen eine eher fla- che Topographie auf. In dieser Gegend zwischen Wien, Bruck an der Leitha und der ungarischen Grenze bewegen sich die Höhen mit Ausnahme des Leit- hagebirges zwischen 120 und 250 Meter über dem Niveau der Adria. Die Aus- wirkungen der Topographie auf den Energieverbrauch können für die Linien in diesem Gebiet im Vergleich zu anderen Einflussfaktoren vernachlässigt werden. Am Anspruchsvollsten sind die Höhenprofile der Linien 235 und 277 sowie einzelne Fahrten der Linie 280 anzusehen, die das Leithagebirge durchqueren und Höhenunterschiede von bis zu 200 Meter aufweisen. Der Einfluss auf den Ener- gieverbrauch bleibt für diese Linien mit einer Gesamtlänge von 25 bis 35 km gering.

Nordöstlich von Wiener Neustadt sind die topographischen Anforderungen ähn- lich wie im Los Nordburgenland oder Ostbahnshuttle. Südwestlich von Wiener Neustadt beginnen die Alpen mit deutlich anspruchsvolleren Profilen. Deshalb wurde eine Untersuchung der Linien des Gebietes Wiener Neustadt Umland durchgeführt.

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5.3.3 Linienanalyse Wiener Neustadt Umland

5.3.3.1 Methodik

Für jede Linie im Los Wiener Neustadt wurde der zusätzliche Verbrauch bei einer Hin- und Rückfahrt für die Bewältigung des kumulierten Höhenunter- schieds inkl. Energierekuperation im Verhältnis zum Gesamtenergieverbrauch bei einer Fahrt auf einer Linie gleicher Länge in der flachen Ebene gesetzt. Als Referenz wurden die im Kapitel 5.2.2 definierten Durchschnittsenergieverbräu- che für Wasserstoffbusse angewendet.

Für die Analyse wurden folgenden Daten über die dort bedienten Linien ausgewertet:

Linienlänge Kumulierter positiver Höhenunterschied auf dem Linienweg Kumulierter negativer Höhenunterschied auf dem Linienweg

Daraus kann die Hubarbeit für einen voll ausgelasteten Bus (18.745 kg für einen Standardbus) berechnet werden und schließlich der zusätzliche Energie- verbrauch ermittelt werden. Es wurde dafür ein Fahrzeugwirkungsgrad von 46,75 % angesetzt, der sich aus den Wirkungsgraden des Systems Brennstoff- zelle/Batterie (55%) und des Elektromotors (85%) zusammensetzt.

Dieser Mehrverbrauch wird teilweise durch die Rekuperation der Hubarbeit beim Bremsen in den Gefällen kompensiert, wobei auch in diesem Fall Energie- verluste durch die Umwandlung der potenzialen Energie in Strom und deren Speicherung berücksichtigt wurde. Bei einem Wirkungsgrad von 85% des Elekt- roantriebs als Generator und von 90 % für die Batterie ergibt sich eine mögliche Rekuperation der physikalischen Hubarbeit in Höhe von 75%.

5.3.3.2 Ergebnisse

Viele Linien im Untersuchungsgebiet werden nur sehr wenig durch die Topo- graphie beeinflusst und können dementsprechend als unkritisch eingestuft werden. Die Linie 369 zwischen Aspang Markt und Kirchberg am Wechsel weist hingegen das anspruchsvollste Linienprofil mit einem errechneten Energie- mehrverbrauch von knapp + 40 % im Vergleich zum Energieverbrauch in fla- cher Ebene auf. In Richtung Kirchberg beträgt der kumulierte positive Höhen- unterschied über 900 m (850 m in der Gegenrichtung) für eine Linienlänge von knapp 30 km.

Die Ergebnisse zur Auswirkung der Topographie auf den Energieverbrauch der verschiedenen Linien z verteilen sich zwischen 0 und + 40 %:

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Tabelle 21: Auswirkung der Topographie auf den Energieverbrauch nach Busli- nien

Zusätzlicher Energieverbrauch Linien Bewertung Ein- fluss 0 bis +10% 320, 321, 324, 325, 326, Gering 341, 345, 349, (Vernachlässigbar 351, 353, 356, 357, ggü. anderen Ein- 383, 902, 905, 906 flussparametern) Alle Stadtbuslinien in Wiener Neustadt +10 % bis + 20% 350, 352, 354, 355, 366, 370, Mittel 380, 381, 382, 384, 385, 386, 390, 901, 904, 907 +20 % bis + 30 % 342, 343, 344 Hoch 368, 371, 373, 394 +30 % bis + 40 % 367, 369, 372, 388, 389 Sehr hoch Quelle: eigene Berechnung KCW

Bei einer Priorisierung der Umstellung von Busleistungen auf alternative An- triebe sind Linien mit geringeren topographischen Anforderungen prädesti- nierte Kandidaten für erste Umsetzungen. Für Linien mit hohen bis sehr hohen Einflüssen der Topographie auf den Energieverbrauch wird zudem empfohlen, Testfahrten auf den Linien mit Wasserstoffbussen vor einer Umstellung durch- zuführen, um Erfahrung mit den Anforderungen des Betriebs auf solchen anspruchsvollen Linien zu sammeln.

Bei den Linien 366, 369, 382 und 389 werden nach den Ermittlungen innerhalb einer Linienfahrt (Hin- und Zurück) zwischen 40 und 67 kWh in die Batterie rekuperiert, diese Werte sind höher als die Batteriekapazität eines durchschnittlichen Standardbusses. Ob die Batterie tatsächlich diese Strommenge während der Fahrt speichern kann, hängt vom Linienprofil und von den Charakteristiken der Batterie ab. Dies sollte im Rahmen von detaillierten Prüfungen untersucht werden.

5.4 Auswertung Umlaufpläne

Ziel der Auswertung der bereitgestellten Umlaufdaten sind:

die Prüfung der zu erwartenden betrieblichen Auswirkungen bei einer Um- stellung der Busverkehre im Untersuchungsgebiet auf Wasserstoffbusse Die Ermittlung der betrieblichen Bedarfe (Energie, Leistung) für die Dimen- sionierung der erforderlichen Infrastruktur und die Herleitung der Umstel- lungskosten (siehe Kapitel 5.5) Die Identifizierung von potenziellen Standorten für Betankungsinfrastruk- tur (siehe Kapitel 5.6.2)

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Die Auswertung der Daten der Gebiete Nordburgenland, Ostbahnshuttle, Wie- ner Neustadt Umland und Stadtverkehr haben folgendes generelles Bild über den Umfang und die Eigenschaften der untersuchten Busverkehre herausge- stellt:

Anzahl Fahrzeuge: 224 (Fahrplanbedarf Mo-Fr Schule ohne Reserve) Jahresleistung: ca. 12,1 Mio. Bus-km (inkl. Leerfahrten) Fahrzeuggröße: Überwiegend 12 m-Standardbusse. Es werden jedoch auch 15 m-Busse eingesetzt, Gelenkbusse vereinzelt auch im Bereich Wie- ner Neustadt. Im Los Ostbahnshuttle fährt ein Kleinbus. Dieser wird in den weiteren Energie- und Kostenbetrachtungen als Standardbus zugeordnet. Umlauflängen: Im Durchschnitt 200 bis 240 km pro Tag, wobei während der Ferien durch den Entfall von Schulverstärkerkursen mehr lange Umläufe vorhanden sind. Am Wochenende senken die Umlauflängen, weil die Ein- satzzeiten i.d.R. kürzer sind als unter der Woche.

Tabelle 22 Fahrzeuganzahl und durchschnittliche Umlauflängen

Los Nordburgenland Ostbahnshuttle Wiener Neu- Wiener Neustadt stadt Umland Stadtverkehr

Anzahl Fahrzeuge (Mo-Fr Schule) Gesamt 28 62 91 43 davon 8m - 1 - Überwiegend 12m- davon 12m 21 60 84* Busse, davon 15m 7 1 5 einzelne Gelenk- busse* davon 18m - - 2 Ø Umlauflänge (km) Mo-Fr Schule 235 200 215 206 Mo-Fr Ferien 245 233 233 n.B. Sa 221 228 174 n.B. So 204 165 161 Kein Verkehr

*bei Umläufen ohne Angaben zum Fahrzeugtyp wurde ein 12m-Standardbus angenommen (64 Umläufe von Wiener Neustadt Umland und alle Umläufe von Wiener Neustadt Stadtverkehr) Quelle: Auswertung und Darstellung KCW auf Basis VOR-Daten

Bei allen Verkehrsunternehmen weisen die bestehenden Umlaufpläne kom- plexe Umlaufverknüpfungen zwischen Linien auf. Der Einsatz von Bussen auf einer einzigen Linie innerhalb eines Tages stellt den Einzelfall dar. In der Regel besteht ein Umlauf aus Fahrten auf zwei bis vier verschiedenen Linien, in extremen Fällen werden mehr als sechs Linien mit dem gleichen Fahrzeug an einem Tag bedient. Eine linienweise Analyse der Umläufe ist dadurch nicht möglich.

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Für die Analyse der Umläufe wurden daher alle Umläufe eines Gebietes gemeinsam betrachtet. Die Auswertung und Bewertung dieser Analyse für die jeweiligen Gebiete werden im Folgekapitel aufgeführt.

5.4.1 Nordburgenland

5.4.1.1 Anzahl an Fahrzeugen und bedienten Linien

Die Auswertung der Dienstpläne im Los Nordburgenland ergeben einen Fahr- planbedarf unter der Woche von bis zu 28 Fahrzeugen. Es werden sowohl Stan- dardbusse als auch 15 m-Busse eingesetzt. An Wochenenden fahren laut Dienstplänen ausschließlich Standardbusse.

Tabelle 23 Eingesetzte Fahrzeuge im Los Nordburgenland

Anzahl Fahr- Mo-Fr Schule Mo-Fr Ferien Sa So zeuge

Gesamt 28 22 13 7 davon 12m 21 18 13 7 davon 15m 7 4 - - davon 18m - - - - Quelle: Auswertung und Darstellung KCW auf Basis VOR-Daten

Die Busse verkehren vorwiegend auf den Linien 280, 281 sowie 290-299. Einige Umläufe bedienen zudem die Linien 273, 274 und 275.

Die 15 m-Busse konzentrieren sich auf die Linien 273, 280, 290, 292 und 297.

5.4.1.2 Umlauflänge

Die tägliche Laufleistung der Busse an Schultagen beträgt durchschnittlich 238 km. Dennoch variieren die einzelnen Umläuflängen zwischen 87 und 376 km:

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Abbildung 26: Verteilung Umlauflängen im Gebiet Nordburgenland an Schultagen (Mo-Fr Schule)

Quelle: Darstellung KCW

Der Ferienfahrplan zeigt ein ähnliches Bild, wobei die Anzahl an sehr kurzen Umläufe (<200 km) deutlich niedriger ist:

Abbildung 27: Verteilung Umlauflängen im Gebiet Nordburgenland in den Ferien (Mo-Fr Ferien)

Quelle: Darstellung KCW

Am Wochenende sind die Umläufe generell kürzer. Es gibt nur einen Um- lauf, der die 300 km im Samstags-Umlaufplan übersteigt. An Sonntagen gibt es keinen Umlauf über 260 km:

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Abbildung 28: Verteilung Umlauflängen im Gebiet Nordburgenland am Wochen- ende (Sa und So)

Quelle: Darstellung KCW

5.4.1.3 Auswirkung einer Umstellung auf den Fahrzeugbedarf

Wie in den Grafiken erkennbar, können die meisten Umläufe mit den aktuell bereits verfügbaren Reichweiten von Wasserstoff-Standardbussen (siehe Kapi- tel 5.2.3) ohne Anpassung betrieben werden.

Einige bestehende Umläufe sind länger als 300 km und werden aller Voraus- sicht nach angepasst werden müssen, sofern eine Umstellung auf Wasserstoff- busse vorgenommen wird. Gleichwohl werden im Gebiet zahlreiche Busse auf Umläufen eingesetzt, deren Länge deutlich unter der Reichweite des Fahrzeugs liegt. Bei einer Optimierung des Betriebs für Wasserstoffbusse bieten diese kurzen Umläufe das Potenzial zur Verkürzung von langen Umläufen. Angesichts der hohen Anzahl an Umläufen unter 250 km beim Standardbus wird davon ausgegangen, dass der Busverkehr in Nordburgenland ohne zusätzliche Fahr- zeug- und Fahrpersonalmehrbedarfe auf Wasserstoffbusse umgestellt werden kann.

Im Vergleich zu den Standardbus-Umläufen weisen die Umläufe mit 15 m-Bus- sen einen überproportional hohen Anteil an Umläufen im Bereich von mehr als 300 km und vergleichsweise wenig kurze Umläufe auf. Bei einer abgeleiteten Mindestreichweite von 250-300 km für diese Fahrzeuggröße kann auch bei einer Optimierung der Umlauflängen nicht garantiert werden, dass alle Busse mit einer täglichen Betankung ihre Fahrplanleistung erbringen können. Eine Ana- lyse der Dienstzeiten ergibt allerdings, dass die Lenkzeit je nach Umlauf lediglich 50 bis 65% der gesamten Dienstzeit beträgt. Es gibt also Potenziale für die Nutzung von Pausen- und Wendezeiten für eine zweite Fahrzeugbetankung während des Tages. Diese zusätzlichen Betankungen sollen vorzugsweise wäh-

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rend der bezahlten Wendezeiten an Standorten in räumlicher Näher einer Tank- stelle stattfinden. Damit können auch für 15 m-Busse zusätzliche Fahrzeug- und Fahrpersonalmehrkosten vermieden werden.

An Samstagen muss ein Umlauf verkürzt werden, dafür sind mehrere kurze Umläufe im Umlaufplan vorhanden. An Sonntagen sind alle bestehende Um- läufe mit Standardbussen und Mindestreichweiten von 300 km bedienbar.

5.4.2 Ostbahnshuttle

5.4.2.1 Anzahl an Fahrzeugen und bedienten Linien

Die Auswertung der Dienstpläne im Los Ostbahnshuttle ergeben einen Fahr- planbedarf unter der Woche von bis zu 62 Fahrzeugen, wobei fast ausschließ- lich Standardbusse eingesetzt werden.

Tabelle 24: Eingesetzte Fahrzeuge im Gebiet Ostbahnshuttle

Anzahl Fahr- Mo-Fr Schule Mo-Fr Ferien Sa So zeuge

Gesamt 62 43 21 4 davon 8m 1 - - - davon 12m 61 43 21 4 davon 15m 1 - - - davon 18m - - - - Quelle: Auswertung und Darstellung KCW auf Basis VOR-Daten

Die Busse verkehren vorwiegend auf den Linien 272-277 sowie auf den Linien 217, 218, 221, 222, 226, 227, 235 und 246-248.

Die Zahl an ausgewerteten Umläufen im nächsten Kapitel an den Tagen Mo-Fr Schule und Mo-Fr Ferien ist höher als die Anzahl an Fahrzeugen. Dies liegt daran, dass die Dienstpläne viele Umläufe aufweisen, die nur an zwei, drei oder vier Wochentagen gültig sind. Dadurch können zwei Umläufe mit einem Fahr- zeug bedient werden, sofern sie an verschiedenen Verkehrstagen gültig sind.

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5.4.2.2 Umlauflänge

Die Umlauflänge der Busse an Schultagen beträgt durchschnittlich 200 km. Die einzelnen Umläuflängen variieren zwischen 71 und 383 km:

Abbildung 29: Verteilung Umlauflängen im Gebiet Ostbahnshuttle an Schultagen (Mo-Fr Schule)

Quelle: Darstellung KCW

Der Ferienfahrplan weist deutlich weniger und tendenziell längere Umläufe auf. Die Zahl an Umläufen über 300 km bleibt dennoch gering:

Abbildung 30: Verteilung Umlauflängen im Gebiet Ostbahnshuttle in den Ferien (Mo-Fr Ferien)

Quelle: Darstellung

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An Samstagen liegen die Umlauflängen zwischen 150 und knapp über 300 km. Am Wochenende sind die Umläufe generell kürzer. An Sonntagen fahren nur noch vier Fahrzeuge, mit maximaler Umlauflänge bei 260 km:

Abbildung 31: Verteilung Umlauflängen im Gebiet Ostbahnshuttle am Wochenende (Sa und So)

Quelle: Darstellung KCW

5.4.2.3 Auswirkung einer Umstellung auf Fahrzeugbedarf

Der Busverkehr des Gebietes Ostbahnshuttle hat die im untersuchten Gebiet kürzesten durchschnittlichen Umlauflängen und eine geringe Anzahl an kriti- schen Umläufen über 300 km Länge. Das Gebiet eignet sich daher aus Sicht der Umlaufstrukturen (Länge und Pausenzeiten) besonders gut für eine Um- stellung auf Wasserstoffbusse. Bei einer Umlaufoptimierung sind wie im Los Nordburgenland keine zusätzlichen Fahrzeug- und Fahrpersonalbedarfe aufgrund der Reichweite der Fahrzeuge zu erwarten. Sofern 15 m-Wasserstoff- busse am Markt verfügbar werden, sollten sie auf dem vorhandenen Umlauf an Schultagen mit 210 km Länge problemlos einsetzbar sein.

5.4.3 Umland Wiener Neustadt

5.4.3.1 Anzahl an Fahrzeugen und bedienten Linien

Die untersuchten Busverkehre im Umland von Wiener Neustadt umfassen den Einsatz von 91 Bussen an Schultagen. Bei den vorhandenen Daten zum Fahr- zeugtyp überwiegt der Einsatz von Standardbussen, wobei auch einige Umläufe mit 15 m-Bussen und zwei Umläufe mit 18 m-Gelenkbussen zu verzeichnen sind. Bei den Umlaufplänen der Firmen Oberger und Retter konnten keine An- gaben zum Fahrzeugtyp entnommen werden. Für die Zwecke der Studie wurde der Einsatz von Standardbussen auf diesen Umläufen unterstellt, da dies der übliche Fahrzeugtyp im Untersuchungsgebiet ist.

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Tabelle 25: Eingesetzte Fahrzeuge im Gebiet Umland Wiener Neustadt

Anzahl Fahr- Mo-Fr Schule Mo-Fr Ferien Sa So zeuge

Gesamt 91 64 33 27 davon 12m* 84 60 33 27 davon 15m 5 4 - - davon 18m 2 - - - *davon Umläufe mit unterstelltem Fahrzeugtyp: 64 (Mo-Fr Schule), 44 (Mo-Fr Ferien), 24 (Samstag) und 16 (Sonntag) Quelle: Darstellung KCW

Die Busse verkehren auf den 320er, 340er, 350er, 360er, 370er, 380er und 900er Linien des VOR sowie auf den Linien 390 und 394. Die Umläufe der Fir- men Oberger und Retter konzentrieren sich auf die 340er, 350er, 360er, 370er und 380er Linien. Die Gelenkbusse werden vorwiegend auf der Linie 325 eingesetzt. Die 15 m-Busse fahren auf den Linien 901, 902 und 904.

5.4.3.2 Umlauflänge

Die tägliche Laufleistung der Busse an Schultagen beträgt durchschnittlich 215 km. Dennoch variieren die einzelnen Umläuflängen zwischen 40 und 382 km:

Abbildung 32: Verteilung Umlauflängen im Gebiet Wiener Neustadt Umland an Schultagen (Mo-Fr Schule)

Quelle: Darstellung KCW

Die Anzahl an Umläufen im Ferienfahrplan ist deutlich niedriger und ca. 20 % der Umläufe übersteigen die Umlauflänge von 300 km:

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Abbildung 33: Verteilung Umlauflängen im Gebiet Wiener Neustadt Umland in den Ferien (Mo-Fr Ferien)

Quelle: Darstellung KCW

Am Wochenende liegen die durchschnittlichen Umlauflängen nur noch bei 160- 180 km mit lediglich zwei Umläufen über 300 km:

Abbildung 34: Verteilung Umlauflängen im Gebiet Wiener Neustadt Umland am Samstag (Sa)

Quelle: Darstellung KCW

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Abbildung 35: Verteilung Umlauflängen im Gebiet Wiener Neustadt Umland am Sonntag (So)

Quelle: Darstellung KCW

5.4.3.3 Auswirkung einer Umstellung auf den Fahrzeugbedarf

Wie in den Grafiken erkennbar, liegt ein Großteil der Umläufe unterhalb der Reichweite von Wasserstoffbussen und kann ohne Anpassung betrieben werden. Zudem gibt es an Schultagen viele sehr kurze Umläufe (<150 km), die Leistungen der wenigen langen überproportional langen Umläufe bei einer optimierten Betriebsplanung übernehmen könnten und damit eine fahrzeugneut- rale Umstellung auf Wasserstoffbusse gewährleisten.

Da viele Umläufe in dem Gebiet teilweise auf topographisch anspruchsvollen Linien unterwegs sind, kann allerdings ein erhöhter Energieverbrauch zu einer geringeren Reichweite der Fahrzeuge führen. Bei einem Mehrverbrauch um +20 % würde damit die Mindestreichweite von Standardbussen auf nur noch 240 km begrenzt. Insbesondere im Ferienfahrplan könnte dann die Anzahl an Umläufen oberhalb der verfügbaren Reichweiten größer sein, als die Anzahl an kombinierbaren kurzen Umläufen. Gleichwohl ist der Fahrzeugbedarf während der Ferien generell deutlich niedriger als im Schulverkehr. Es sind also bei Be- darf Tauschfahrzeuge verfügbar. Wie in Nordburgenland sind zudem öfter län- gere Pausen während des Tages in den Umläufen vorgesehen, die für eine ergänzende Betankung während des Tages genutzt werden können.

Die Umläufe mit 15 m-Bussen bewegen sich überwiegend über 250 km und sind daher relativ anspruchsvoll. Die Gelenkbusse können hingegen mit tägli- chen Laufleistungen von lediglich 200 km unproblematisch umgestellt werden.

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5.4.4 Wiener Neustadt Stadtverkehr

5.4.4.1 Anzahl an Fahrzeugen und bedienten Linien

Im Stadtverkehr von Wiener Neustadt sind an Wochentagen bis zu 43 Fahrzeu- gen im Einsatz. Es werden zum Großteil Standardbusse eingesetzt, wobei einzelne Gelenkbusse im Netz verkehren. Für die Auswertung der Umläufe wurden lediglich Daten für den Zeitraum „Mo-Fr Schule“ vom Verkehrsunternehmen übermittelt. Zudem konnte anhand der Unterlagen nicht identifiziert werden, welche Umläufe durch große Fahrzeuge (15 m und 18 m Busse) belegt werden. Die Analyse der Umläufe erfolgt daher lediglich für diesen Zeitraum und mit der vereinfachten Annahme, dass alle Umläufe als Standardbus-Umläufe eingestuft werden. Die Busse werden auf dem Stadtliniennetz von Wiener Neustadt eingesetzt (Linien 1 bis 11).

5.4.4.2 Umlauflänge

Die tägliche Laufleistung der Busse an Schultagen beträgt durchschnittlich 206 km. Dennoch variieren die einzelnen Umlauflängen zwischen 36 und 421 km. Nur drei Umläufe liegen über 300 km. Die sechs sehr kurzen Umläufe sind alle Verstärker der Früh-Hauptverkehrzeit zwischen 6 und 9 Uhr.:

Abbildung 36: Verteilung Umlauflängen im Gebiet Wiener Neustadt Stadtverkehr an Schultagen (Mo-Fr Schule)

Quelle: Darstellung KCW

5.4.4.3 Auswirkung einer Umstellung auf den Fahrzeugbedarf

Eine Umstellung auf Wasserstoffbusse ist mit der Umlaufstruktur des Stadtver- kehrs an Schultagen ohne zusätzlichen Fahrzeugbedarf möglich. Mit einer Um- laufoptimierung können die wenigen Umläufe oberhalb der Mindestreichweite von Wasserstoffbussen mit ausreichend kurzen Umläufen kombiniert werden.

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Auch wenn keine Umlaufpläne für den Ferien- und Samstagverkehr zur Aus- wertung vorliegen, ist davon auszugehen, dass der Fahrplanbedarf an Schulta- gen den dimensionierenden Faktor für die Busflotte darstellt. An Sonntagen gibt es keinen Busverkehr auf die Stadtbuslinien.

5.4.5 Fazit Umlaufanalyse

Für die vier untersuchten Gebiete zeigt die Analyse der Dienst- und Umlauf- pläne, dass ein Großteil der vorhandenen Umläufe bereits mit den am Markt verfügbaren Wasserstoffbussen fahrbar ist. Je nach Verkehrstag sind 80 bis 100 Prozent der Umläufe weniger als 300 km lang. Es ist zudem zu berücksich- tigen, dass die bestehenden Umlaufpläne auf den Betrieb von Dieselbussen ausgelegt sind, für die das Thema Reichweite keine Rolle spielt. In dem Fall eines für Wasserstoffbusse optimierten Umlaufplans werden Optimierungspo- tenziale durch die Verschiebung von Fahrten von langen Umläufen auf kurze Umläufe genutzt, um betriebliche Mehrbedarfe zu vermeiden (Fahrzeug und Personal). So sind die Umläufe über 300 km selbst im Ferienfahrplan trotz dem Entfall vieler kurzer Verstärker-Umläufe in deutlich niedrigerer Zahl vorhanden, als Umläufe unter 250 km, die zur Optimierung des Umlaufplans mehr Laufleis- tung übernehmen können.

Tabelle 26: Auswertung Umläufe nach Länge in allen Gebieten

Mo-Fr Schule Mo-Fr Ferien Sa So Anzahl Umläufe >300 km 19 26 6 0 % Umläufe >300 km 8% 20% 9% 0% Anzahl Umläufe <250 km 165 75 49 31 % Umläufe <250 km 71% 57% 73% 82% Quelle: Auswertung und Darstellung KCW auf Basis VOR-Daten

Hinsichtlich der Fahrzeuggröße ist zu bemerken, dass die 15 m-Busse im Nord- burgenland und im Umland von Wiener Neustadt vorwiegend auf Umläufen über 250 km und selten auf Verstärkerkursen eingesetzt werden, sodass sich wenige kurze Umläufe für Optimierungen anbieten. Eine Mindestreichweite von 300 km wäre für diese Fahrzeuggröße anzustreben, um die Umläufe bedienen zu können. Gleichwohl wird in der Regel die größere Fahrzeugkapazität nicht für alle Fahrten innerhalb des Umlaufs gefordert. Um die Umlauflängen von 15 m-Bussen zu verkürzen wäre daher denkbar, dass Fahrten der 15 m-Busum- läufe auf Standardbus-Umläufe übertragen werden, z. B. in Schwach- und Ne- benverkehrszeiten mit geringerer Nachfrage.

Bei Gelenkbussen liegen die wenigen ausgewerteten Umläufe mit 200 km Länge in einem für alternativ betriebene Busse unkritischen Bereich.

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Für die Kostenkalkulation wird auf Basis der Ergebnisse der Umlaufanalyse angenommen, dass nach Optimierung der Umlaufpläne für den Betrieb von Was- serstoffbussen nach aktuellem Stand der Technik kein Fahrzeug- und kein Fahr- personalmehrbedarf gegenüber dem Betrieb mit Dieselbussen aufgrund der Reichweite der Fahrzeuge benötigt wird.

5.5 Ableitung Wasserstoff- und Energiebedarf

Die Ableitung des Wasserstoff- und Energiebedarfs erfolgt anhand durchschnittlichen täglichen Leistung der Umlaufpläne des vorherigen Kapitels. Mit der täglichen Leistung und den spezifischen Wasserstoffverbräuchen je 100 km und Gefäßgröße gemäß Tabelle 20 in Kapitel 5.2.2 wird der Wasserstoffbedarf berechnet. Nach der Bestimmung des Wasserstoffverbrauchs wird der für die Elektrolyse erforderliche Stromverbrauch unter Berücksichtigung der im Kapitel 3.4 beschriebenen Wirkungsgrade berechnet.

5.5.1 Nordburgenland

Wie in der folgenden Tabelle dargestellt, werden im Nordburgenland täglich bis zu 826 kg Wasserstoff benötigt, um die tägliche Verkehrsleistung zu erbringen.

Tabelle 27: Ableitung Wasserstoffbedarf im Nordburgenland

Mo-Fr Schule Mo-Fr Ferien Sa So & Feiertag Tägliche Ø Leis- 6.518 5.275 2.875 1430 tung in km Davon 8 m Bus - - - - Davon 12 m Bus 4.675 4.155 2.875 1430 Davon 15 m Bus 1.843 1.121 0 0 Davon 18 m Bus - - - - Max. Täglicher Wasserstoffbe- 826 (Mo-Fr Schule) darf in kg Max. täglicher Strombedarf in 45.867 (Mo-Fr Schule) kWh Quelle: Auswertung und Darstellung KCW auf Basis VOR-Daten

Der Hochrechnung des Jahresbedarfs an Wasserstoff und Strom werden mit Hilfe der folgenden Annahmen zur Verteilung der Verkehrszeiten ermittelt:

Mo-Fr Schule: 185 Tage Mo-Fr Ferien: 65 Tage Samstag: 50 Tage Sonn- und Feiertage: 65 Tage

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Diese Annahmen gelten für alle Gebiete gleichermaßen. Für die Berechnung des Jahresverbrauchs ist dann der Durchschnittsverbrauch relevant. Daraus ergibt sich im Los Nordburgenland ein jährlicher Bedarf an Wasserstoff beträgt 168.145 kg. Der jährliche Strombedarf zur Elektrolyse des Wasserstoffs beträgt 9.332 MWh.

5.5.2 Ostbahnshuttle

Wie in der folgenden Tabelle dargestellt, werden beim Ostbahnshuttle täglich bis zu 1.206 kg Wasserstoff benötigt, um die tägliche Verkehrsleistung zu erbringen.

Tabelle 28: Ableitung Wasserstoffbedarf Ostbahnshuttle

Mo-Fr Schule Mo-Fr Ferien Sa So & Feiertag Tägliche Ø Leis- 10.055 8.559 4785 661 tung in km Davon 8 m Bus 110 0 0 0 Davon 12 m Bus 9.736 8.559 4785 661 Davon 15 m Bus 210 0 0 0 Davon 18 m Bus - - - - Max. täglicher Wasserstoffbe- 1.206 (Mo-Fr Schule) darf in kg Max. täglicher Strombedarf in 66.957 (Mo-Fr Schule) kWh Quelle: Auswertung und Darstellung KCW auf Basis VOR-Daten

Im Durchschnitt liegt der jährliche Bedarf an Wasserstoff bei 242.857 kg. Der jährliche Strombedarf zur Elektrolyse des Wasserstoffs beträgt 13.479 MWh.

5.5.3 Umland Wiener Neustadt

Wie in der folgenden Tabelle dargestellt, werden im Umland Wiener Neustadt täglich bis zu 2.548 kg Wasserstoff benötigt (inkl. Zuschläge für die Topogra- phie), um die tägliche Verkehrsleistung zu erbringen.

Tabelle 29: Ableitung Wasserstoffbedarf Umland Wiener Neustadt

Mo-Fr Schule Mo-Fr Ferien Sa So & Feiertag Tägliche Ø Leis- 19.321 14.644 5.744 4.359 tung in km Davon 8 m Bus - - - - Davon 12 m Bus 17.682 13.430 5.744 4.359 Davon 15 m Bus 1250 1214 0 0

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Mo-Fr Schule Mo-Fr Ferien Sa So & Feiertag Davon 18 m Bus 390 0 0 0 Max. täglicher Wasserstoffbe- 2.548 darf in kg Max. täglicher Strombedarf in 141.395 kWh Quelle: Auswertung und Darstellung KCW auf Basis VOR-Daten

Im Durchschnitt liegt der jährliche Bedarf an Wasserstoff bei 502.861 kg. Der jährliche Strombedarf zur Elektrolyse des Wasserstoffs beträgt 29.690 MWh.

5.5.4 Wiener Neustadt Stadtverkehr

Wie in der folgenden Tabelle dargestellt, werden im Stadtverkehr Wiener Neu- stadt täglich bis zu 1.114 kg Wasserstoff benötigt, um die tägliche Verkehrs- leistung zu erbringen.

Tabelle 30: Ableitung Wasserstoffbedarf Wiener Neustadt Stadtverkehr

Mo-Fr Schule Mo-Fr Ferien Sa So & Feiertag Tägliche Ø Leis- 8.840 8.439 6908 0 tung in km Davon 8 m Bus 0 0 0 0 Davon 12 m Bus 8.840 8.439 6.908 0 Davon 15 m Bus 0 0 0 0 Davon 18 m Bus 0 0 0 0 Max. täglicher Wasserstoffbe- 1.114 darf in kg Max. täglicher Strombedarf in 61.818 kWh Quelle: Auswertung und Darstellung KCW auf Basis VOR-Daten

Im Durchschnitt liegt der jährliche Bedarf an Wasserstoff bei 239.020 kg. Der jährliche Strombedarf zur Elektrolyse des Wasserstoffs beträgt 13.266 MWh.

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5.6 Ableitung Wasserstoffinfrastruktur

5.6.1 Grundsätzliche Annahmen für Dimensionierung

Tankstellen sind mit Zapfsäulen sowie Speicher- und Verdichterkapazität so zu dimensionieren, dass die der Tankstelle zugeordneten Busse an allen Verkehrs- tagen versorgt werden können.

Für die Auslegung der Speicherkapazität je Tankstelle wird eine Bevorratung von mindestens zwei Tagen als guter Kompromiss zwischen Versorgungssicher- heit und Wirtschaftlichkeit angesehen und wird zum Beispiel vom Verband deutscher Verkehrsunternehmen empfohlen86.

Der daraus abgeleitete Speicherbedarf des Wasserstoffs in kg entspricht dem doppelten Tagesbedarf des höchsten Tagesverbrauchs der vier Verkehrszeiten. Somit kann eine ausreichende Wasserstoffversorgung bei kurzfristigen Liefer- problemen sichergestellt werden. Zusätzlich bietet dies die Möglichkeit zur kurzfristigen Ausweitung des Betriebsangebots und dem damit einhergehenden höheren Wasserstoffbedarf.

Bei der Dimensionierung der Anzahl an Zapfsäulen ist eine Betankungszeit von etwa 15 Minuten pro Bus für einen vollen Tank anzurechnen. Kürzere Betan- kungszeiten unter 10 Minuten sind möglich, aber erfordern eine entsprechende Vorkühlung des Wasserstoffs, was zusätzliche Energieverbräuche seitens der Tankstelle verursacht.

5.6.2 Potenzielle Standorte für Wasserstofftankstellen

Bei der Abwägung der potenziellen Standorte für Wasserstofftankstellen sind wirtschaftliche und planerische Aspekte abzuwägen:

Anzahl an Bussen im Einzugsgebiet der Tankstelle: Minimierung von Leerfahrten Entfernung zum Standort der Wasserstoffherstellung Flächenverfügbarkeit und deren Kosten Bei Elektrolyse: verfügbarer Stromnetzanschluss bzw. Energiequelle

Um die Wasserstoffinfrastruktur möglichst wirtschaftlich zu gestalten, sollten sie idealerweise an Standorten gebaut werden, wo sie von vielen Bussen ohne zusätzliche Leerfahrten genutzt werden kann und in der Nähe eines Elektroly- sestandorts.

86 VDV-Schrift 825 Auswirkungen der „Clean-Vehicles Directive“ im Linenbus auf Betriebshöfe und Werkstät- ten, 2020 des Verbands Deutscher Verkehrsunternehmen

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Im Rahmen der Untersuchung wurde geprüft, welche Standorte im Gebiet des VOR sich dafür eignen. Auf Basis des Liniennetzes und der analysierten Umläufe wurden Standorte identifiziert mit dem Ziel, mindestens 20 Busse pro Tank- stelle zu sammeln und Leerfahrten zu vermeiden, die zusätzliche Fahrpersonal- und Energiekosten verursachen würden.

Bei den Busverkehren im VOR werden die Busse nachts an sehr unterschiedlichen Lenkdienststellen abgestellt. Die Anzahl an Umläufen je Lenkdienststelle an Wochentagen liegt in der Regel bei unter zehn Bussen. Die Errichtung von Tankstellen im Bereich von Lenkdienststellen erscheint daher bis auf wenige Ausnahmen wenig sinnvoll. Es gibt hingegen im Netz des VOR „Verkehrshubs“ mit einer hohen Anzahl an im selben Ort endenden Buslinien, wo logischerweise eine hohe Anzahl an Fahrten enden und Pausenzeiten verbracht werden. So- weit eine Tankstelle nah am Endstellenbereich errichtet werden kann, erscheint diese Möglichkeit vielversprechend um die Betankung der Fahrzeuge vor oder nach einer Linienfahrt ohne bzw. mit sehr kurzen Leerfahrten planen zu kön- nen.

5.6.2.1 Nordburgenland und Ostbahnshuttle

Da sich die Gebiete der Busverkehre der Gebiete Nordburgenland und Ost- bahnshuttle zum Teil überschneiden, werden sie zusammen betrachtet. Die ca. 90 täglich eingesetzten Busse verteilen sich im Wesentlichen auf elf verschiedene Lenkdienststellen:

Lenkdienststellen Umläufe (Mo-Fr) Andau 7 Kittsee 5 Neusiedl am See 8 Apetlon 6 Au an der Leitha 10 Mannersdorf 8 Bruck an der Leitha 7 Hainburg 3 Kleinneusiedl 12 Potzneusiedl 5 Himberg 15 Sonstige (Fa. Blaguss, Pamhagen) 4

Im Gebiet sind drei Verkehrsknoten identifizierbar:

Am Standort Neusiedl am See haben die Buslinien 273, 275, 280, 290, 292, 296, 298 und 299 ihre Endstelle. Alle untersuchten Umläufe im Gebiet Nordburgenland weisen Fahrten auf diesen Linien auf.

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Am Standort Bruck an der Leitha haben die Buslinien 272, 274, 275, 276 und 277 ihre Endstelle. Ca. 25 Umläufe fahren auf diesen Linien und/oder sind an der Lenkdienststelle Bruck an der Leitha stationiert. Am Standort Ebreichsdorf haben die Linien 222, 226, 227, 235 und 247 aus dem Gebiet Ostbahnshuttle sowie die Linien 320 und 321 aus dem Ge- biet Wiener Neustadt Umland ihre Endstelle. Ca. 28 Umläufe fahren auf diesen Linien.

Mit der Errichtung von Tankstellen an diesen drei Knoten wären nur noch die Linien 217, 218, 221 und 248 nicht abgedeckt. Die meisten Umläufe dieser Linien kommen aus der Lenkdienststelle Himberg, die mit 15 Fahrzeugen eine vergleichsweise hohe Anzahl an Busse hat. Eine Tankstelle in Himberg wird daher als sinnvoller Standort unterstellt, um sämtliche Leerfahrten zu vermeiden. Als Alternative könnte bei einem Ausbau für Wasserstoffbusse der bestehenden Tankstelle in Wiener Neudorf eine Mitnutzung dieser Infrastruktur interessant sein. Dazu wären allerdings Gespräche und ggf. eine Vereinbarung mit dem Tankstellenbetreiber zur Erweiterung erforderlich, da keine Daten über die Kapazität der Tankstelle vorliegen.

Zudem ist im Bereich Bruck an der Leitha und Neusiedl (sowie in einem geringeren Umfang Ebreichsdorf) eine große Dichte an Windkraftanlagen vorhanden, die für eine lokale Herstellung von grünem Wasserstoff eine Energiequelle sein könnten. Dies verdeutlicht die folgende Abbildung mit den empfohlenen Standorten der Tankstellen und den Standorten der Windkraftanlagen.

Abbildung 37: Darstellung der angenommenen Wasserstofftankstellen für Nord- burgenland / Ostbahnshuttle

Quelle: Darstellung KCW auf Basis IG Windkraft (2021)

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5.6.2.2 Wiener Neustadt Umland und Stadtverkehr

Der Stadtbusverkehr von Wiener Neustadt wird von einem Betriebshofstandort betrieben, in dem die 43 Fahrzeuge derzeit auch betankt werden.

Für die Umlandlinien (91 Fahrzeuge) sind nicht für alle Umläufe die Lenkdienst- stellen angegeben. Die vorhandenen Informationen ergeben allerdings ein ähn- liches Bild wie im Nordburgenland und dem Ostbahnshuttle mit sehr vielen Lenkdienststellen und nur wenigen Bussen, die nachts pro Lenkdienststelle abgestellt werden. Die wichtigsten Standorte sind dabei der Betriebshof Neunkir- chen (12 Umläufe), Krumbach (9 Umläufe) sowie Mattersburg und Kirchberg am Wechsel (jeweils 8 Umläufe)

Die bedienten Buslinien der untersuchten Umläufe können Verkehrsknoten zugeordnet werden:

Am Standort Wiener Neustadt haben (neben dem Stadtverkehr) die Bus- linien 325, 326, 380, 382, 383 und 902 eine Endstelle. Nahezu alle 33 Um- läufe in dem Bereich fahren zumindest mit einigen Fahrten auf diesen Bus- linien. Umläufe der Linien 320 und 321 können zudem von der Tankstelle in Ebreichsdorf bedient werden. Am Standort Neunkirchen haben insbesondere die 350er Buslinien sowie die Buslinien 349, 366 und 384 ihre Endstelle. Damit können 29 Umläufe abgedeckt werden. Am Standort Gloggnitz haben insbesondere die 340er Buslinien sowie die Buslinien 366 und 367 ihre Endstelle. Zudem sind fünf Busse an Wochen- tagen am Betriebshof Gloggnitz stationiert. Insgesamt können 12 Umläufe von Gloggnitz bedient werden. Am Standort Kirchberg am Wechsel haben die 360er Buslinien ihre End- stelle. Zudem werden acht Busse an Wochentagen dort stationiert. Insge- samt können 11 Umläufe in Kirchberg versorgt werden.

Eine Tankstelle im Bereich Wiener Neustadt kann in Kombination von Stadt- und Umlandverkehr eine hohe Anzahl an Bussen versorgen. Lediglich die Linien 324, 327, 901 und 904 bis 907 werden mit dem Standort Wiener Neustadt nicht bedient. Es sind aber lediglich fünf Umläufe, die ausschließlich auf diesen Linien verkehren. Es könnte eine Idee sein, eine zusätzliche Tankstelle in Mattersdorf zu errichten, um die 900er Linien zu bedienen.

Die Standorte Gloggnitz und Kirchberg am Wechsel haben eine relativ niedrige Anzahl an Umläufen, dennoch wird die Errichtung beider Tankstellen unterstellt, da die dortigen Umläufe sich nicht zu anderen Verkehrsknoten zuordnen lassen und daher lange Busleerfahrten erforderlich wären, die als nicht wirtschaftlich eingeschätzt werden. Zudem liegt Kirchberg am Wechsel in einem topographisch anspruchsvollen Bereich und zusätzliche Leerfahrten nach Gloggnitz oder Neunkirchen erscheinen nicht sinnvoll, da diese die „produktive“ Reichweite der Wasserstoffbusse deutlich einschränken würden.

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Synergien mit der Bahn sind in Wiener Neustadt denkbar. Im Gebiet stehen hingegen kaum erneuerbare Windkraftanlagen zur Verfügung, um die Herstel- lung von grünem Wasserstoff zu ermöglichen.

Abbildung 38: Darstellung der angenommenen Wasserstofftankstellen im Gebiet Wiener Neustadt

Quelle: Darstellung KCW auf Basis IG Windkraft (2021)

5.6.3 Standorte für Elektrolyse im Untersuchungsgebiet

In Anbetracht der räumlichen Verteilung der Tankstellen und der Anzahl an Bussen je Tankstelle erscheint eine Herstellung des Wasserstoffs an zwei zentralen Tankstellenstandorten (Wiener Neustadt und Bruck an der Leitha) mit Versorgung der umliegenden Tankstellen per LKW am Sinnvollsten. Die Trans- portkosten per LKW liegen damit günstiger als die zusätzlichen Anschlusskosten für die Einrichtung von Elektrolyseuren an jeder Tankstelle.

Die Tankstelle in Bruck an der Leitha ist mit einer Kapazität von 25 Fahr- zeugen ähnlich groß wie die anderen Tankstellen im Gebiet und hat den Vorteil, zentral im Gebiet gelegen zu sein, wodurch die Transportkosten zur Versorgung der anderen Tankstellen per LKW minimiert werden. Mit der Einrichtung eines Elektrolyseurs in Wiener Neustadt kann der große Wasserstoffbedarf der dortigen Tankstelle vor Ort versorgt werden. Die anderen Tankstellen weisen deutlich kleinere Wasserstoffbedarfe und können daher günstiger mit LKW versorgt werden

Es wird damit unterstellt, dass Elektrolyseure von der öffentlichen Hand betrieben werden (vgl. Modell 3 in Kapitel 3.1.5), wodurch diese im Hinblick auf das

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Gesamtnetz an den strategischen Standorten errichtet werden und dann mehrere Tankstellen bzw. Busunternehmen versorgen.

Durch die Bündelung der Wasserstoffherstellung für die Tankstellen Neusiedl, Himberg und Ebreichsdorf auf den zentralen Elektrolyseur in Bruck an der Leitha wird dort der Wasserstoff für den täglichen Einsatz von bis zu 96 Fahr- zeugen produziert. Die Leistung des Elektrolyseurs soll auf mindestens 6,7 MW dimensioniert werden.

Abbildung 39: Zentrale Elektrolyse für Ostbahnshuttle / Nordburgenland

Quelle: Darstellung KCW auf Basis IG Windkraft (2021)

Der Elektrolyseur in Wiener Neustadt produziert den Wasserstoff für den tägli- chen Einsatz von bis zu 128 Fahrzeugen und soll für eine Leistung von mindestens 10,9 MW dimensioniert werden. Damit werden neben Wiener Neustadt auch die Tankstellen in Neunkirchen, Gloggnitz und Kirchberg am Wechsel versorgt.

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Abbildung 40: Zentrale Elektrolyse im Bereich Wiener Neustadt

Quelle: Darstellung KCW auf Basis IG Windkraft (2021)

Zur Versorgung der dezentralen Tankstellen ohne Elektrolyseur87 wird unter

Annahme einer Kapazität pro LKW-Fahrt von 500 kg H2 eine jährliche Fahrleis- tung in Höhe von 54.500 Kilometer erwartet. Im Verhältnis zur jährlichen Fahr- leistung der untersuchten Busverkehre in Höhe von 12,1 Mio. Bus-Kilometer entspricht der LKW-Fahrleistung weniger als 0,5 % der Fahrleistung der dekar- bonisierten Busse.

5.6.4 Analyse Wasserstoffbereitstellung in Niederösterreich und dem Burgenland

Im Untersuchungsgebiet befindet sich derzeit eine öffentliche Wasserstofftank- stelle in Wiener Neudorf. Sie ist eine der fünf in Österreich vom OMV betriebenen Tankstellen. Mit einem Druck von 700 bar ist sie zunächst für die Versor- gung von Wasserstoff-Pkw ausgelegt. Eine Mitnutzung durch schwere Nutz- fahrzeuge, die nach aktuellem Stand mit 350 bar-Tanks konzipiert werden, setzt daher Anpassungen bei der Verdichtung des Wasserstoffs und bei den Speicherkapazitäten voraus.

87 Dies sind Neusiedl, Himberg und Ebreichsdorf (Versorgung von Bruck a. d. Leitha aus) bzw. Neunkirchen, Gloggnitz und Kirchberg (Versorgung von Wiener Neustadt aus)

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5.6.5 Anforderungen an Tankstellen und Elektrolyseuren im Ge- biet

Für die im Kapitel 5.6.2 und 5.6.3 identifizierten Standorte für Wasserstoffinf- rastrukturen ergeben sich folgende Mindestanforderungen an Speicherkapazi- tät und Elektrolyseleistung:

Tabelle 31: Speicher- und Leistungsbedarfe der Wasserstoffinfrastruktur

Standort Max. täglicher Speicher- Elektrische Elektrische Energiebedarf kapazität Leistung Elekt- Leistung Elekt- (kgH2) (kgH2) rolyseur (kW) rolyseur (kW) (zentral) (dezentral) Neusiedl am See 826 1.653 - 2.548 Bruck an der Leitha 526 1.052 6.692 1.622 Himberg 255 510 - 786 Ebreichsdorf 563 1.126 - 1.736 Wiener Neustadt 2.108 4.216 10.865 6.500 davon Stadtverkehr 1.114 2.228 - 3.434 davon Umland 994 1.989 - 3.066 Neunkirchen 747 1.493 - 2.302 Gloggnitz 333 666 - 1.026 Kirchberg am Wechsel 336 672 - 1.036

Zusammenfassung der hinterlegten Annahmen:

Dimensionierung der Speicherkapazität auf Basis der Fahrleistung der dort verkehrenden Umläufe, des Wort-Case-Energieverbrauchs und mit einer Zwei-Tages-Bevorratung (Versorgungssicherheit) Aufschlag von ca. 5% für den Energieverbrauch im Stadtverkehr Aufschlag aufgrund von anspruchsvoller Topographie berücksichtigt: +5 % für Umlandlinien um Wiener Neustadt und Neunkirchen +10% für den Standort Gloggnitz +25% für den Standort Kirchberg am Wechsel Auslastung der Elektrolyseure: 18 Stunden pro Tag

5.7 Betriebswirtschaftliche Bewertung

Auf Grundlage der Ergebnisse aus den Kapiteln 5.1 bis 5.6 erfolgt eine Wirt- schaftlichkeitsuntersuchung, welche die Mehrkosten des Einsatzes von Wasser- stoff- im Vergleich zu Dieselbussen aufzeigt. Hierbei werden nur Kostenpositi- onen berücksichtigt, welche zu Differenzen in der Gesamtbetrachtung führen:

Fahrzeuginvestitionskosten und -instandhaltung

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Infrastrukturinvestitionskosten und - instandhaltung Energie Nicht berücksichtigt werden hingegen: Fahrpersonalkosten Verwaltungskosten (= Overhead) Dementsprechend handelt es sich nicht um eine Gesamtkostenbetrachtung der jeweils untersuchen Gebiete.

Im Folgenden werden die Inputgrößen der Investitions- und Betriebskosten detailliert beschrieben.

5.7.1 Investitionskosten

5.7.1.1 Fahrzeuge

Bei den Annahmen zur Beschaffung von Wasserstoffbussen wird berücksichtigt, dass die Beschaffungen im VOR erst in einigen Jahren stattfinden sollen, wäh- renddessen eine Fortsetzung der aktuell beobachteten sinkenden Preise erwartet wird (siehe Kapitel 5.2.4). Da noch hohe Unsicherheiten über die tatsächli- chen Potenziale der Skaleneffekte bestehen, werden für die Wirtschaftlichkeits- betrachtung Anschaffungskosten unterstellt, die zwischen dem jetzigen Markt- stand und den von Fahrzeugherstellern angegebenen Zielkosten etwa 15 % unter den aktuellen Beschaffungspreisen liegen und damit annähernd den derzeitigen Preisen für batterieelektrische Busse entsprechen.

Die Anschaffungskosten für Dieselbusse spiegeln die aktuellen durchschnittlichen Marktpreise wieder.88

Tabelle 32: Anschaffungskosten Busse Fahrzeugtyp Standardbus 15m-Bus Gelenkbus Wasserstoffbus 550.000 € 660.000 € 770.000 € Dieselbus 220.000 € 260.000 € 350.000 €

Die entsprechenden Nutzungsdauern werden über die drei Gefäßgrößen mit 15 Jahren (Wasserstoff) bzw. 12 Jahren (Diesel) angesetzt.

5.7.1.2 Wasserstoffinfrastruktur

Die im Kapitel 3.1.4 erläuterten Kosten für Wasserstofftankstellen und Elektro- lyseure werden für die identifizierte erforderliche Infrastruktur angewendet:

Für die acht Wasserstofftankstellen mit einem Druck von 350 bar: Kosten i. H. v. 100.000 € bis 200.000 € pro Fahrzeug je nach Größe der Tankstelle.

88 Fachwissen KCW

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Für Elektrolyseure werden Investitionskosten in Höhe von 900 €/kW angesetzt. Die Nutzungsdauer von Wasserstofftankstellen wird mit 15 Jahren (entspricht Länge eines VDV) angenommen, für Elektrolyseanlagen werden 25 Jahre angesetzt89.

In der Vergleichsrechnung Basisszenario (Dieselbus) werden keine Kosten für eine Tankstelle angesetzt, da diese bereits im Dieselpreis inkludiert sind.

5.7.1.3 Werkstatt

Für den notwendigen Umbau der Werkstatt bei Einsatz von Wasserstoffbussen werden pauschal 205.000 € kalkuliert. Dieser Wert beinhaltet Explosionsschutz, Spezialwerkzeuge, Diagnoseausrüstung sowie Persönliche Schutzausrüstung. Darüber hinaus wird je 12 Fahrzeuge ein Dacharbeitsstand i. H. v. 165.000 € einberechnet. Die jeweiligen Nutzungsdauern werden mit 15 Jahren (Dachar- beitsplatz, Anlehnung an Länge VDV) sowie 5 Jahre (sonstige Werkstattausrüs- tung) angesetzt.90

5.7.2 Betriebskosten

Gemäß der Ergebnisse aus Kapitel 5.4.5 wird angenommen, dass die Umstel- lung auf Wasserstoffbusse ggü. dem Betrieb mit Dieselbussen keinen Fahr- zeug- und Fahrpersonalmehrbedarf bewirkt. Durch die strategische Position der Tankstellen an bedeutenden Verkehrsknoten wird angenommen, dass die Be- tankung der Fahrzeuge ohne zusätzliche Leerfahrten stattfinden kann.

5.7.2.1 Instandhaltung

Die Instandhaltungskosten der Fahrzeuge sind Herstellerangaben entnommen und werden wie folgt berücksichtigt:

Tabelle 33: Instandhaltungskosten Busse91

Fahrzeugtyp Standardbus 15m-Bus Gelenkbus Wasserstoffbus 0,65 €/km 0,78 €/km 0,90 €/km Dieselbus 0,28 €/km 0,34 €/km 0,35 €/km

89 Quelle: vgl. Kreidelmeyer et al. (2020, S. 23)

90 Quelle: Knote et. al, 2017 sowie empirische Werte/Fachwissen KCW

91 Quelle: Herstellerangaben (Vollserviceverträge), Fachwissen KCW

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Die Instandhaltungskosten der Wasserstoff-Infrastruktur wird pauschal mit jährlich 4 % der der Anschaffungskosten angesetzt92.

5.7.2.2 Energie

Bei der Berechnung der Energiekosten werden die durchschnittlichen Energie- bedarfe von Wasserstoffbussen (siehe Kapitel 5.5) bzw. Dieselbussen sowie die Zuschläge für den Betrieb im Stadtverkehr oder für topographisch anspruchsvolle Linien berücksichtigt.

Der Wasserstoffpreis wird über die Herstellung via Elektrolyse hergeleitet und beläuft sich bei zwei Standorten von Elektrolyseanlagen (bedeutend für die zählpunktabhängigen Kosten) auf 4,54 €/kg. Neben den Kosten für die Was- serstoffherstellung werden auch die Kosten für den Transport des Wasserstoffs von den Elektrolyseanlagen zu den Tankstellen berücksichtigt. Dem genannten Kilogrammpreis nicht enthalten sind die Investitionskosten der Wasserstoffinf- rastruktur (vgl. Kapitel 5.7.1.2).

Der Dieselpreis wird mit 0,83 €/l angenommen. Aufgrund der Einführung einer 93 CO2-Bepreisung in Österreich zum Jahr 2022 wird eine Steigerung der Preise für fossile Kraftstoffe erwartet, welche in Zukunft zu berücksichtigen wäre und die Gesamtkostendifferenz zu alternativen Antrieben (je nach Höhe der Beprei- sung) verringern würde.

5.7.3 Ergebnisse

Die Vergleichskostenbetrachtung zeigt Mehrkosten des Betriebes von Wasser- stoffbussen ggü. Dieselbussen von etwa 140 %. Dieser Wert relativiert sich bei Einbeziehung der über beide Varianten gleich angenommenen Fahrpersonal- und Verwaltungskosten, dennoch sind die hohen Mehrkosten deutlich sichtbar. Während es bei den Energiekosten keine gar so extreme Differenz gibt (+ ca. 35 %), schlagen alle weiteren Kostenpositionen stark nach oben aus. Die Fahrzeugvorhaltung von Wasserstoffbussen wird bei Umstellung um ca. 115 % steigen; und dies, obwohl aufgrund der mittelfristigen Entwicklun- gen bereits niedrigere Anschaffungskosten als dem heutigen Stand von Was- serstoffbussen unterstellt wurde (auf Niveau der heutigen Kosten für einen E- Bus-Depotlader, siehe Kapitel 5.2.4). Die Fahrzeuginstandhaltung wird sich sogar um etwa 130 % erhöhen; hierin sind allerdings die größten Risikozuschläge anzusehen (z.B. für Tausch von Komponenten), die bei größerer Erfahrung der Fahrzeughersteller mit dem langjährigen Instandhaltungsaufwand der Wasser- stoffbusse sinken könnten. Darüber hinaus entsteht die neue Kostenposition Versorgungsinfrastruktur.

92 Quelle: Kunith (2017)

93 Quelle: ÖAMTC (2020)

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Abbildung 41: Vergleichskosten Arbeitspaket Bus

Quelle: eigene Berechnung KCW

Die Abbildung 41 enthält neben dem Vergleich Diesel vs. Wasserstoff zudem eine Indikation für Vergleichskosten eines Batteriebuskonzeptes. Dieses fußt auf den Annahmen, dass Ladeinfrastruktur an Lenkdienststellen zur nächtlichen Nachladung und an sinnvollen Verkehrsknoten (Nachladung zwischen Haupt- verkehrszeiten oder in den Pausenzeiten) zur Versorgung der E-Busse eingerichtet werden (Annahme: 1,2 Ladepunkte pro Bus) und dass die Fahrzeugzahl bei einer Optimierung der Umlauflängen und der Nachladevorgänge gleich bleibt.

5.8 Umwelteffekte

In diesem Kapitel werden die positiven Nutzeneffekte einer Umstellung auf alternativen Antrieben im Busverkehr innerhalb der Untersuchungsgebiete berechnet bzw. erläutert, sofern eine Berechnung nicht möglich ist.

94 Der CO2-Ausstoß pro Liter Diesel beträgt 3,24 kg. Bei einer jährlichen Fahr- leistung im Busverkehr der Los Nordburgenland, Ostbahnshuttle und im Um- land Wiener Neustadt von rund 9,6 Mio. km und den fahrzeugspezifischen Ver- 95 bräuchen werden somit 11.028 t CO2 pro Jahr emittiert.

94 Quelle: Ausstoß gemäß BMVI für well-to-wheel (S. 26)

95 Annahme zu den durchschnittlichen Verbräuchen im Regionalverkehr: 8m Bus mit 25 l/100 km, 12 m Standardbus mit 35 l/100km, 15 Bus mit 41 l/100 km und 18 m Gelenkbus mit 44 l/100 km

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Laut VOR werden pro Monat ca. 86.000 kg Erdgas im Los Stadtverkehr Wiener Neustadt verbraucht.96 Bei einem jährlichen Verbrauch von ca. 1.032.000 kg 97 Erdgas und einem CO2-Ausstoß von 3,07 kg pro kg Erdgas beträgt der jährli- che CO2-Ausstoß 3.168 t CO2.

Jahr 2021 kann ein Wert von 63,41 € pro emittierter Tonne CO2 im österreichi- schen Verkehr ermittelt werden.

Der volkswirtschaftliche Nutzen einer Umstellung des Busverkehrs in den vier betrachteten Gebieten würde somit bezogen auf CO2-Einsparungen rund 900.000 € im Jahr (Preisstand 2021) betragen, sofern die Energiequellen für die Wasserstoffbusse wie in der vorherigen Bewertung unterstellt ausschließlich aus regenerativen Energiequellen stammen.

Analog zu den Umwelteffekten von Schadstoffemissionen ist eine Senkung der Lärmemissionen insbesondere in urbanen Räumen nutzenbringend. Dies liegt daran, dass bei einer Geschwindigkeit von über 40 km/h die Abrollgeräusche eines Busses die Motorengeräusche überlagern und diese entsprechend bei niedrigen Geschwindigkeiten die Geräuschkulisse der Fahrzeuge bestimmen. Bei 30 km/h beträgt der Unterschied zwischen einem Diesel- und einem Was- serstoffbus 10 dB(A) und im Stand immerhin 8 dB(A).100 Da die tatsächlich re- alisierte Lärmreduktion von Größen wie der Intensität des Busverkehrs auf einem Straßenabschnitt, der Tageszeit, der betroffenen Anwohner und der Durchschnittgeschwindigkeiten abhängig ist, können hier keine weitergehen- den Aussagen getroffen werden. Zur Abschätzung der Umwelteffekte der Lärm- reduktion durch Wasserstoffbusse ist ein Lärmgutachten erforderlich.

96 Quelle: Mail vom 18.12.2020 von Herrn Reinbacher des VOR.

97 Quelle: Ausstoß gemäß BMVI für well-to-wheel (S 26)

98 Quelle: Fritz et al. (ohne Jahr, S. 66)

99 Quelle: Matthey/Bünger (2019) S. 16

100 Quelle: Laib et al. (2019) S. 380 ff.

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Nicht unerwähnt bleiben soll der Primärenergiebedarf für den Betrieb der Was- serstoffbusse, der erheblich höher gegenüber anderen elektrischen Alternati- ven ist (siehe dazu auch Kapitel 3.4).

5.9 Europäische Praxisbeispiele von Wasserstoffbussen

5.9.1 Aalborg (Dänemark)

Dänemark hat sich das Ziel gesetzt, bis 2050 100 % emissionsfrei zu sein. Da der Verkehrssektor für ein Drittel des gesamten CO2-Ausstoßes verantwortlich ist, wird diesem eine wichtige Rolle zuteil. So sollen die CO2-Emissionen bis 2030 um 70 % im Verkehrssektor sinken, wobei die öffentlichen Verkehre voll- ständig emissionsfrei zu betreiben sind. Da Elektrobusse bisher im regionalen Busverkehr keine Alternative darstellen, stehen insbesondere Wasserstoffbusse im Fokus.101

Die Stadt Aalborg liegt im Norden Dänemarks in der Region Nordjütland. Diese Region zeichnet sich durch einen sehr hohen Anteil der Windkraft an der Strom- produktion aus. Dies bietet sehr gute Voraussetzungen zur Sektorkopplung und Erzeugung von grünem Wasserstoff. Das Projekt wird von den regionalen Auf- gabenträgern unterstützt, so haben die Region Nordjütland und die Stadt Aalborg einen Vertrag über die Wasserstoffinfrastruktur unterzeichnet. Es wurde eine Wasserstofftankstelle zusammen mit einem Elektrolysesystem errichtet, das grünen Wasserstoff aus erneuerbarem Strom produziert. Das Pro- duktionssystem wird so gesteuert, dass es vor allem in den Zeiten im Einsatz ist, in denen es einen Überschuss an Strom aus Windkraftanlagen im Stromnetz gibt. Auf diese Weise ist nicht nur der Wasserstoff komplett grün, sondern der überschüssige Strom aus Windenergie kann sinnvoll verwendet werden.102 Dadurch kann auf die ineffiziente Abregelung103 verzichtet werden.

Im März 2020 wurden drei Wasserstoffbusse des Modells A330 FC von Van Hool ausgeliefert und sind nun im Einsatz. Ein Bus wird von Keolis im Stadtver- kehr eingesetzt und zwei von Arriva im regionalen Busverkehr.104

GreenHydrogen wurde als Generalunternehmen engagiert und hat den Elekt- rolyseur und die Tankstelle konzipiert und errichtet. Beides wird von ihnen auch betrieben. Die Leistung des modular erweiterbaren Elektrolyseurs ist so dimensioniert, dass täglich 90 kg Wasserstoff produziert werden können und der

101 Quelle: Bødker (2020, S. 53)

102 Quelle: Fuelcellbuses (2019)

103 Abregelung ist das Abschalten von Windkraftanlagen in Zeiten mit starken Winden, weil der Strom nicht verbraucht, weitergeleitet oder gespeichert werden kann.

104 Quelle: Schaal (2020) und Bødker (2020, S. 55)

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Speicher 130 kg Wasserstoff lagern kann. Ein Fahrzeug kann innerhalb von 20 Minuten betankt werden. Es werden die folgenden Kosten für die Full Ser- vice Infrastrukturanlage angegeben:

Baukosten Infrastruktur: 1,2 Mio. € Arbeitskosten: 175.000 € Netzanschlusskosten: 120.000 € Instandhaltungskosten (3 Jahre): 100.000 € Kosten Wasserstoff (3 Jahre): 425.000 €

Bereits kurzfristig werden weitere emissionsfreie Busse für Aalborg bestellt. Die sechs größten Kommunen in Dänemark, zu denen Aalborg gehört, haben sich verpflichtet, ab 2021 nur noch emissionsfreie Busse zu kaufen.105

5.9.2 Bozen (Italien)

Die Provinz Bozen – Südtirol hat 2011 den Klimaschutzplan „Energie Südti- rol 2050“ beschlossen. Dieser dient dem Ziel den jährlichen CO2-Ausstoß so stark zu reduzieren, dass bis 2050 weniger als 1,5 t CO2 pro Einwohner ausge- stoßen werden. Dabei kommt der nachhaltigen Mobilität bis 2030 eine besondere Rolle zu: Die fossilen Antriebe sollen durch alternative Antriebe ersetzt werden. Seit November 2013 sind fünf Standard-Wasserstoffbusse im Einsatz. Der Projektpartner für Südtirol ist die Südtiroler Transportstrukturen AG (STA), welche die Busse ankauft und der SASA Bozen zum Betrieb übergibt. Die Busse waren Teil des EU-Demonstrationsprojektes Clean Hydrogen in European Cities (CHIC) und sollen dabei helfen, Erfahrungen mit der zukunftsträchtigen Brenn- stoffzellentechnik zu sammeln. Die Busse sind bis zu zwölf Stunden pro Tag an sechs Tagen je Woche im Einsatz. Jeder Bus hat bereits rund 100.000 Kilometer (Stand 2017) zurückgelegt. Der Verbrauch lag bei ca. 8,6 kg Wasserstoff pro 100 km. Es konnte der Verbrauch von 208.277 l Diesel vermieden werden.106

Der Partner der STA bei der Wasserstoffinfrastruktur ist das Institute for Inno- vative Technologies in Bozen. In der Bozner Produktionsanlage (Bozen Süd) können über drei modulare Elektrolyseanlagen bis zu 180 Nm3 (Normkubikme- ter = m3 bei 15 °C) Wasserstoff pro Stunde erzeugt werden. Mit diesem gas- förmigen und komprimiert gespeicherten Wasserstoff können bis zu 15 Stadt- busse (mit täglich 200-250 km Fahrtstrecke) oder bis zu 700 PKWs versorgt werden. Auch Abfüllanlagen für Bündel aus Wasserstoffflaschen und Transport- Trailer sind bereits vorgesehen. Für die Herstellung des Wasserstoffs wird vor allem Strom aus Wasserkraft verwendet, der in Südtirol mit vielen öffentlichen

105 Quelle: eMobilität (2020)

106 Quelle: CHIC (2017, S. 16f.)

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und privat betriebenen Wasserkraftwerken in großer Menge zur Verfügung steht. Der Einsatz von Wasserstoff als Energiespeicher ermöglicht es, die Zeit- punkte der Produktion und des Gebrauchs zu entkoppeln und daher mehr erneuerbaren Wasserkraftstrom im Mobilitätsbereich einzusetzen. Es handelt sich somit um grünen Wasserstoff.107

Die Tankstelle befindet sich direkt neben dem Elektrolyseur. Die Leistung des Elektrolyseurs ist so dimensioniert, dass täglich 390 kg Wasserstoff hergestellt werden können. In der angeschlossenen Tankstelle können 350 kg Wasserstoff gelagert werden. Es sind zwei Verdichter mit 350 bar und 700 bar vorhanden, sodass die Tankstelle sowohl für die Wasserstoffbusse als auch für Wasserstoff- PKW nutzbar ist. Pro Minute können 2,6 kg Wasserstoff getankt werden, sodass die Tankzeit bei unter 15 Minuten liegt. Die Verfügbarkeit der Tankstelle liegt bei über 99 %.108

Im Rahmen des Anschlussprogramms JIVE der Europäischen Union hat Bozen zudem beschlossen, zwölf weitere Wasserstoffbusse bei Solaris zu beschaffen, die seit Ende 2020 schrittweise zum Einsatz kommen sollen. Mit der Einführung weiterer Busse soll es auch im Meraner Busdepot die Möglichkeit geben, die Busse zu tanken.109

5.9.3 Regionalverkehr Köln (Deutschland)

Der RVK ist ein kommunales Verkehrsunternehmen und betreibt den Busregi- onalverkehr im Rheinisch-Bergischen Kreis, Rhein-Sieg-Kreis und Rhein-Erft- Kreis. Die vier Betriebshöfe sind in Wermelskirchen, Bergisch Gladbach, Me- ckenheim und Hürth. Die Entscheidung für Wasserstoff wurde aufgrund des heterogenen Einsatzgebietes im städtischen und ländlichen Raum mit teilweise anspruchsvoller Topographie getroffen. Das Ziel ist die Umstellung auf emissionsfreie Antriebe bis 2030. Ebenfalls Teil der Strategie sind Biogas-Busse.110

Insbesondere aus betrieblichen Gründen wird der Wasserstoffbus durch den RVK bevorzugt. Es sind ca. 50 % der Umläufe länger als 250 km und nur ca. 20 % kürzer als 150 km. Dabei gibt es Ausreißer mit einer Umlauflänge von 450 km. Bei einer garantierten Reichweite von 350 km und einer Tankzeit von 10 Minuten sind demzufolge keine Anpassungen des Betriebsablaufs erforderlich. Der Wasserstoffbus stellt somit aus betrieblicher Sicht das Äquivalent zum Dieselbus dar. Die derzeitige Fahrzeuggeneration der Batteriebusse eignet sich

107 Quelle: H2 Südtirol

108 Quelle: Müller et al. (2017, S.25ff.)

109 Quelle: H2 Südtirol

110 Quelle: RVK Homepage

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ausschließlich für den Schülerverkehr, allerdings ist es unwirtschaftlich dafür extra die wenigen Spezialfahrzeuge vorzuhalten.111

Seit 2011 bis 2016 wurden zwei Wasserstoffgelenkbusse des Typs Phileas des niederländischen Herstellers APTS getestet. Zwei weitere Wasserstoffbusse des Typs A 330 FC in der 13-m-Variante des Herstellers Van Hool werden seit Mai 2014 getestet. Seit Ende 2019 werden sukzessive 35 Wasserstoffbusse des Typs A 330 FC in der 12-m-Variante von Van Hool in Betrieb genommen. Bei der Beschaffung konnten Preise von unter 625.000 € pro Bus erzielt werden. Mit derzeit 37 Wasserstoffbussen besitzt der RVK die größte Flotte in Europa. Bis Ende 2021 werden 52 Busse im Einsatz sein. 112

Ein weiterer Vorteil des Einsatzes von Wasserstoffbussen ist das in der Region Köln ansässige Chemie-Cluster. In der Chemieindustrie fallen täglich ca. 20 Tonnen grauer Wasserstoff als Abfallprodukt an. Dieser ist besonders kostengünstig und senkt in der Implementierungsphase der Wasserstoffbusse die Betriebskosten. Mittelfristig wird der CO2-intensive graue Wasserstoff durch grünen Wasserstoff ersetzt. Dazu werden zwei eigene Wasserstofftankstellen auf den Betriebshöfen in Meckenheim und in Wermelskirchen errichtet. Beide Tankstellen sind für eine Kapazität von ca. einer Tonne Wasserstoff ausgelegt. Dies entspricht dem Zweifachen des täglichen Bedarfs zur Betankung der geplanten 20 Busse. Bei den Komponenten werden entsprechende Redundanzen für den Störungsfall einzelner Bestandsteile berücksichtigt, weshalb zwei Trai- ler-Abladeflächen, zwei Kompressoren und zwei Hochdruckspeicher errichtet werden. Des Weiteren wird die öffentliche Tankstelleninfrastruktur genutzt, wie beispielsweise die Tankstelle am Flughafen Köln/Bonn. In Mechernich entsteht eine öffentliche Tankstelleninfrastruktur für Wasserstoff-, Erdgas- bzw. Biome- than- und Elektrofahrzeuge, die mit grünem Wasserstoff versorgt und von dem RVK genutzt werden soll.113

Die Umstellung des RVK-Fahrzeugparks inklusive der Infrastruktur ist ohne För- dermittel nicht möglich. Der RVK erhält beispielsweise für die Beschaffung von 30 Wasserstoffbussen und zwei Tankstellen im Rahmen des Nationalen Inno- vationsprogramms Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie eine Förde- rung von 7,4 Mio. Euro durch das Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI). Die Umsetzung der Förderrichtlinie wird durch die Natio- nale Organisation Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie koordiniert. Im Rahmen des EU-Projektes JIVE gibt es eine weitere Förderung in Höhe von 5,6 Mio. Euro.114

111 Quelle: eigene Marktkenntnisse

112 Quelle: Factsheet – das RVK-Projekt „Null-Emissionen

113 Quelle: eigene Marktkenntnisse, Factsheet – das RVK-Projekt „Null-Emissionen“ sowie Conrad (2019)

114 Quelle: Pressemitteilung RVK vom Feber 2018

Alternative Antriebe im öffentlichen Verkehr KCW GmbH, 13.04.2021 Seite 136

5.9.4 Wiesbaden (Deutschland)

Die ESWE Verkehr gehört zu den Wiesbadener Stadtwerken und ist der kom- munale Mobilitätsdienstleister. Die folgenden vier Säulen bilden derzeit die Zu- kunftsvision des Verkehrsunternehmens:

Citybahn: Anbindung an das Mainzer Straßenbahnnetz als Grundpfeiler Umstellung eines Teils des Busverkehrs auf Elektrobusse Umstellung eines Teils des Busverkehrs auf Wasserstoffbusse Ausbau der Sharing-Angebote

Da in einem Volksentscheid die Citybahn im November 2020 von der Wiesba- dener Bevölkerung abgelehnt wurde, muss die Vision angepasst werden und die Bedeutung der Umstellung des Busverkehrs wird weiter ansteigen. Die Ent- scheidung für den Mix aus Batterie- und Wasserstoffbussen wurde aufgrund der jeweiligen Stärken und Schwächen des jeweiligen Antriebs getroffen. Was- serstoffbusse haben eine höhere Reichweite, sind jedoch in der Anschaffung und dem Betrieb teurer als Batteriebusse.

Die Umlaufpläne wurden innerbetrieblich hinsichtlich der Umstellung auf Was- serstoff- und Batteriebusse analysiert und angepasst. So ist ca. ein Drittel der geplanten Umläufe länger als 200 km. Weniger als 5 % der Umläufe wären demnach zu lang für den Einsatz von Wasserstoffbussen. Durch den Verzicht auf die Citybahn wird der Anteil der über 200 km langen Umläufe und der für Wasserstoffbusse zu langen Umläufe deutlich steigen. Der Anteil an Gelenk- bussen im Unternehmen wird wesentlich höher sein als ursprünglich geplant.115

Der Wasserstoffbus soll insbesondere längere Linienwege in die ländlicheren Vororte wie Kloppenheim oder Naurod übernehmen. Hierbei sind die Reich- weite, Einsatzzeiten und die Stauwahrscheinlichkeit der Linien die Entschei- dungskriterien für den jeweiligen Linieneinsatz der alternativen Antriebe.

In einer gemeinsamen Bestellung mit den Städten Frankfurt am Main und Mainz wurden elf Wasserstoffbusse bestellt, von denen die ESWE Wiesbaden vier Fahrzeuge bekommen sollte. Allerdings wurde der Vertrag nicht erfüllt, da drei zugesagte Liefertermine nicht eingehalten worden sind. Die ESWE Wiesbaden hat deshalb zehn Standard-Wasserstoffbusse des Typs H2.CityGold beim Her- steller Caetano bestellt, die ab dem drittem Quartal 2021 ausgeliefert werden sollen.116 Darüber hinaus werden bis zu 140 Batteriebusse mit Range-Extender ausgeschrieben, die bis Juni 2023 ausgeliefert werden sollen und temperatur-

115 Quelle: Experteninterview ESWE Verkehr

116 Quelle: NahverkehrsNachrichten vom 27.01.2021

Alternative Antriebe im öffentlichen Verkehr KCW GmbH, 13.04.2021 Seite 137

und topographieunabhängig mindestens 320 km Reichweite ermöglichen sollen.117 Derzeit ist ein ausgeliehener Wasserstoffbus zur Erprobung der Tank- stelle und Schulung der Fahrer im Einsatz.118 Aktuell betreibt die ESWE Verkehr 56 Batteriebusse und ebenso viele stationäre Ladesäulen.119 Bis Ende 2021 sollen insgesamt 120 Batteriebusse und viele weitere stationäre Ladesäulen in Be- trieb genommen werden.120

Die Wasserstoffversorgung wird über den kommunalen Energiepark Mainz sichergestellt. Im Energiepark werden drei Elektrolyseure mit je 1,3 MW betrieben, die kurzfristig bis zu 2 MW Leistung erreichen können und über grünen Strom aus Windkraftanlagen versorgt werden.121

Die Tankstelle befindet sich auf privatem Grund des Betriebshofs der ESWE Verkehr. Dadurch müssen externe Nutzer die Betriebsvorschriften der ESWE Verkehr beachten. Je nach Zielgruppe der Nutzer (Verkehrsunternehmen oder Private) wäre eine Tankstelle auf öffentlichem Grund praktikabler. Betreiber der Tankstelle ist der Verkehrsverbund Mainz-Wiesbaden, der zu je 50 % im Besitz der Mainzer Verkehrsbetriebe und ESWE Verkehr ist.122 Die Tankstelle kostet ca. 2,3 Mio. €.123 Die Anlieferung des Wasserstoffs erfolgt per LKW-Trailer über eine ca. 24 km lange Fahrt pro Strecke. Ein Teil der Wartung und Instandhal- tung wird vom Anlagenbetreiber durchgeführt. Je nach Wartungstiefe muss aber auf den Anlagenlieferanten zurückgegriffen werden. Sobald die Tankstelle zu wenig Wasserstoff enthält, wird automatisch eine Bestellung zur Auffüllung ausgelöst. Die Reserve des Wasserstoffs beträgt zwei Volllasttage. Im „Worst Case“ können zehn bis 15 Fahrzeuge nach aktueller Konfiguration (mit einer Zapfsäule) betankt werden. Dies ist abhängig von der Umlaufplanung und dem morgendlichen Einsetzen bzw. abendlichen Aussetzen der Fahrzeuge. Es sind Ruhezeiten in der Nacht zu beachten, wenn die Tankstelle in Nähe der Wohn- bebauung steht.124

Die Fahrzeuge werden im Rahmen des EU-Projekts JIVE und FCH JU mit 1,95 Mio. Euro gefördert. Eine weitere Förderung in Höhe von 1,68 Mio. Euro

117 Quelle: NahverkehrsNachrichten vom 29.01.2021

118 Quelle: Experteninterview ESWE Verkehr

119 Quelle: ESWE Verkehr

120 Quelle: NahverkehrsNachrichten vom 02.02.2021

121 Quelle: Energiepark Mainz

122 Quelle: Experteninterview ESWE Verkehr

123 Quelle: Pressemitteilung ESWE Verkehr vom 27.02.2020

124 Quelle: Experteninterview ESWE Verkehr

Alternative Antriebe im öffentlichen Verkehr KCW GmbH, 13.04.2021 Seite 138

erfolgt durch das Nationale Innovationsprogramm Wasserstoff- und Brennstoff- zellentechnologie (NIP) des BMVI.125

5.9.5 Wuppertal (Deutschland)

Die WSW mobil ist Teil der kommunalen Wuppertaler Stadtwerke und betreibt den Nahverkehr in Wuppertal. Vor der Entscheidung zur Anschaffung von Was- serstoffbussen wurden bei der WSW mobil Batteriebusse getestet. Das Ergeb- nis war unbefriedigend, da der Energieverbrauch aufgrund der Topographie sehr hoch war und somit die Reichweite der Batteriebusse relativ gering. Die Topographie macht sich insbesondere auf den Bergstrecken in Barmen, He- ckinghausen oder nach Ronsdorf bemerkbar. Mit fortschreitender Entwicklung der Batteriebusse könnten diese dennoch eine Lösung zur Dekarbonisierung des ÖPNV darstellen.

Im Gegensatz dazu stellt der Wasserstoffbus bereits heute das Äquivalent zum Dieselbus dar, weshalb sich die WSW mobil zunächst zur Anschaffung dieser entschieden hat. Dies wird noch deutlicher bei Betrachtung der durchschnittlichen Umlauflänge eines Fahrzeugs von rund 250 km pro Tag. Die Anpassung von Umläufen, damit Batteriebusse eingesetzt werden können, war aufgrund des deutlichen Fahrzeugmehrbedarfs sowie höheren Anschaffungs- und Be- triebskosten keine Option. Eine weitere Optimierung des Fahrzeugeinsatzes soll durch den Aufbau eines neuen Betriebshofmanagements zum linienscharfen Einsatz von Bussen erreicht werden. Seit Mitte Juni 2020 sind die ersten 12-m- Busse des Typs A 330 FC des Herstellers Van Hool im Einsatz. Weitere zehn Busse sollen in einer Bestellgemeinschaft mit dem RVK beschafft werden.126 Die Bilanz der ersten 100 Einsatztage ist sehr positiv, da der Verbrauch sogar 10 % geringer als die Herstellerangaben ausfiel.127

Der größte Vorteil sind die Synergieeffekte innerhalb der Wuppertaler Stadt- werke. In die Wasserstofferzeugung sind die zwei Unternehmen WSW Energie & Wasser AG sowie die Abfallwirtschaftsgesellschaft des Stadtwerks eingebun- den. Der Strom wird im Müllheizkraftwerk Korzert mit über 50 % Biomüll erzeugt und im wenige Meter entfernten Elektrolyseur genutzt, um den Wasser- stoff herzustellen. Durch diese Struktur fallen weder Netzentgelte, noch antei- lige Umlagen und Transportkosten für den Wasserstoff an. Die Wasserstoffinf- rastruktur wurde nicht durch die Wuppertaler Stadtwerke errichtet und betrieben, dafür ist ein Generalunternehmen zuständig. Das Müllheizkraftwerk wird zur Erzeugung von Fernwärme genutzt, wodurch die Leistungsaufnahme des Elektrolyseurs mit eigenem Strom auf 3 MW limitiert ist, sodass bei einer sehr

125 Quelle: ESWE Verkehr

126 Quelle: KCW-eigene Marktkenntnisse

127 Quelle: WSW Pressemitteilung vom 25.09.2020

Alternative Antriebe im öffentlichen Verkehr KCW GmbH, 13.04.2021 Seite 139

hohen Produktion externer Strom hinzugekauft werden müsste. Der vorhan- dene Elektrolyseur besitzt eine Leistung von einem Megawatt. Der erzeugte Strom wird immer zum tagesaktuellen Börsenstrompreis innerbetrieblich ver- rechnet. Da bei der Dimensionierung des Elektrolyseurs Reserven eingeplant wurden, können die teuren Strompreisspitzen vermieden werden. Die sogenannte Full-Flex-Anlage produziert deshalb insbesondere nachts und am Wo- chenende viel Wasserstoff und ist vornehmlich abends außer Betrieb. Pro Tag können so ca. 400 kg Wasserstoff hergestellt werden. Der Speicher ist so dimensioniert, dass derzeit 1,5 bis zwei Betriebstage abgedeckt werden können. Beim Genehmigungsverfahren wurde bereits eine Erweiterung auf ca. 1.200 kg Wasserstoff pro Tag und eine Lagerkapazität von 2.100 kg angesetzt; der Druck liegt bei 350 bar; die Betankung dauert 10 Minuten.128 Der Gesamtauf- wand für die Wasserstoffbusse und -infrastruktur beläuft sich auf ca. 11 bis 12 Mio. €. Diese Summe wurde größtenteils durch das BMVI, JIVE und das Bundesland Nordrhein-Westfalen finanziert.129

Aufgrund der beschriebenen Paramater ist der Preis des Wasserstoffs so nied- rig, dass nahezu Parität zum Kraftstoffpreis des Diesels erreicht wird. Da die Wasserstofftankstelle im Wuppertaler Stadtteil Korzert errichtet wurde, sind Leerfahrten vom Betriebshof Varresbeck mit ca. 8 km und vom Betriebshof Nächstebreck mit ca. 15 km erforderlich. Dies verursacht erhöhte Betriebskos- ten.130

5.10 Zwischenfazit

Die schrittweise Einführung von Bussen mit alternativen Antriebstechnologien im Liniennetz des VOR ist im Hinblick auf die langfristig notwendige Dekarbo- nisierung des Verkehrssektors und auf die kurzfristig umzusetzenden Vorgaben der Clean Vehicles Directive unabdingbar. Eine Dekarbonisierung des Busver- kehrs mit einer Umstellung auf Wasserstoffbusse wird auch für das untersuchte Gebiet grundlegende Anpassungen der betrieblichen Abläufe erfordern und setzt die Errichtung neuer Versorgungsinfrastrukturen und die Verfügbarkeit von Wasserstoff aus erneuerbaren Energien voraus.

Die Analyse der aktuellen Umläufe zeigt, dass Optimierungspotenziale in der Umlaufplanung es ermöglichen werden, Wasserstoffbusse mit garantierten Reichweiten von 300 km grundsätzlich ohne Fahrzeugmehrbedarf im Gebiet einzusetzen. Die topographischen Anforderungen einiger Linien im Umland von Wiener Neustadt können allerdings den Einsatz von Fahrzeugen mit spezifischen Eigenschaften erfordern (ggf. höhere Brennstoffzellenleistung und Bat- teriekapazität), die bei der Feinplanung der Umstellung dieser Busleistungen

128 Quelle: Tschersich (2019)

129 Quelle: Wuppertaler Stadtwerke

130 Quelle: Berechnung KCW anhand von GoogleMaps

Alternative Antriebe im öffentlichen Verkehr KCW GmbH, 13.04.2021 Seite 140

detailliert zu prüfen sind. Zudem sind im Untersuchungsgebiet mehrere 15-m- Busse mit entsprechend größerer Fahrgastkapazität als übliche Standardbusse im Einsatz, für die es derzeit noch keine Serienmodelle mit Brennstoffzelle zum Ersatz gibt.

Auf Basis der Untersuchungen der Busverkehre wird die Errichtung von Was- serstofftankstellen im Umfeld von Verkehrsknoten mit zahlreich endenden Bus- linien bevorzugt, damit die Infrastruktur von einer wirtschaftlich sinnvollen An- zahl an Bussen genutzt werden kann. Bei der Herstellung von Wasserstoff wird auch die Bündelung der Versorgung von Tankstellen durch zentral gelegene Herstellungsstandorte, z.B. in Wiener Neustadt und Bruck an der Leitha, empfohlen.

Trotz den eher günstigen unterstellten Annahmen zur Berücksichtigung abseh- barer Entwicklungen (z.B. bei den Fahrzeugkosten), bleibt eine Umstellung auf Wasserstoffbusse mit deutlich höheren Aufwendungen als beim Betrieb von konventionellen Bussen verbunden. Sowohl investiv als konsumtiv sind die be- triebswirtschaftlichen Kosten der Wasserstoffbusse merklich teurer. Eine Um- stellung ist daher nur mit entsprechenden zusätzlichen Förderungen möglich. Im Hinblick auf die Umstellungsstrategie erscheint es zudem sinnvoll, auch andere Konzepte (insb. mit rein batterieelektrischen Bussen oder Batteriebussen mit Wasserstoff-Range-Extender) im Entwicklungsprozess mit zu betrachten.

6 Prüfung Synergiepotenzial der Wasserstoffinf- rastruktur

Dieses Kapitel beschäftigt sich mit Fragen des Synergiepotenzials der Wasser- stoffinfrastruktur. Dabei müssen zwei Themenkomplexe voneinander abgegrenzt werden:

Dies sind zum einen die Erzeugungskosten je Kilogramm Wasserstoff. Zum anderen sind dies die Investitionskosten, wenn Anlagen der Wasser- stoffinfrastruktur von Bus und Bahn gemeinsam genutzt werden.

Hintergrund der Betrachtung von Synergiepotenzialen zwischen Bus und Bahn sind Überlegungen, im Bereich Wiener Neustadt eine gemeinsame Wasser- stoffversorgung für beide Verkehrsarten zu errichten. Diese gemeinsame Elekt- rolyse- und Tankstellenanlage könnte dann die im Kapitel 5 untersuchten Bahn- verkehre sowie die im Kapitel 6 untersuchten Busverkehre der Gebiete „Wiener Neustadt Umland“ und „Wiener Neustadt Stadtverkehr“ mit dem benötigen Wasserstoffbedarf versorgen.

Als möglicher Standort einer gemeinsamen Erzeugungsinfrastruktur existieren laut VOR Überlegungen, diese etwas außerhalb von Wiener Neustadt im Be- reich Katzelsdorfer Straße/Sägewerksiedlung zu erreichen. Der Standort läge

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im Bereich der Trennung der Bahnstrecken nach Mattersburg/Sopron bzw. As- pang und wäre zudem auch straßenseitig gut erschlossen.

Abbildung 42: Bereich Katzelsdorfer Straße/Sägewerksiedlung (bei Wiener Neu- stadt) als möglicher Standort einer gemeinsamen Wasserstoffver- sorgung für Bus und Bahn

Quelle: eigenes Bild, Tamás Diebel

6.1 Synergiepotenzial im Bereich Erzeugungskosten

In den Kapiteln 4.3.3 und Kapitel 5.7.2.2 sind die Erzeugungskosten je Kilo- gramm Wasserstoff getrennt für die hier näher untersuchten Bahn- und Bus- verkehre dargestellt worden (siehe auch die untenstehende Tabelle). In den in

Kapitel 5.7.2.2 genannten Wasserstoffkosten von 4,54 €/kg H2 sind allerdings Transportkosten über das gesamte Untersuchungsgebiet enthalten, die für das dort gewählte Konzepte eines zentralen Elektrolyseurs mit dezentralen Bus- tankstellen aufgewendet werden müssen. In der jetzigen Betrachtung können diese herausgerechnet werden, sofern Elektrolyse und Betankung am selben Standort in Wiener Neustadt erfolgen. Dies betrifft den Stadtverkehr Wiener Neustadt sowie die in Wiener Neustadt tankenden Busse des Umlandverkehrs.

Die Wasserstoffkosten betragen dann 4,40 €/kg H2 für diese Busse ohne Trans- portkosten. Zum Vergleich: die in Kapitel 4.3.3 ermittelten Wasserstoffkosten für die Bahn betragen 3,78 €/kg H2.

Der weiterhin bestehende Kostenunterschied wird im Wesentlichen durch die unterschiedlichen Netzentgelte bestimmt: Die Wasserstofferzeugung für die Züge erfolgt mit einem Anschluss an die Netzebene 3 (Hochspannung), wäh-

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rend die Wasserstofferzeugung für die Busse an die Netzebene 5 (Mittelspan- nung) angeschlossen ist. Auf der Netzebene 3 beträgt der Anteil der zu zahlen- den Netzentgelte ca. 47 % (an den Kosten je notwendiger kWh), während auf der Netzebene 5 ca. 54 % der Kosten je kWh auf die Netzentgelte entfallen.

An welche Netzebene die Wasserstofferzeugung angeschlossen wird, hängt im Wesentlichen von der installierten Leistung des Elektrolyseurs ab. Die Marktein- schätzung von KCW geht davon aus, dass sich ab einer installierten Leistung von ca. 13-15 MW der Anschluss an die Hochspannung notwendig ist. Bei nied- rigeren installierten Leistungen rechnet sich der Anschluss an die Hochspan- nung (Netzebene 3) üblicherweise nicht, da hiermit höhere Kosten (für Um- spannungsanlagen etc.) verbunden sind als für den Anschluss an die Mit- telspannung (Netzebene 5).

In den obenstehenden Betrachtungen ist für die Wasserstofferzeugung der Bahn am Standort Wiener Neustadt mit einer installierten Elektrolyseleistung von 18 MW der Anschluss an die Netzebene 3 unterstellt worden. Für die in Wiener Neustadt vorgesehene Wasserstofferzeugung der Busse wurde eine installierte Elektrolyseleistung von ca. 11 MW und ein Anschluss an die Netzebene 5 unterstellt.

Kombiniert man beide Wasserstofferzeugungen ergibt sich folglich eine installierte Elektrolyseleistung von ca. 29 MW, welche sinnvollerweise an die Netz- ebene 3 (Hochspannung) angeschlossen wird. Die Kosten je Kilogramm Was- serstoff verändern sich dementsprechend:

Tabelle 34: Vergleich Synergiepotenzial Erzeugungskosten

Einzelfall Bahn Einzelfall Bus Synergiefall Unterstellte Netzebene 3 Netzebene 5 Netzebene 3 Netzebene (Hochspannung) (Mittelspannung) (Hochspannung) 4,40 € 3,79 € (ohne Transportkosten) bzw. (ohne Transportkosten) bzw. Erzeugungskosten je kg H2 3,78 € 4,54 € 3,83 € (mit Transportkosten) (mit Transportkosten) Erzeugungskosten je kWh ca. 0,068 € ca. 0,079 € ca. 0,068 € Elektrolysestrom davon Anteil der ca. 47 % ca. 54 % ca. 47% Netzentgelte Quelle: KCW, eigene Berechnung

Die Betrachtung des Synergiefalls zeigt, dass insbesondere der Busverkehr von einer kombinierten Wasserstofferzeugung profitiert, denn der Anschluss an die Hochspannungsebene ermöglicht es von günstigeren Netzentgelten zu profitie- ren. Für den Bahnverkehr ist der Effekt nur geringfügig (da ohnehin bereits an die Hochspannungsebene angeschlossen) bzw. sogar minimal nachteilhaft. Die leicht erhöhten Kosten je Kilogramm Wasserstoff im Synergiefall (3,79 €/kg H2) gegenüber dem Einzelfall Bahn lassen sich darauf zurückführen, dass auch die

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Höhe der installierten Elektrolyseleistung einen Einfluss auf die Netzentgelte hat und mehr installierte Leistung entsprechend höhere Netzentgelte bedeutet.

Berücksichtigt man im Synergiefall, dass ein Teil des in Wiener Neustadt er- zeugten Wasserstoffs von dort zu den Bustankstellen in Neunkirchen, Gloggnitz und Kirchberg am Wechsel transportiert werden muss, so erhöhen sich die Kos- ten je Kilogramm Wasserstoff geringfügig auf 3,83 €/kg H2.

6.2 Synergiepotenzial im Bereich Investitionskosten

Zur Betrachtung von Synergiepotenzialen gehört auch eine Analyse der Inves- titionskosten. Allerdings ist bereits hier einschränkend zu sagen, dass sich, was unmittelbare Investitionen in Elektrolyseur und Tankstelle angeht, nach heutigen Kenntnissen faktisch keine spürbaren Synergieeffekte abzeichnen: Inves- titionen in den Elektrolyseur bei installierten Leistungen oberhalb von 10 MW verhalten sich absehbar linear131 (derzeit: 900 € pro kW installierte Leistung; vgl. Kapitel 3.1.2) und auch bei den Tankstelleninvestitionen kann bei entsprechend großen Flotten von einer annähernd linearen Kostenentwicklung ausgegangen werden (vgl. Kapitel 3.1.4).

Zu erwarten sind gleichwohl Einsparungen im Bereich der Planungskosten132, wenn die Errichtung einer gemeinsamen Anlage verfolgt wird. Daher wurde für die Betrachtung von Synergiepotenzialen der Investitionskosten folgender An- satz gewählt: Zunächst wurden die getrennt für Bahn und Bus ermittelten In- vestitionskosten am Standort Wiener Neustadt übernommen (siehe Tabelle 35). Analog zum Vorgehen im Arbeitspaket Bahn (vgl. Kapitel 4.3.4) wurde zur Abbildung von Planungskosten ein Aufschlag hinzugefügt, welcher aufgrund der erwarteten Einsparungen bei einer gemeinsamen Anlagenerrichtung hier jedoch nur mit 3 % über die gesamte Investitionssumme angesetzt wurde. Für die Einzelfälle wurden 5 % Planungskosten aufgeschlagen. Aus diesen jeweiligen Werten (Investitionssummen Elektrolyseur und Tankstelle sowie Planungs- kosten) wurde entsprechend ein annuitätischer Betrag bei einer Abschrei- bungsdauer von 25 Jahren und einem Finanzierungszins von 3 % gebildet. An- ders als im Arbeitspaket Bus wird hier in der Synergiebetrachtung somit die Abschreibungsdauer der Tankstelle nicht über die Laufzeit eines Verkehrs- dienstvertrages, sondern somit über die technische erwartete Lebensdauer der Anlage angesetzt.

131 Es ist nicht ausgeschlossen, dass die spezifischen Kosten je kW installierter Leistung in Zukunft sinken (vgl. Kapitel 3.1.2). Für die Synergiebetrachtung hat dies jedoch nur geringfügige Bedeutung, da entsprechende Effekte auch für die einzelnen Elektrolyseanlagen am Standort Wiener Neustadt mit einer installierten Leistung von jeweils mehr als 10 MW zum Tragen kommen.

132 Denkbar sind weitere Einsparmöglichkeiten z. B. im Bereich Grunderwerb. Eine solche Bewertung ist jedoch nur für zu untersuchende Einzelfälle spezifisch möglich und ist hier daher nicht erfolgt.

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Verbunden mit den jährlichen Kosten der Investitionen sind außerdem die jähr- lichen Betriebskosten der Anlagen, die wie in den Kapiteln 4.3.3 und 5.7.2 dargestellt mit 4 % der gesamten Investitionssumme angesetzt wurden.

Tabelle 35: Vergleich Synergiepotenzial Investitionskosten

Einzelfall Bahn Einzelfall Bus Synergiefall Investitionssumme Elektrolyse 16.200.000 € 9.778.800 € 25.978.800 € Installierte Leistung Elektrolyse 18 MW 10,9 MW 28,9 MW Investitionssumme Tankstelle 20.000.000 € 7.600.000 € 27.600.000 € 44 Züge 76 Busse 44 Züge + 76 Busse Anzahl zu versorgender Fahrzeuge Umlaufbedarf Umlaufbedarf Umlaufbedarf Aufschlag Planungskosten 1.810.000 € 868.900 € 1.607.400 € Annuität Investitionen inkl. Planungskosten 2.182.800 € 1.047.900 € 3.169.200 € Jährliche Kosten Anlagenbetrieb 1.448.000 € 695.200 € 2.143.200 € Summe jährliche Investitionskosten 3.630.800 € 1.743.100 € 5.312.400 €

Jährliche Wasserstoffmenge in kg H2 1.210.686,51 449.319,75 1.660.006,26

Investitionskosten je kg H2 3,00 € 3,88 € 3,20 € Quelle: KCW, eigene Berechnung

Wie auch im Bereich der Erzeugungskosten zeigt sich die gemeinsame Nutzung der Wasserstoffinfrastruktur insbesondere für den Bus als vorteilhaft. Weitere ökonomische Synergieeffekte im Bereich Investitionen können u.a. beim Grunderwerb liegen. Diese müssen jedoch konkret und einzelfallbezogen bestimmt werden.

6.3 Gesamtschau Synergiepotenzial

Die vorstehenden Darstellungen zeigen, dass es insbesondere für den Busver- kehr ökonomische Synergiepotenziale gibt, wenn man eine Betrachtung auf die Kosten je erzeugtem Kilogramm Wasserstoff vornimmt:

Tabelle 36: Vergleich Synergiepotenzial kilogrammbezogen

Einzelfall Bahn Einzelfall Bus Synergiefall Erzeugungskosten je kg H 2 3,78 € 4,40 € 3,79 € (ohne Transportkosten)

Investitionskosten je kg H2 3,00 € 3,88 € 3,20 € Kosten Wasserstofferzeugung je kg H 2 6,78 € 8,28 € 6,99 € (ohne Transportkosten) Quelle: KCW, eigene Berechnung

Die skizzierten ökonomischen Potenziale des Synergiefalls können allerdings nur bei konzentrierter Organisation einer solchen Anlage gehoben werden. Dies entspräche Modell 2 oder 3 der in Kapitel 3.1.5 diskutierten Modelle. Denkbar

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wäre daher ein Betrieb durch die ÖBB als öffentliche Tankstelle für Wasser- stoffzüge und -busse oder ein Betrieb in Verantwortung des Aufgabenträgers.

Für eine weitergehende Betrachtung ökonomischen Potenziale sind allerdings auch die zu erzeugenden Wasserstoffmengen mit in die Betrachtung einzube- ziehen. Denn die für den Bahnverkehr zu erzeugenden jährlichen Mengen sind am Standort Wiener Neustadt erheblich höher als die Menge für den Busver- kehr dort, so dass sich die kilogrammbezogenen Kostenvorteile in der mengen- bezogenen Betrachtung relativieren:

Tabelle 37: Vergleich Synergiepotenzial mengenbezogen

Jährliche H2-Kosten H2-Kosten Delta

Wasserstoff- je kg H2 H2-Kosten/a je kg H2 Sy- H2-Kosten/a Einzelfall/Sy- menge in kg Einzelfall Einzelfall nergiefall Synergiefall nergiefall Bahn 1.210.686,51 6,78 € 8.212.800 € 6,99 € 8.462.500 € - 249.700 € Bus 449.319,75 8,28 € 3.720.100 € 6,99 € 3.140.700 € 579.400 € Summen 1.660.006,26 - 11.932.900 € 11.603.200 € 329.700 € Quelle: KCW, eigene Berechnung

Im Ergebnis beträgt das jährliche ökonomische Synergiepotenzial rund 330.000 €. Dieser Betrag ist gleichwohl mit gegenläufigen Effekten zu verrech- nen, z.B. mit Kosten für die Zu- und Abführungen zur gemeinsamen Tankstelle. Da dieser Standort etwas außerhalb von Wiener Neustadt gelegen wäre, sind entsprechende Aufwendungen sowohl für die Bahn- als auch die Busverkehre in einer weiteren Betrachtung zu berücksichtigen. Dies betrifft insbesondere damit verbundene zusätzliche Verbräuche, aber auch Personalkosten für entsprechende Tankfahrten. Für die Bahnverkehre wären zudem Infrastrukturnut- zungsentgelte zu berücksichtigen, weil auf dem Weg zur Tankstelle vom Bahn- hof Wiener Neustadt eine Streckenfahrt notwendig würde.

Da eine Vollkostenrechnung (mit Personalkosten etc.) der Verkehre nicht Ge- genstand der Untersuchung war, erfolgt hier nur eine überschlägige Einschät- zung: Teilt man das dargestellte jährliche ökonomische Synergiepotenzial (ca. 330.000 €/a) durch die Anzahl der Tage pro Jahr, erhält man ein tägliches „Budget“ von rund 900 €, das zur Kompensation der beschriebenen gegenläu- figen Effekte zur Verfügung steht. Bei einem zu versorgenden Umlaufbedarf am Standort Wiener Neustadt von 44 Zügen und 76 Bussen ist davon auszugehen, dass dieses Budget nicht ausreichend sein wird, um die Kosten der zu- sätzlich erforderlichen Tankfahrten zu kompensieren. Selbst unter der An- nahme, dass – aufgrund hier nicht betrachteter Effekte wie z.B. Grunderwerb – die möglichen Synergiepotentiale doppelt so hoch wären, ist nicht davon auszugehen, dass eine solche Summe von ca. 660.000 €/a bzw. ca. 1.800 €/Tag die gegenläufigen Kosteneffekte kompensieren kann. Dies gilt umso stärker in Anbetracht der hohen Anzahl zu versorgender Fahrzeuge – sowohl auf der Schiene als auch auf der Straße - und aufgrund des damit verbundenen hohen Aufwandes, der sich im Bereich der Betriebskosten niederschlagen würde.

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7 Gesamtfazit

Alternative Antriebe werden in den kommenden Jahren eine wichtige Rolle ein- nehmen, um die auch für den öffentlichen Verkehr geltenden Klimaziele erreichen zu können. Insbesondere Wasserstoff-Brennstoffzellen-Fahrzeuge und batterieelektrische Fahrzeuge gewinnen seit kurzem immer mehr an Bedeu- tung, um heute noch verkehrende Fahrzeuge mit Dieselantrieb zu ersetzen. Dies gilt für Bus- und Bahnverkehre gleichermaßen. In einigen europäischen Städten und Regionen werden entsprechende Fahrzeuge bereits (testweise) eingesetzt.

Die hier durchgeführte Untersuchung zeigt auf, dass eine Umstellung auf alternative Antriebe der untersuchten Einsatzstrecken/-gebiete in der Grenzregion zwischen Österreich und Ungarn grundsätzlich möglich erscheint. Die ökono- mische Bewertung offenbart dabei, dass eine Umstellung auf Wasserstoff- Brennstoffzellen-Fahrzeuge bei Verwendung von klimaneutralem, grünen Was- serstoff mit erheblichen Mehrkosten gegenüber dem heutigen Betrieb verbunden ist. Dies ist insbesondere in den Wirkungsgradverlusten des Elektrolysepro- zesses und der Brennstoffzelle begründet. Der deswegen notwendige hohe Pri- märenergiebedarf an Strom aus erneuerbaren Energien ist kostenseitig deutlich spürbar.

Für den Bahnverkehr erscheint daher ein Betrieb mit batterieelektrischen Zügen (BEMU) aus ökonomischer Perspektive vorteilhafter, sofern nicht auch das Sze- nario der Vollelektrifizierung weiterverfolgt wird. Sowohl die Vollelektrifizierung als auch ein BEMU-Einsatz erfordern gleichwohl erhebliche Investitionen in die notwendige Nachlade- bzw. Oberleitungsinfrastruktur. Hierfür gilt es entsprechende Finanzierungslösungen zu finden.

Förderungen können dabei sowohl für Investitionen in den Bahn- als auch in den Busverkehr eine wichtige Rolle spielen und Kosten der alternativen An- triebe in den Bereichen Fahrzeuganschaffung, Tank- bzw. Ladeinfrastrukturer- richtung oder Werkstatt(um)bauten senken. Für Busse gibt es bereits erste Fördermöglichkeiten, die in Österreich zur Anwendung kommen könnten. Im Bereich Bahn sind entsprechende Instrumente noch zu entwickeln.

Absehbar nicht Gegenstand von Förderungen werden gleichwohl die aus dem eingangs skizzierten, hohen Primärenergiebedarf von Wasserstoff-Brennstoff- zellen-Fahrzeugen resultierenden Energiekosten sein. Für Aufgabenträger/Be- steller wie den VOR kommt diesem Umstand eine besondere Bedeutung zu, da sie über die Verkehrsdienstverträge üblicherweise die Energiekosten der Ver- kehrsunternehmen (sowohl im Bahn- als auch im Busverkehr) abgelten. Kos- tenreduzierende Effekte sind hier möglicherweise im Bereich Sektorkopplung möglich, wenn Elektrolysestrom zur Wasserstofferzeugung ohne Netzentgelte bezogen werden kann. Eine solche Prüfung muss Gegenstand einer weiteren Untersuchung sein. In weiteren Prüfungen ist zudem die konkrete Umsetzung

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einer Umstellung auf alternative Antriebe (z. B. Flächenverfügbarkeit für notwendige Infrastrukturen, detaillierte betriebliche Prüfung mit dem dann am Markt zur Verfügung stehenden Fahrzeugmaterial) für die jeweiligen Strecken bzw. das jeweilige Netz zu untersuchen.

Die vorliegende Studie ist eine Handreichung für die zuständigen Akteure des öffentlichen Verkehrs in Österreich und Ungarn, um die Kosten für eine Um- stellung auf alternative Antriebe einordnen zu können und außerdem die nächs- ten Schritte auf dem Weg zum Einsatz von alternativen Antrieben bei Bussen und Bahnen in der Grenzregion vorzubereiten. In jedem Fall ist es erforderlich, schnellstmöglich mit der Umsetzung entsprechender Maßnahmen zu beginnen, um die verkehrspolitischen Klimaziele im öffentlichen Verkehr zu erreichen.

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9 Anhang

9.1 Abbildungsverzeichnis Abbildung 1: Mindestquoten der Clean Vehicles Directive für Österreich 29 Abbildung 2: Abwägung zwischen zentralen und dezentralen Standorten ...... 36 Abbildung 3: Investitionskosten für eine Wasserstofftankstelle (exkl. Elektrolyseur) ...... 38

Abbildung 4: Vergleich CO2-Emissionen nach Busantrieb und Energiebezug ...... 55 Abbildung 5: Primärenergieeffizienz von Antriebstechnologien von Bussen ...... 56 Abbildung 6: Strecken (in rot) der Detailuntersuchung ...... 58 Abbildung 7: Stillgelegte Grenzbahn (ehemaliger Bahnhof Bucsu [HU]) . 59

Abbildung 8: Gesamtwirkungsgrad H2MU ...... 73 Abbildung 9: Gesamtwirkungsgrad DMU ...... 74 Abbildung 10: Gesamtwirkungsgrad BEMU ...... 74 Abbildung 11: Gesamtwirkungsgrad EMU ...... 75 Abbildung 12: ÖBB-Betriebswerk Wiener Neustadt als möglicher Standort einer Wasserstofftankstelle ...... 77 Abbildung 13: Unterstellte Elektrifizierungen im Szenario BEMU ...... 80 Abbildung 14: Gesamtschau des Kostenvergleichs Arbeitspaket Bahn ..... 84 Abbildung 15: Kostenvergleich Arbeitspaket Bahn je Sitzplatz und Jahr ... 85 Abbildung 16: Kostenvergleich Gutensteiner Bahn je Sitzplatz und Jahr .. 86 Abbildung 17: Kostenvergleich Puchberger Bahn je Sitzplatz und Jahr .... 86 Abbildung 18: Kostenvergleich Innere Aspangbahn je Sitzplatz und Jahr . 87

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Abbildung 19: Kostenvergleich Mattersburger Bahn je Sitzplatz und Jahr. 87 Abbildung 20: Kostenvergleich Äuß. Aspang-/Thermenbahn je Sitzplatz und Jahr ...... 88 Abbildung 21: Kostenvergleich Grenzbahn je Sitzplatz und Jahr ...... 88 Abbildung 22: Darstellung des Untersuchungsgebiets ...... 93 Abbildung 23: Kostenentwicklung Standard-Wasserstoffbus ...... 99 Abbildung 24: Zusammenspiel Topographie und Energiebedarf ...... 101 Abbildung 25: Topographie der untersuchten Region ...... 102 Abbildung 26: Verteilung Umlauflängen im Gebiet Nordburgenland an Schultagen (Mo-Fr Schule) ...... 107 Abbildung 27: Verteilung Umlauflängen im Gebiet Nordburgenland in den Ferien (Mo-Fr Ferien) ...... 107 Abbildung 28: Verteilung Umlauflängen im Gebiet Nordburgenland am Wochenende (Sa und So) ...... 108 Abbildung 29: Verteilung Umlauflängen im Gebiet Ostbahnshuttle an Schultagen (Mo-Fr Schule) ...... 110 Abbildung 30: Verteilung Umlauflängen im Gebiet Ostbahnshuttle in den Ferien (Mo-Fr Ferien) ...... 110 Abbildung 31: Verteilung Umlauflängen im Gebiet Ostbahnshuttle am Wochenende (Sa und So) ...... 111 Abbildung 32: Verteilung Umlauflängen im Gebiet Wiener Neustadt Umland an Schultagen (Mo-Fr Schule) ...... 112 Abbildung 33: Verteilung Umlauflängen im Gebiet Wiener Neustadt Umland in den Ferien (Mo-Fr Ferien) ...... 113 Abbildung 34: Verteilung Umlauflängen im Gebiet Wiener Neustadt Umland am Samstag (Sa) ...... 113 Abbildung 35: Verteilung Umlauflängen im Gebiet Wiener Neustadt Umland am Sonntag (So) ...... 114 Abbildung 36: Verteilung Umlauflängen im Gebiet Wiener Neustadt Stadtverkehr an Schultagen (Mo-Fr Schule) ...... 115 Abbildung 37: Darstellung der angenommenen Wasserstofftankstellen für Nordburgenland / Ostbahnshuttle ...... 122 Abbildung 38: Darstellung der angenommenen Wasserstofftankstellen im Gebiet Wiener Neustadt ...... 124 Abbildung 39: Zentrale Elektrolyse für Ostbahnshuttle / Nordburgenland ...... 125 Abbildung 40: Zentrale Elektrolyse im Bereich Wiener Neustadt ...... 126

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Abbildung 41: Vergleichskosten Arbeitspaket Bus ...... 131 Abbildung 42: Bereich Katzelsdorfer Straße/Sägewerksiedlung (bei Wiener Neustadt) als möglicher Standort einer gemeinsamen Wasserstoffversorgung für Bus und Bahn . 142

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9.2 Tabellenverzeichnis Tabelle 1: Mögliche Förderungen Wasserstofftankstellen gemäß BMK ...... 31 Tabelle 2: Mögliche Förderungen Elektroladepunkte gemäß BMK ...... 31 Tabelle 3: Mögliche Förderungen elektrisch angetriebener Fahrzeuge gemäß BMK ...... 32 Tabelle 4: Mögliche Betreibermodelle Wasserstoffinfrastruktur ...... 40

Tabelle 5: Marktübersicht H2MU-Fahrzeuge ...... 62 Tabelle 6: Marktübersicht BEMU-Fahrzeuge ...... 65 Tabelle 7: Vergleich der alternativen Antriebskonzepte ...... 66 Tabelle 8: Auswahl kalkulationsrelevanter Fahrzeugmodelle ...... 69 Tabelle 9: Analyse der Umlaufplanungen 2027 ...... 69 Tabelle 10: Kosten Fahrzeuganschaffung und -vorhaltung ...... 71 Tabelle 11: Kosten Fahrzeuginstandhaltung ...... 71 Tabelle 12: Energieverbrauch der Fahrzeuge ...... 72 Tabelle 13: Jährlicher Energiebedarf je Szenario ...... 72 Tabelle 14: Vergleich jährliche Energiebedarfskosten ...... 75 Tabelle 15: Darstellung Investitionsbedarf Versorgungsinfrastruktur ...... 82 Tabelle 16: Gesamtschau des Kostenvergleichs Arbeitspaket Bahn ...... 83 Tabelle 17: Abschreibungsdauern Investitionsgüter im Arbeitspaket Bahn ... 84 Tabelle 18: Kostenvergleich Arbeitspaket Bahn je Sitzplatz ...... 84 Tabelle 19: Marktübersicht Wasserstoffbusse ...... 95 Tabelle 20: Überblick Verbrauchswerte Wasserstoffbusse ...... 98 Tabelle 21: Auswirkung der Topographie auf den Energieverbrauch nach Buslinien ...... 104 Tabelle 22 Fahrzeuganzahl und durchschnittliche Umlauflängen ...... 105 Tabelle 23 Eingesetzte Fahrzeuge im Los Nordburgenland ...... 106 Tabelle 24: Eingesetzte Fahrzeuge im Gebiet Ostbahnshuttle ...... 109 Tabelle 25: Eingesetzte Fahrzeuge im Gebiet Umland Wiener Neustadt ..... 112 Tabelle 26: Auswertung Umläufe nach Länge in allen Gebieten ...... 116 Tabelle 27: Ableitung Wasserstoffbedarf im Nordburgenland ...... 117 Tabelle 28: Ableitung Wasserstoffbedarf Ostbahnshuttle ...... 118 Tabelle 29: Ableitung Wasserstoffbedarf Umland Wiener Neustadt ...... 118 Tabelle 30: Ableitung Wasserstoffbedarf Wiener Neustadt Stadtverkehr .... 119

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Tabelle 31: Speicher- und Leistungsbedarfe der Wasserstoffinfrastruktur .. 127 Tabelle 32: Anschaffungskosten Busse ...... 128 Tabelle 33: Instandhaltungskosten Busse ...... 129 Tabelle 34: Vergleich Synergiepotenzial Erzeugungskosten ...... 143 Tabelle 35: Vergleich Synergiepotenzial Investitionskosten ...... 145 Tabelle 36: Vergleich Synergiepotenzial kilogrammbezogen ...... 145 Tabelle 37: Vergleich Synergiepotenzial mengenbezogen ...... 146

9.3 Abkürzungsverzeichnis/Glossar

AEL Alkalische Elektrolyse APTS Advanced Public Transport Systems BEMU Battery Electric Multiple Unit (batterieelektrischer Triebzug) BMK Bundesministerium Klimaschutz, Umwelt, Energie, Mobilität, Innovation und Technologie BMVI Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (Deutschland) CCS Carbon Capture & Storage CHIC Clean Hydrogen in European Cities CVD Clean Vehicles Directive DMU Diesel Multiple Unit DoD Depth of Discharge EMU Electric Multiple Unit ESWE Verkehr Verkehrsunternehmen der Stadtwerke Wiesbaden FCH JU Fuel Cells and Hydrogen Joint Undertaking

H2MU Hydrogen Multiple Unit (Wasserstofftriebzug) GySEV Győr-Sopron-Ebenfurti Vasút Zrt. (Raaberbahn) HTEL Hochtemperaturelektrolyse HVZ Hauptverkehrszeit JIVE Joint Initiative for Hydrogen Vehicles across Europe kg Kilogramm kW Kilowatt kWh Kilowattstunde MÁV Magyar Államvasutak Zrt (Ungarische Staatsbahnen) MW Megawatt ÖBB Österreichische Bundesbahnen ÖPNV Öffentlicher Personennahverkehr PEMEL Polymer-Austauschmembran-Elektrolyse RVK Regionalverkehr Köln SCHIG Schieneninfrastruktur-Dienstleistungsgesellschaft SPNV Schienenpersonennahverkehr STA Südtiroler Transportstrukturen AG

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VDV Verkehrsdienstvertrag; in deutschem Kontext auch: Verband Deutscher Verkehrsunternehmen VOR Verkehrsverbund Ost-Region WSW Wuppertaler Stadtwerke

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