Energiestrategie 2050 Im Öffentlichen Verkehr (Esöv2050)

Eidgenössisches Departement für Umwelt, Verkehr, Energie und Kommunikation (UVEK) Bundesamt für Verkehr BAV Programm Energiestrategie 2050 im öffentlichen Verkehr (ESöV2050)

Energiestrategie 2050 im öffentlichen Verkehr

Untersuchung des Potenzials alternativer Busantriebssysteme

Schlussbericht

Mathieu Horsky, Haute-Ecole ARC Rue de la Serre 7 / 2610 St-Imier, [email protected], www.he-arc.ch

Thierry Robert-Nicoud, Haute-Ecole ARC Rue de la Serre 7 / 2610 St-Imier, [email protected], www.he-arc.ch

Julie Barbey Horvath, Haute-Ecole d’Ingénierie et de Gestion, Kanton Waadt Route de Cheseaux 1/ 1401 Yverdon-les-Bains, [email protected], www.heig-vd.ch

Yves Delacrétaz, Haute-Ecole d’Ingénierie et de Gestion, Kanton Waadt Route de Cheseaux 1 / 1401 Yverdon-les-Bains, [email protected], www.heig-vd.ch

Luc Bossoney, Haute-Ecole d’Ingénierie et de Gestion, Kanton Waadt Route de Cheseaux 1 / 1401 Yverdon-les-Bains, [email protected], www.heig-vd.ch

Begleitgruppe

Tristan Chevroulet, Bundesamt für Verkehr (BAV) Daniel Schaller, Planair SA Stefan Schnell, Bundesamt für Verkehr (BAV) Walter Josi, Bundesamt für Verkehr (BAV)

Interviewte Personen

Thierry Wagenknecht, Transports Publics Genevois (TPG) Valérie Bourquard, Transports Publics de la Région Lausannoise (TL) Laurent Mudry, Transports Publics de la Région Lausannoise (TL) Eveline Wüest, PostAuto Urs Schläpfer, PostAuto Marcus Jung, Städtische Verkehrsbetriebe Bern (Bernmobil) Roman Zürcher, Regionalverkehr Bern‐Solothurn AG (RBS) Laura Andres, Freiburgische Verkehrsbetriebe (TPF) Marc Oggier, Basler Verkehrsbetriebe (BVB)

Impressum

Herausgeber: Bundesamt für Verkehr BAV Programm: Energiestrategie 2050 im öffentlichen Verkehr (ESöV 2050) CH‐3003 Bern

Programmleitung Tristan Chevroulet, BAV

Projektnummer: P‐113 Quelle: in Deutsch und in Französisch im Internet abrufbar unter der Adresse www.bav.admin.ch/energie2050

Für den Inhalt und die Schlussfolgerungen dieses Berichts ist/sind nur der Autor/die Autoren verantwortlich.

Bern, Juni 2019

HE‐ARC / MHO Projekt Alternabus Juni 2019

Zusammenfassung für Entscheidungsträger

Aufgrund der Abstimmung vom 21. Mai 2017 zur Energiestrategie 2050 erhielt die Problematik des Verzichts auf fossile Brennstoffe in unserer Gesellschaft neuen Aufwind. Zudem ist festzustellen, dass sich die Problematik insbesondere wegen der technischen Fortschritte, der öffentlich ausgetragenen (Diesel‐)Skan‐ dale, der Ressourcenverknappung sowie durch den zunehmenden politischen Druck zuspitzt. Verkehrsunternehmen haben die wichtige Aufgabe, in der Energiewende mit gutem Beispiel voranzugehen, da es möglich ist, den Dieselmotor im Personenverkehr effektiv zu ersetzen.

Diese Studie gelangte aufgrund einer detaillierten Bewertung von fünf relevanten Szenarien alternativer Technologien zum Schluss, dass es keine Universallösung für den Verzicht auf Diesel geben kann, sondern vielmehr mehrere verschiedene Lösungen. Die entsprechenden Lösungen können je nach den lokalen Gegebenheiten wie Topologie, Verfügbarkeit und Kosten der unterschiedlichen Energieformen unterschiedlich ausfallen.

Die alternativen Technologien wurden nach 15 Kriterien bewertet, die in fünf Kategorien unterteilt waren: Leistung, Attraktivität für den Benutzer, Umweltbelastung, Betrieb und Wirtschaftlichkeit. Diese Arbeit ermöglichte es, die Stärken und Schwächen jeder Technologie hervorzuheben, aber auch die Elemente, die bei der Auswahl einer Technologie berücksichtigt werden müssen.

Durch den Austausch mit fast einem Dutzend öffentlichen Verkehrsunternehmen wurden Rückmeldungen und Erfahrungen aus erster Hand gesammelt und dabei aufgezeigt, dass der echte Wunsch vorhanden ist, mehr über dieses Thema zu lernen und effektive Tools zu besitzen, um die Auswahl der richtigen Option zu erleichtern. Zudem wurden die Hindernisse identifiziert, die die Verkehrsunternehmen an einer Energiewende hindern, und Lösungen vorgeschlagen.

Die während dieses Projekts geleistete Arbeit hat gezeigt, dass die Energiewende ein heisses Thema ist, das sowohl Behörden als auch Transportunternehmen interessiert, und dass nach wie vor ein grosses Wissensbedürfnis sowie ein gewisser Mangel an Kenntnissen in diesem sich rasch entwickelnden Bereich herrscht.

3 von 77

HE‐ARC / MHO Projekt Alternabus Juni 2019 Résumé opérationnel

La problématique de l’abandon des carburants fossiles dans notre société a été remise sur la table avec la votation du 21 mai 2017 sur la Stratégie Energétique 2050 (SE 2050) et on peut constater plus généralement depuis quelques années que les choses s’accélèrent, notamment au rythme des évolutions technologiques, des scandales grandement médiatisés, de l’appauvrissement des ressources, et des pressions politiques. Les entreprises de transports publics ont le devoir important de montrer l’exemple dans la transition énergétique puisqu’il est possible de remplacer efficacement le moteur diesel dans le transport de personnes.

Cette étude a toutefois démontré au travers d’une évaluation détaillée de technologies alternatives pertinentes sur cinq scénarios variés qu’il n’existe pas une seule solution universelle permettant de se passer du diesel, mais plusieurs solutions suivant les compromis choisis. Il faut considérer en effet chaque cas individuellement, notamment en raison des disparités locales propres à notre pays concernant la disponibilité des énergies, de leur coût, de la topographie, etc.

Ces technologies ont été évaluées selon 15 critères répartis en cinq catégories telles que : performances, attractivité pour l’usager, nuisances, exploitation, et économie. Ce travail a permis de mettre en évidence les points forts et faibles de chaque technologie, mais également les éléments à prendre en compte lors du choix d’une technologie par rapport à une autre.

Grâce aux échanges avec près d’une dizaine d’entreprises de transport public, des témoignages et expériences de première main ont pu être récoltés et ont démontré qu’il existe une réelle envie d’en apprendre davantage sur cette problématique et de pouvoir disposer d’outils efficaces permettant de sélectionner plus facilement la bonne option. Les obstacles freinant les entreprises de transport à une transition énergétique ont été identifiés et des solutions ont été proposées.

Le travail effectué au cours de ce projet démontre que la transition énergétique des bus est un sujet d’actualité, intéressant à la fois les pouvoirs publics et les entreprises, et qu’il existe un vide de connaissances et un besoin d’en savoir plus dans ce domaine très évolutif.

4 von 77

HE‐ARC / MHO Projekt Alternabus Juni 2019 Executive Summary

The issue of the fossil fuel desertion in our society has been put on the table with the 21st of May 2017 vote on the “Stratégie Energétique 2050” (SE 2050) subject, and more generally we have seen these past few years that things appear to move forward quicker, in sync with the technologies evolution, the largely publicized scandals, the impoverishment of the resources, and the political pressure. The public transportation companies have the important duty to lead the energy transition because it is possible to effectively replace the diesel engine in the public transportation.

This study has shown through the detailed evaluation of relevant alternative technologies over five different scenarios that there is not a single universal solution to avoid the use of diesel, but few different solutions depending on the chosen compromises. One has to consider each case individually, in particular due to the local disparities inherent of our country regarding the availability of energies, their cost, the topography, etc.

Those technologies have been evaluated upon 15 criteria under five categories such as: performance, user attractiveness, nuisances, operation, and economy. This work has put to light the strong and weak points of each technology, but also the points to take in consideration when choosing a technology over another.

Thanks to the discussions with nearly a dozen public transportation companies, testimonials and first hand experiences were collected and proved that there is a real desire to learn more about this subject and to have efficient tools to select the right option more easily. The obstacles slowing the transportation companies from an energy transition have been identified and solutions have been proposed.

The work done during the project shows that the energy transition for buses is a hot topic, interesting both public authorities and bus companies, and that there is a general void of knowledge, and a need to know more in this highly scalable field.

5 von 77

HE‐ARC / MHO Projekt Alternabus Juni 2019 Résumé

Le premier profil d’exploitation analysé est la ligne urbaine de grande capacité. Ce profil typique d’une grande ville telle que Genève met en jeu des « mégabus » pouvant accueillir environ 140 passagers (valeur de confort). Peu de bus existent dans cette catégorie, par conséquent ce sont les trolleybus à batterie ainsi que les bus hybrides diesel/électriques qui répondent le mieux à ce scénario, selon si la ville dispose déjà de caténaires ou non. Il est déjà prévu dans un futur proche que des bus à batterie à recharges rapides puissent répondre à ce besoin, ce qui en ferait l’alternative parfaite au bus hybride.

Le deuxième scénario d’exploitation étudié est celui d’une ligne urbaine à forte pente, comme on en retrouve par exemple à Lausanne. Ici la puissance nécessaire est un critère majeur, alors que la capacité l’est un peu moins que pour le premier scénario. Cela ouvre alors la porte au bus électrique à recharges rapides qui bénéficie d’une très grande réserve de puissance et répond parfaitement aux autres critères, comme un bruit et un impact visuel minimum. Le trolleybus à batterie trouve également ici sa place, d’autant plus si la ville dispose déjà de caténaires.

Pour le troisième cas, nous parlons d’une ligne urbaine de rabattement. Des bus de petite capacité sont utilisés ici, de l’ordre de 20 à 30 personnes. Sur ce terrain de jeu le diesel est à son avantage, mais il existe des solutions alternatives intéressantes et réalistes, comme le gaz naturel ou l’hybride hydrogène/électrique. Bien qu’actuellement trop coûteux, l’hybride hydrogène/électrique a un potentiel intéressant dans ce secteur. L’offre de technologies alternatives dans cette gamme de capacité commence à s’étoffer de manière encourageante pour le futur.

L’avant‐dernière condition d’exploitation fait référence à une ligne de campagne où le rayon d’action est un critère majeur. La gamme de capacité mise en évidence ici est celle de cars standards (50 passagers assis), là où les bus électriques sont les plus présents. Ici encore le diesel est à son avantage, mais l’évolution rapide et intéressante de la technologie des batteries est telle que les bus électriques peuvent répondre efficacement à ce scénario. Il en va de même pour l’hybride hydrogène/électrique qui permet également de se déplacer en silence à la campagne, et de façon propre.

6 von 77

HE‐ARC / MHO Projekt Alternabus Juni 2019

Enfin, le dernier scénario représente une ligne de montagne. Le climat hivernal plus rude qu’en plaine ne met pas à son avantage les bus électriques, de même que le besoin d’un rayon d’action important. A l’heure actuelle, il est difficilement envisageable de parcourir plus de 400 km en montagne en une journée par un temps glacial en utilisant un bus électrique. C’est donc bien le gaz naturel ou même le bio gaz naturel qui est recommandé ici, puisque ce dernier provient notamment de déchets de restaurants, en faisant alors un choix écologiquement très attractif.

Les solutions sont résumées dans le tableau suivant :

Profil d’exploitation Caractéristiques principales Options recommandées

Très grande capacité

Disponibilité importante Trolleybus à batterie

Impact visuel important Hybride diesel/électrique

Ligne urbaine principale Pollution et bruit minimum de forte capacité

Grande capacité

Puissance nécessaire élevée Trolleybus à batterie

Disponibilité importante Bus à batterie à recharges

rapides Impact visuel important Ligne urbaine principale avec fortes pentes Pollution et bruit minimum

Hybride hydrogène/électrique

Petite capacité Gaz naturel

Ligne de quartier ou de rabattement (év. Électrique)

Capacité moyenne Electrique

Rayon d’action important Hybride hydrogène/électrique Ligne régionale avec faibles pentes

Capacité moyenne Gaz naturel ou BioGNV

Rayon d’action important Diesel

Ligne régionale avec fortes pentes

Tableau 1 : résumé des recommandations en fonction des conditions d'exploitation

7 von 77

HE‐ARC / MHO Projekt Alternabus Juni 2019

Grâce aux échanges avec près d’une dizaine d’entreprises de transport public, des témoignages et expériences de première main ont pu être récolté et ont démontré qu’il existe une réelle envie d’en apprendre davantage sur cette problématique et de pouvoir disposer d’outils efficaces permettant de sélectionner plus facilement la bonne option. Les obstacles freinant les entreprises de transport à une transition énergétique ont été identifiés et des solutions ont été proposées.

Il faut, et c’est une évidence, rendre les moyens de propulsion alternatifs plus abordables, que ce soit du côté du coût d’investissement (véhicules et infrastructures) ou d’exploitation. Une standardisation des pièces ainsi que des appels d’offres groupés de la part des entreprises de transports publics pourraient permettre de réduire ces coûts. D’autre part, en revoyant le système de taxation des transports et des carburants, il serait possible de rendre moins intéressant le diesel, ou alors directement favoriser les solutions alternatives. Un travail de fond doit être effectué de ce côté afin d’adapter le modèle économique à ces moyens de propulsion alternatifs.

Il convient aussi d’optimiser les lignes et les profils d’utilisation afin de palier au problème de la capacité et de la durée de vie et du recyclage des batteries des bus électriques. Ainsi, une gestion adéquate du réseau permettrait de la consommation électrique. En hiver la consommation du chauffage a un impact majeur sur l’autonomie du bus, de même que la réduction des performances des batteries avec le froid.

Il en va de même pour leur recyclage qu’il faut absolument prendre en compte. Un bus électrique transporte plusieurs centaines de kilogrammes de matières toxiques, dont il faut s’occuper une fois leur durée de vie échue. Des solutions doivent être trouvées lors de l’élaboration de l’étude de marché.

Au niveau politique aussi, il faut éviter les incitations contradictoires qui rendent problématique une cohésion d’ensemble. Qui dit pouvoirs politiques dit également législation, et ici aussi il est important de légiférer sur ces nouvelles technologies dont certaines présentent des défis inédits. Les risques liés par exemple au stockage d’hydrogène ou à la présence d’une grande quantité de batteries (et donc de polluants majeurs) doivent être clairement identifiés pour protéger non seulement la population, mais également les intervenants. Dans le même registre législatif, certains ajustements doivent être apportés pour ce qui est des trolleybus et des trolleybus à batterie notamment, afin d’éviter qu’ils entrent en conflit avec le fait qu’une ligne de trolleybus peut être prolongée sans caténaires, si cette portion ne représente pas plus de 50% de la longueur totale de la ligne, sans quoi les statuts changent. Enfin, il faut informer la population et les acteurs des risques et de la sécurité.

Les implications liées aux moyens de propulsion alternatifs doivent être mieux connues. Grâce à une information de qualité et impartiale, les acteurs du secteur seraient capables de prendre les bonnes décisions afin de ne pas se trouver confronté à des mauvais choix. De façon générale, il est possible de répondre à ces nombreuses questions et discussions en palliant au manque de connaissances du sujet, par exemple grâce à des études et autres guides.

Compte tenu des perspectives d’évolution du transport, et notamment de la croissance attendue pour les transports publics, qui pourrait atteindre +51% entre 2010 et 20401, et en tenant compte des besoins de renouvellement de flotte, on s’attend à ce que les entreprises de transport public investissent massivement, et en particulier dans des bus utilisant des moyens de propulsion alternatifs. En choisissant les bonnes solutions le potentiel d’économie de cout d’exploitation peut être substantiel, de même que l’impact de ces choix sur le climat.

1 https://www.are.admin.ch/are/fr/home/transports‐et‐infrastructures/bases‐et‐donnees/perspectives.html

8 von 77

HE‐ARC / MHO Projekt Alternabus Juni 2019

9 von 77

HE‐ARC / MHO Projekt Alternabus Juni 2019 Zusammenfassung

Aufgrund der Abstimmung vom 21. Mai 2017 zur Energiestrategie 2050 erhielt die Problematik des Verzichts auf fossile Brennstoffe in unserer Gesellschaft neuen Aufwind. Zudem ist festzustellen, dass sich die Problematik insbesondere wegen der technischen Fortschritte, der öffentlich ausgetragenen (Diesel‐)Skan‐ dale, der Ressourcenverknappung sowie durch den zunehmenden politischen Druck zuspitzt. Verkehrs‐ unternehmen haben die wichtige Aufgabe, in der Energiewende mit gutem Beispiel voranzugehen, da es möglich ist, den Dieselmotor im Personenverkehr effektiv zu ersetzen.

Diese Studie gelangte aufgrund einer detaillierten Bewertung von fünf relevanten Szenarien alternativer Technologien zum Schluss, dass es keine Universallösung für den Verzicht auf Diesel geben kann, sondern vielmehr mehrere unterschiedliche Lösungen. Die entsprechenden Lösungen können je nach den lokalen Gegebenheiten wie Topologie, Verfügbarkeit und Kosten der unterschiedlichen Energieformen unterschiedlich ausfallen.

Als erstes Betriebsprofil wurde die städtische Linie mit hoher Kapazität analysiert. Das für eine Grossstadt wie Genf typische Profil umfasst «Megabusse» für bis zu 200 Personen. Für dieses Betriebsprofil stehen nur wenige Busse zur Auswahl. Je nach Verfügbarkeit einer elektrischen Oberleitung eignen sich O‐Busse (Trolleybusse) beziehungsweise Diesel/Elektro‐Hybridbusse für dieses Betriebsprofil am besten. Bereits in naher Zukunft ist damit zu rechnen, dass schnellladefähige Batteriebusse diesen Anforderungen gerecht werden und damit die perfekte Alternative zum Hybridbus darstellen.

Das zweite untersuchte Betriebsszenario ist das einer steilen städtischen Linie, wie es beispielsweise in Lausanne zu finden ist. Hier ist die benötigte Leistung ein Hauptkriterium, während die Kapazität etwas geringer ist als beim ersten Szenario. Damit tritt der Schnelllade‐Elektrobus auf den Plan, der eine sehr hohe Leistungsreserve aufweist und die anderen Kriterien wie Lärm und minimale optische Auswirkung perfekt erfüllt. Auch hier findet der Trolleybus mit Batterieantrieb seinen Platz, umso mehr, wenn die Stadt bereits über Oberleitungen verfügt.

Der dritte Fall betrifft die städtische Zubringerlinie. In diesem Fall werden Busse mit geringer Kapazität von etwa 20 bis 30 Personen verwendet. Hier ist der Diesel klar im Vorteil. Es gibt aber dennoch interessante und realistische alternative Lösungen wie Erdgas oder Wasserstoff/Elektro‐Hybrid. Obwohl der Wasserstoff/Elektro‐Hybrid derzeit finanziell nicht tragbar ist, bietet er in diesem Bereich ein interessantes Potenzial. Es wird erwartet, dass sich das Angebot an alternativen Technologien in diesem Kapazitätsbereich in naher Zukunft erweitert.

Die vorletzte Betriebsbedingung bezieht sich auf eine Überlandlinie. Hier bildet der Aktionsradius ein Hauptkriterium. Der benötigte Kapazitätsbereich beträgt 80 Personen. Diese Kapazität entspricht jener der meisten Elektrobusse. Auch hier sind die Dieselbusse im Vorteil, doch die rasante Entwicklung der Batterietechnologie wird den Elektrobussen für diese Betriebsbedingung zugutekommen. Gleiches gilt für den Wasserstoff/Elektro‐Hybridbus, der es auch erlaubt, lautlos und sauber auf dem Land zu fahren.

Das letzte Szenario schliesslich stellt eine Gebirgslinie dar. Das verglichen mit den Niederungen rauere Winterklima kommt den Elektrobussen nicht zugute, ebenso wenig wie der grosse Aktionsradius. Gegenwärtig ist es schwer vorstellbar, in den Bergen an einem Tag bei eisigem Wetter mit einem elektrischen Bus mehr als

10 von 77

HE‐ARC / MHO Projekt Alternabus Juni 2019

400 km zu fahren. Hier ist also Erdgas oder sogar Biogas zu empfehlen; da Letzteres aus Restmüll stammt, stellt es eine ökologisch sehr attraktive Wahl dar.

Die Lösungen sind in der folgenden Tabelle zusammengefasst:

Betriebsprofil Hauptmerkmale Empfohlene Optionen

Sehr hohe Kapazität

Hohe Verfügbarkeit Batterietrolleybus

Starker Diesel/Elektro‐Hybridbus Landschaftsschutz,

Stadtbuslinie mit hoher Kapazität Lärm & Luftsanierung

Hohe Kapazität

Hohe Antriebsleistung Batterietrolleybus

Hohe Verfügbarkeit Schnellladefähiger

Batteriebus Starker

Stadtbuslinie mit starker Steigung Landschaftsschutz, Lärm & Luftsanierung

Wasserstoff

/Elektro‐Hybridbus Geringe Kapazität Erdgas Quartierlinie oder Ortsbuslinie (ev. Elektrobus)

Elektrobus Mittlere Kapazität

Wasserstoff/Elektro‐ Grosser Aktionsradius Regionalbuslinie mit geringer Steigung Hybridbus

Mittlere Kapazität Erdgas oder Biogas‐Bus

Grosser Aktionsradius Diesel

Regionalbuslinie mit starker Steigung

Tabelle 2: Zusammenfassung der Empfehlungen basierend auf den Betriebsbedingungen Durch den Austausch mit fast einem Dutzend öffentlichen Verkehrsunternehmen wurden Rückmeldungen und Erfahrungen aus erster Hand gesammelt und dabei aufgezeigt, dass der echte Wunsch vorhanden ist, mehr über dieses Thema zu lernen und effektive Tools zu besitzen, um die Auswahl der richtigen Option zu erleichtern. Zudem wurden die Hindernisse identifiziert, die die Verkehrsunternehmen an einer Energiewende hindern, und Lösungen vorgeschlagen.

11 von 77

HE‐ARC / MHO Projekt Alternabus Juni 2019

Der alternative Antrieb muss offensichtlich erschwinglicher werden, und zwar sowohl bei den Anschaffungskosten für Busse und bei der Infrastruktur als auch beim Unterhalt. Die Standardisierung von Teilen sowie die Bündelung von Ausschreibungen durch öffentliche Verkehrsunternehmen könnten diese Kosten reduzieren. Andererseits wäre es durch die Überarbeitung des Steuersystems für Transport und Kraftstoffe möglich, den Diesel weniger attraktiv zu machen oder alternative Lösungen direkt zu bevorzugen. Hier müssen substantielle Arbeiten durchgeführt werden, um das Wirtschaftsmodell an diese alternativen Antriebsmittel anzupassen.

Es ist auch notwendig, die Betriebslinien und die Nutzungsprofile zu optimieren, um das Problem der Lebensdauer und des Recyclings der Batterien eines elektrischen Busses zu lösen. Ähnlich würde ein intelligentes Netzwerkmanagement die Auswirkungen dieses unvermeidlichen Phänomens im Zusammenhang mit Batterien verringern. Dabei ist nicht zu vergessen, dass im Winter der Heizungsverbrauch einen grossen Einfluss auf die Autonomie des Busses sowie auf die Reduzierung der Batterieleistung bei Kälte ausübt.

Gleiches gilt für das Recycling, das bei der Suche nach Lösungen berücksichtigt werden muss. Es ist nicht zu vergessen, dass ein Elektrobus mehrere hundert Kilogramm Schadstoffe transportiert, die nach Ablauf der Lebensdauer entsorgt werden müssen. Bei der Entwicklung der Marktstudie müssen Lösungen gefunden werden.

Auch auf politischer Ebene müssen widersprüchliche Anreize vermieden werden, die die Gesamtkohärenz beeinträchtigen. Politik bedeutet auch Gesetzgebung: Hier ist es wichtig, Gesetze zu den neuen Technologien, die z.T. neuartige Herausforderungen aufwerfen, zu verabschieden. Die Risiken, die beispielsweise mit der Speicherung von Wasserstoff oder dem Vorhandensein einer grossen Menge von Batterien (und somit von mehr Schadstoffen) verbunden sind, müssen eindeutig identifiziert werden, um nicht nur die Bevölkerung, sondern auch die Interessengruppen zu schützen. Zudem müssen einige Anpassungen der Gesetzgebung insbesondere für Oberleitungsbusse und Batterietrolleybusse vorgenommen werden, um Verletzungen der Vorschrift zu vermeiden, wonach eine Trolleybuslinie ohne Oberleitung nur verlängert werden kann, wenn dieser Anteil höchstens 50 % der Gesamtlänge ausmacht; ansonsten ändert sich der Status des Busses. Schliesslich müssen wir die Bevölkerung und die Akteure über Risiken und Sicherheit informieren.

Die Auswirkungen alternativer Antriebsmittel müssen besser bekannt werden. Mit qualitativ hochwertigen und objektiven Informationen wären die Akteure in der Branche in der Lage, die richtige Auswahl zu treffen, um nicht mit Fehlentscheidungen konfrontiert zu werden. Allgemein lassen sich die vielen Fragen und Diskussionen dadurch beantworten, dass die Wissenslücken zum Thema beispielsweise durch Studien und Leitfäden geschlossen werden.

In Anbetracht der Aussichten für den Verkehr und insbesondere des erwarteten Wachstums für den öffentlichen Verkehr, der zwischen 2010 und 2040 + 51% erreichen könnte, und unter Berücksichtigung der Notwendigkeit der Erneuerung der Flotte, ist zu erwarten, dass die Unternehmen des öffentlichen Verkehrs insbesondere in Busse mit alternativen Antriebssystemen stark investieren werden. Wenn die richtigen Lösungen ausgewählt werden, fällt das Einsparpotenzial für die Betriebskosten erheblich aus – ebenso wie die Auswirkungen dieser Entscheidungen auf das Klima.

Die während dieses Projekts geleistete Arbeit zeigt, dass die Energiewende ein heisses Thema ist, das sowohl Behörden als auch Transportunternehmen interessiert, und dass es nach wie vor ein grosses Wissensbedürfnis, sowie ein gewisser Mangel an Kenntnissen, zu dieser sehr evolutionären Thematik gibt.

12 von 77

HE‐ARC / MHO Projekt Alternabus Juni 2019 Inhalt

Zusammenfassung für Entscheidungsträger ...... 3 Résumé opérationnel ...... 4 Executive Summary ...... 5 Résumé ...... 6 Zusammenfassung ...... 10 Inhalt ...... 13 Verzeichnis der Abbildungen ...... 16 Verzeichnis der Tabellen ...... 17 1. Einleitung ...... 18 1.1 Methode ...... 18 1.2 Projektgliederung ...... 18 2. Überblick über den Stand der Technik ...... 19 2.1 Allgemeines ...... 19 2.2 Kosten ...... 21 2.3 Verbrauch ...... 21 2.4 Umweltbelastung ...... 22 3. Inventar der Technologien ...... 24 3.1 Elektrisch ...... 24 3.1.1 Konventioneller Trolleybus ...... 24 3.1.2 Batterietrolleybus ...... 26 3.1.3 Batteriebus ...... 26 3.1.4 Schnellladefähige Batterien ...... 27 3.2 Thermisch ...... 29 3.2.1 Diesel ...... 29 3.2.2 Erdgas für Fahrzeuge (NGV oder CNG) ...... 30 3.2.3 Bio‐Erdgas (Bio‐CNG) ...... 30 3.2.4 Flüssigerdgas (LNG) ...... 30 3.2.5 Flüssiggas (LPG) ...... 30 3.2.6 Biodiesel ...... 30 3.2.7 Hythan ...... 31 3.2.8 Bioethanol ...... 31 3.2.9 Gasturbine ...... 31 3.3 Hybrid ...... 32 3.3.1 Elektrisch und Diesel...... 32

13 von 77

HE‐ARC / MHO Projekt Alternabus Juni 2019

3.3.2 Elektrisch und CNG ...... 33 3.3.3 Elektrisch und Mikro‐Turbine ...... 33 3.3.4 Elektrisch und Wasserstoff ...... 33 3.3.5 Elektrisch und Solar ...... 34 3.3.6 Elektrisch, Diesel und hydraulisch ...... 35 4. Evaluation der Varianten ...... 36 4.1 Leistung ...... 37 4.1.1 Antriebsleistung ...... 37 4.1.2 Reichweite ...... 38 4.1.3 Energieverbrauch ...... 40 4.2 Lärm‐ und Umweltbelastung ...... 43 4.2.1 Lärmbelastung ...... 43 4.2.2 Luftbelastung ...... 45 4.2.3 Visuelle Auswirkung ...... 47 4.3 Betrieb ...... 49 4.3.1 Kapazitätsbereich ...... 49 4.3.2 Verfügbarkeit ...... 51 4.3.3 Technologische Reife ...... 53 4.3.4 Flexibilität ...... 54 4.4 Benutzerinnen und Benutzer...... 55 4.4.1 Komfort ...... 55 4.4.2 Image ...... 56 4.5 Wirtschaftlichkeit ...... 57 4.5.1 Fahrzeuganschaffungskosten ...... 57 4.5.2 Anschaffungskosten Infrastruktur ...... 58 4.5.3 Nutzungskosten ...... 59 4.6 Zusammenfassung der Evaluation ...... 60 5. Untersuchte Szenarien ...... 62 5.1 Stadtbuslinie mit grosser Kapazität ...... 62 5.2 Stadtbuslinie mit Steigungen ...... 63 5.3 Zubringerlinie zu Verknüpfungspunkt im Stadtgebiet ...... 64 5.4 Überlandlinie ...... 64 5.5 Gebirgslinie ...... 65 6. Energiewende ...... 67 6.1 Hindernisse ...... 67 6.1.1 Kosten ...... 67

14 von 77

HE‐ARC / MHO Projekt Alternabus Juni 2019

6.1.2 Lebensdauer der Batterien eines Elektrobusses ...... 67 6.1.3 Rohstoffe, Recycling und Verkehr ...... 67 6.1.4 Politik ...... 67 6.1.5 Risiken und Sicherheit ...... 67 6.1.6 Flexibilität und Zuverlässigkeit ...... 68 6.1.7 Gesetzgebung für Batterietrolleybusse ...... 68 6.1.8 Fehlende Kenntnisse ...... 68 6.2 Vorschläge ...... 68 6.2.1 Kosten ...... 68 6.2.2 Lebensdauer von Elektrobusbatterien ...... 68 6.2.3 Probleme: Rohstoffe und Batterie‐Recycling ...... 69 6.2.4 Politik ...... 69 6.2.5 Sicherheit ...... 69 6.2.6 Flexibilität und Zuverlässigkeit ...... 70 6.2.7 Gesetzgebung zu Batterietrolleybussen ...... 70 6.2.8 Fehlende Kenntnisse ...... 70 7. Schlussfolgerung ...... 71 7.1 Feststellungen ...... 71 7.2 Methodische Analyse von reellen Fällen ...... 72 7.3 Perspektiven ...... 73 8. Anhänge ...... 74 8.1 Vergleich der Technologien ...... 74 8.1.1 Hybrid ...... 74 8.1.2 Elektrisch ...... 75 8.2 Poster ...... 76

15 von 77

HE‐ARC / MHO Projekt Alternabus Juni 2019 Verzeichnis der Abbildungen

Abbildung 1: Kostenvergleich der Bustechnologien ...... 21 Abbildung 2: Energiemix in der Stromproduktion weltweit ...... 24 Abbildung 3: Erster Schweizer Trolleybus 1912 ...... 25 Abbildung 4: Einweihung der neuen Freiburger Trolleybusse im Jahr 2010 ...... 25 Abbildung 5: «SwissTrolley plus» unterwegs in Zürich ...... 26 Abbildung 6: Für den Batteriebetrieb umgebauter Bus in den 1970er‐Jahren ...... 27 Abbildung 7: TOSA‐Bus mit Schnellladestation ...... 28 Abbildung 8: induktives Ladesystem ...... 28 Abbildung 9: Versuchsbetrieb des Gyrobus in Yverdon 1950 ...... 29 Abbildung 10 : CO2‐Emissionen aus thermischen (Varianten 1 und 2), hybriden (3) und elektrischen (4 und 5) Varianten ...... 29 Abbildung 11: erster Gasturbinen‐Bus 195378 ...... 31 Abbildung 12: Futuristischer Prototyp eines Fernbusses, 1956 ...... 32 Abbildung 13: Postauto mit Wasserstoff und Brennstoffzelle ...... 34 Abbildung 14: Afrikanischer Solar‐Bus ...... 35 Abbildung 15: Multi‐Hybrid als interessante Neuerung ...... 35 Abbildung 16: Wärmebild eines Busses ...... 42

Abbildung 17: Beispiele von CO2‐Emissionen der Busse je nach Treibstoff ...... 46

Abbildung 18: CO2‐Emissionen nach Verkehrsmittel 2016, ohne internationale Luftfahrt ...... 47 Abbildung 19: Place Bel‐Air in Genf mit zahlreichen Oberleitungen ...... 47 Abbildung 20: Elektrokasten und Ladesystem des TOSA ...... 48 Abbildung 21: Komplexität und Volumen der notwendigen Ausrüstung für den 18 m langen Wasserstoff‐Bus Phileas...... 50 Abbildung 22: Erster erdgasbetriebener Doppelgelenk‐Bus ...... 50 Abbildung 23: Wie würden unsere Strassen z.B. mit dedizierten Ladespuren für Busse aussehen? ...... 51 Abbildung 24: NAW‐Trolleybus in Lausanne ...... 53 Abbildung 25: Ein mit Bio‐Erdgas angetriebener Bus wird «aufgemoppt»...... 56 Abbildung 26: Darstellung der Evaluation der Hybrid‐Technologien nach den Kriterien von Kapitel 4 ...... 60 Abbildung 27: Darstellung der elektrischen Technologien nach den Kriterien von Kapitel 4 ...... 60 Abbildung 28: Darstellung der untersuchten Szenarien ...... 62 Abbildung 29: Projekt Elektrobus auf eigener Spur ...... 71 Abbildung 30: Vergleich der Technologien Hybrid, Erdgas und Diesel nach den Kriterien von Kapitel 4...... 74 Abbildung 31: Vergleich der Technologien Elektrisch und Diesel nach den Kriterien von Kapitel 4 ...... 75 Abbildung 32: Poster für das Seminar des VöV ...... 76 Abbildung 33: Poster (deutsche Version) für das Seminar des VöV ...... 77

16 von 77

HE‐ARC / MHO Projekt Alternabus Juni 2019 Verzeichnis der Tabellen

Tableau 1 : résumé des recommandations en fonction des conditions d'exploitation ...... 7 Tabelle 2: Zusammenfassung der Empfehlungen basierend auf den Betriebsbedingungen ...... 11 Tabelle 3: Evaluation des Kriteriums Leistung ...... 38 Tabelle 4: Evaluation des Kriteriums Reichweite ...... 40 Tabelle 5: Wirkungsgrad und Verbrauch der Antriebsmittel ...... 42 Tabelle 6: Evaluation des Kriteriums Energieverbrauch ...... 43 Tabelle 7: Evaluation des Kriteriums Lärm ...... 45 Tabelle 8: Abgasnormen für schwere Dieselmotoren ...... 45 Tabelle 9: Evaluation des Kriteriums Erhaltung der Luftqualität ...... 47 Tabelle 10: Evaluation des Kriteriums visuelle Auswirkung ...... 49 Tabelle 11: Kapazitätsnorm ...... 49 Tabelle 12: Evaluation des Kriteriums Kapazitätsbereich ...... 51 Tabelle 13: Evaluation des Kriteriums Verfügbarkeit ...... 52 Tabelle 14: Evaluation des Kriteriums technologische Reife ...... 54 Tabelle 15: Evaluation des Kriteriums Flexibilität ...... 55 Tabelle 16: Evaluation des Kriteriums Komfort ...... 55 Tabelle 17: Evaluation des Kriteriums Image ...... 57 Tabelle 18: Evaluation des Kriteriums Bus‐Anschaffungskosten ...... 57 Tabelle 19: Evaluation des Kriteriums Fahrzeuganschaffungskosten ...... 58 Tabelle 20: Anschaffungskosten Infrastruktur ...... 58 Tabelle 21: Evaluation des Kriteriums Anschaffungskosten Infrastruktur ...... 59 Tabelle 22: Nutzungskosten ...... 59 Tabelle 23: Evaluation des Kriteriums Nutzungskosten ...... 59 Tabelle 24: Empfehlung Szenario 1 ...... 63 Tabelle 25: Empfehlung Szenario 2 ...... 63 Tabelle 26: Empfehlung Szenario 3 ...... 64 Tabelle 27: Empfehlung Szenario 4 ...... 65 Tabelle 28: Empfehlung Szenario 5 ...... 66 Tabelle 29: Zusammenfassung der Empfehlungen je nach Betriebsbedingungen ...... 72

17 von 77

HE‐ARC / MHO Projekt Alternabus Juni 2019 1. Einleitung

Im Rahmen der vom Bundesrat beschlossenen Energiestrategie 2050 ist dem öffentlichen Verkehr mit dem Programm «Energiestrategie 2050 im öffentlichen Verkehr» (ESöV 2050) ein spezifisches Kapitel gewidmet. Das Bundesamt für Verkehr (BAV) wurde mit der Konkretisierung des Programms beauftragt, das sich vor allem an die Unternehmen des öffentlichen Verkehrs richtet. Ziel ist es, die Energieeffizienz im öffentlichen Personenverkehr durch drei Massnahmen zu verbessern:

 Festlegung der Grundprinzipien, Datensammlung, Zielfestlegung und Erarbeitung von Anreizmechanismen;  Nutzung von Informationsnetzen, Verbesserung der Vernetzung und des Informationsaustauschs unter den Akteuren;  Förderung der Durchführung, Identifizierung und Finanzierung von innovativen Projekten.

Der Zweck der vorliegenden Studie ist dem letzten Punkt zuzuordnen: dem BAV die notwendigen Grundlagen und Instrumente zu liefern, um die allgemeinen Fragen des Projekts ESöV 2050 bestmöglich zu beantworten.

Das Projekt verfolgt das Ziel, eine systematische Studie zu ganz oder teilweise elektrifizierten Antrieben – ein potenzieller Ersatz für die Dieselmotoren der Busse – durchzuführen. Die Bezeichnung der ökonomischen Hindernisse bei der Verbreitung der alternativen Antriebe, Lösungsvorschläge sowie bessere Informationen sollten den Unternehmen des öffentlichen Verkehrs helfen, Fahrzeuge und Betriebssysteme auszuwählen, die sowohl energieeffizient als auch für den Beförderungsauftrag, die finanzielle Situation und die Art des Netzes geeignet sind. Eine Gesamtübersicht ist für die meisten Busbetreiber sicherlich von Nutzen.

1.1 Methode Dazu bedient sich diese Arbeit folgender Methoden:

 Überblick über den Stand der Technik in der Schweiz und in Europa;  Interviews mit verschiedenen Unternehmen des öffentlichen Verkehrs, um die Meinungen der wichtigsten Stakeholder aus erster Hand zu erfahren;  Vertiefte Analyse der früheren, heutigen und künftigen Technologien;  Simulation von relevanten Szenarien und Evaluation der ausgewählten technologischen Varianten;  Identifizierung der Hindernisse für die Energiewende und Lösungsvorschläge;  Verfassen eines Praxisleitfadens in vier Sprachen (Französisch, Englisch, Italienisch und Deutsch).

Dieser Bericht dient als fachliche Hilfestellung für den Praxisleitfaden.

1.2 Projektgliederung Das Projekt gliedert sich in mehrere «Work Packages»:

 WP1: Vergleich der Systeme und Technologien in technischer, ökonomischer und operativer Hinsicht (Studienbericht);  WP2a: Erarbeitung eines Praxisleitfadens zuhanden der Unternehmen des öffentlichen Verkehrs;  WP2b: Übersetzung des Leitfadens in drei Sprachen (Deutsch, Italienisch und Englisch);  WP3: Planung und Moderation eines halbtägigen Workshops in Bern in zwei Sprachen (Französisch‐ Deutsch) für 30 Personen.

18 von 77

HE‐ARC / MHO Projekt Alternabus Juni 2019 2. Überblick über den Stand der Technik

Zu den sogenannten «alternativen» Antriebsmitteln wurden bereits zahlreiche Experimente und Studien durchgeführt. Die allermeisten gelangen zum Schluss, dass der Einsatz eines anderen Antriebsmittels als Diesel zu Energieeinsparungen führt. Zudem besteht ein allgemeiner Konsens, dass Diesel zwar langfristig bestimmt ersetzt wird, aber unter anderen wegen der niedrigen Kosten sehr attraktiv bleibt.

Die Ausrichtung auf vollelektrische Antriebe hat sich noch nicht ganz etabliert: Hybridantriebe sind momentan noch gut im Rennen, wobei es darum geht, ein bereits existierendes, kostengünstiges Antriebsmittel – Diesel – zu maximieren und gleichzeitig die sozioökonomischen Vorteile des Elektroantriebs zu nutzen.

In einem Kontext, in dem die Bedingungen für den Zugang zu alternativen Technologien noch nicht erfüllt sind (Mangel an Modellen, Mangel an Standards und Bewertungen, neue Versorgungslogistik), sind Transportunternehmen Vorreiter bei der Erprobung von neue Technologien. Allerdings können nur einige von ihnen die mit diesem Übergang verbundenen technologischen Risiken mit der Unterstützung oder dem Impuls der Behörden, die ihre Verkehrsdienste bestellen, tragen.

2.1 Allgemeines Historisch betrachtet stellte sich die Frage der Entwicklung der Antriebsmittel für Busse bereits im Jahr 20022, wie eine für Dallas Area Rapid Transit (USA) durchgeführte Studie zeigt. Schon damals belegte der Diesel/Elektro‐Hybrid den ersten Platz, gefolgt von einem Bus mit diesel‐ oder erdgasbetriebener Mikroturbine – der Beweis, dass alternative Lösungen schon zu jener Zeit existierten und in Betracht gezogen wurden. Wegen erheblicher Nachteile der elektrischen Energie, vor allem der zu geringen Energiedichte, standen die Elektroantriebe verständlicherweise an letzter Stelle.

Im Jahr 20093 gelangte eine für die Compañia del Tranvía de San Sebastián (Spanien) durchgeführte Studie zum Schluss, dass die Nutzung von emissionsarmen Diesel‐ und Bio‐Dieselbussen aus wirtschaftlicher Sicht am empfehlenswertesten ist. Mittel‐ und langfristig ist jedoch die Nutzung von vollelektrischen oder Diesel/Elektro‐Hybrid‐Fahrzeugen vorzuziehen.

Die Freiburgischen Verkehrsbetriebe (TPF) stellten 20124 erwartungsgemäss fest, dass Diesel ökonomisch gesehen natürlich die günstigste Lösung darstellt, aber dass Elektrizität als Zukunftslösung zu betrachten ist, weil sie die Vorteile der Trolleybusse ohne deren grosse Nachteile bietet.

Eine weitere Studie, die nur den Diesel/Elektro‐Hybrid mit dem Trolleybus verglich, gelangte 20135 für die Stadt La Chaux‐de‐Fonds zum Schluss, dass der serielle Hybridantrieb die interessanteste Lösung darstellt – besonders weil im Rahmen einer Umgestaltung beim Bahnhof die Fahrleitung wegen Bauarbeiten demontiert werden musste.

Die Statistiken sprechen jedoch durchweg für den Diesel: Im Jahr 20136 wurden nur 1,2 % der Busse in Europa mit Strom angetrieben gegenüber 79 % mit Diesel, 9,9 % mit Biodiesel und 7 % mit Erdgas; praktisch neun von zehn Bussen fuhren also mit einer Form von Diesel.

2 https://www.afdc.energy.gov/pdfs/dart_tech_assess.pdf 3 https://www.dbus.eus/wp‐content/uploads/2014/04/5‐biofuels‐and‐new‐technologies‐for‐dbus.pdf 4 agglo‐fr.ch/fileadmin/user_upload/Comite/Reponses_Post_Mot_Quest/2016/fd_160323_RepComite_Quest28_Rapport.pdf 5 http://www.chaux‐de‐fonds.ch/autorites/conseil‐general/Documents/seances_CG/2014/20140630/cg_20140630_04b.pdf 6 http://zeeus.eu/uploads/publications/documents/zeeus‐ebus‐report‐internet.pdf

19 von 77

HE‐ARC / MHO Projekt Alternabus Juni 2019

Trotz der ermutigenden Signale aus den aufeinanderfolgenden publizierten Studien verzeichnete die Energiewende in Deutschland 2017 7 einen Stillstand. Elektrobusse kosten zu viel, es sind kaum Modelle deutscher Hersteller verfügbar, die Ladestationen sind schwer aufzubauen und die Werkstätten müssen umgebaut und modernisiert werden. Kurz: Der Ausstieg aus dem Diesel bis 2020 würde schon an ein Wunder grenzen.

In Frankreich8 herrscht eine andere Situation: Die Pariser Verkehrsbetriebe Régie Autonome des Transports Parisiens (RATP) haben als Zielvorgabe für 2025 80 % Elektrobusse und für die restlichen 20 % Biogas‐Busse festgelegt. Dieser Anteil wurde zwar im Jahr 2018 leicht korrigiert (zwei Drittel Strom und ein Drittel Biogas)9. Zudem wurde eine Ausschreibung zur Beschaffung von 250 bis 1000 Batteriebussen für Gesamtkosten von 400 Millionen Euro lanciert. Die Gesamtkosten beliefen sich auf 400 Millionen Euro und wurden schliesslich in drei Losen an französische (statt chinesische10) Unternehmen vergeben, die insgesamt 800 Busse liefern werden11.

Bis zur eventuellen allgemeinen Umstellung auf vollelektrische Antriebe oder eine andere nachhaltige Alternative existiert eine Lösung, die Städten mit Trolleybussen erlaubt, sich auf batteriebetriebene Modelle auszurichten, z.B. im Fall der Verkehrsbetriebe der Waadtländer Riviera, den Transports Publics de la Riviera Vaudoise (VMCV), die ihre Trolleybusse mit Batterien nachrüsten werden, um eine Buslinie in Villeneuve ohne Oberleitungsbau zu verlängern12. Zürich ist mit dem «SwissTrolley plus» – ein weiterer Bus, der sich über die Oberleitungen beim Fahren auflädt – ebenfalls auf Kurs.

Mit dieser Perspektive ersetzen die Verkehrsbetriebe in Genf, die Transports Publics Genevois (TPG), und in Lausanne, die Transports Lausannois (TL), die Generatoren der Trolleybusse nach und nach durch Batterien, und zwar nicht nur zur Verringerung der Lärmbelastung, wenn die Busse z.B. bei Strassenarbeiten ohne Oberleitung fahren, sondern auch, wie oben beschrieben, zur Verlängerung oder auch Verbindung zweier bestehender Buslinien ohne Oberleitungsbau, um das Angebot zu geringeren Kosten zu erweitern.

Während die Elektrifizierung von Oberleitungsbussen eine einfache Möglichkeit darstellt, ihre Autonomie zu verbessern, werfen rein elektrische Busse grosse Probleme bei der Ladestrategie auf. Wie können z.B. 100 Elektrobusse über Nacht aufgeladen werden, wenn man dafür nur 3 Stunden Zeit hat? Dafür wäre eine Leistung von rund 21 MW nötig, d.h. fünfmal so viel wie jene des Kraftwerks Letten13. Das Aufladen der Busse müsste durch die Erhebung und Bearbeitung von Informationen intelligent geplant werden 14 , um den Strombezug bestmöglich zu glätten um Infrastrukturkosten einzusparen. Hier liegt die eigentliche Herausforderung der Elektrifizierung des Netzes und des «Smart Grid».

Japan schliesslich setzt auf das Experiment Wasserstoff: Seit 2018 15 sind die Einwohnerinnen und Einwohner Tokios (Japan) im ersten dort zugelassenen Wasserstoff‐Bus lautlos unterwegs.

7 https://www.tagesspiegel.de/berlin/oeffentlicher‐verkehr‐in‐berlin‐die‐bvg‐kommt‐bei‐e‐mobilitaet‐nicht‐voran/20153518.html 8 http://www.lagazettedescommunes.com/520295/bus‐electriques‐et‐gnv‐la‐ratp‐experimente‐tous‐azimuts/ 9 https://www.romandie.com/news/L‐Ile‐de‐France‐se‐lance‐resolument‐dans‐le‐bus‐electrique/883796.rom 10 https://www.challenges.fr/automobile/bus‐electriques‐chinois‐pourquoi‐les‐europeens‐sont‐a‐la‐traine_474534 11 https://www.lesechos.fr/industrie‐services/tourisme‐transport/la‐ratp‐fait‐le‐choix‐du‐made‐in‐france‐pour‐sa‐commande‐ massive‐de‐bus‐electriques‐1007849 12 http://www.hopitalrivierachablais.ch/upload/docs/application/pdf/2017‐06/tp.pdf 13 http://tst‐suisse.ch/files/248/vbz‐ebus‐strategie‐franz‐11052017.pdf 14 https://www.theagilityeffect.com/fr/article/smart‐charging‐pour‐bus‐100‐electriques/ 15 https://www.lesnumeriques.com/voiture/toyota‐sora‐premier‐bus‐a‐hydrogene‐cache‐botte‐secrete‐n73159.html

20 von 77

HE‐ARC / MHO Projekt Alternabus Juni 2019

2.2 Kosten Allgemein ist festzustellen, dass Elektrobusse mit gemieteten oder mit gekauften Batterien unter Berücksichtigung der Anschaffungs‐, Wartungs‐ und Betriebskosten mindestens eineinhalb Mal teurer als Dieselbusse. Wasserstoff/Elektro‐Hybrid ist die bisher teuerste Antriebstechnologie, weit vor dem konventionellen Obus. Der Diesel‐Elektro‐Hybrid liegt etwas über dem Diesel.

Abbildung 1: Kostenvergleich der Bustechnologien Es sei darauf hingewiesen, dass die Kraftstoffpreise steigen, Diesel hat sich in 20 Jahren verdoppelt16, was die Gesamtkosten für den Busbetrieb in Zukunft beeinflussen könnte.

Im Jahr 201317 zeigte ein Bericht des Blekinge Institute of Technology (BTH) in Schweden, dass vollelektrische Antriebe unter Berücksichtigung des gesamten Produktlebenszyklus in acht Jahren verglichen mit Diesel, Hybrid, Biogas und Biodiesel am günstigsten sind. Allerdings werden Elektrobusse mit rasch alternden Batterien wegen der in der Studie angenommenen kurzen Lebensdauer z. B. gegenüber Dieselbussen mit einer nachgewiesenen durchschnittlichen Nutzungsdauer von mindestens 15 Jahren oder einem Trolleybus von mindestens 20 Jahren begünstigt.

2.3 Verbrauch Der Treibstoffverbrauch der alternativen Antriebe bildete je nach Diskussionsrichtung immer ein entscheidendes Argument. Tatsache ist jedoch, dass der Diesel in der Personenbeförderung weiterhin den Standard darstellt. Die Entwicklung der Motoren, der Vorschriften und der staatlichen Sanktionen zwang die Hersteller, zunehmend verbrauchsarme und saubere Motoren zu bauen: Weniger Verbrauch bedeutet sinkende CO2‐Emissionen, sodass die gesteckten Ziele erreicht werden können.

Mercedes18 entwickelte 2012 den Bus Citaro Euro VI mit einem 300 PS starken Dieselmotor, der die Euronorm VI erfüllt und 8,5 % weniger Treibstoff – d. h. 3,6 l/100 km – weniger verbraucht als der Vorgänger Citaro Euro V. Bei einer Lebensdauer von 12 Jahren und einer jährlichen Fahrleistung von 60 000 km werden Berechnungen zufolge über 25 000 Liter Diesel pro Bus eingespart.

16 http://france‐inflation.com/prix‐carburants.php 17 https://www.diva‐portal.org/smash/get/diva2:834206/FULLTEXT01.pdf 18 https://www.mercedes‐benz‐bus.com/de_DE/brand/awards.html

21 von 77

HE‐ARC / MHO Projekt Alternabus Juni 2019

Das Einsparungspotenzial des Hybridmotors wurde jedoch rasch erkannt. Bereits 200919 wurde festgestellt, dass der Treibstoffverbrauch von Bussen mit Diesel/Elektro‐Hybridmotor in den Städten Seattle und New York (USA) um ungefähr 30 % zurückging.

Die Verkehrsbetriebe Biel (VB) führten 201120 Tests mit einem Diesel/Elektro‐Hybridbus durch, mit dem 30 % Treibstoff gespart werden konnten.

Gemäss der unter Ziffer 2.1 erwähnten, im Jahr 2013 in La Chaux‐de‐Fonds durchgeführten Studie verbraucht ein Hybridbus etwa 25 % weniger Treibstoff als ein konventioneller Dieselbus, aber die technologische Entwicklung der neuen Dieselbusse macht sie effizienter in Bezug auf den Treibstoffverbrauch. Diese Studie zeigt auch, dass der Trolleybus noch besser abschneidet, mit einer Verbrauchsreduzierung von 45% im Vergleich zu Diesel.

Im Jahr 201321 liess ein weiterer Vergleich zwischen einem Diesel/Elektro‐Hybridbus und einem konventio‐ nellen Dieselbus – diesmal in Quebec (Kanada) – eine Verbrauchsreduktion von etwa 30 bis 37 % je nach Fahrstrecke ersehen.

Eine Studie von 201422 zu grossen Busflotten in China zeigte, dass Hybridbusse gegenüber konventionellen Bussen etwa 25 % Treibstoff einsparten, d. h. dass sie nur 30 l/100 km statt der vorher statt 40 l/100 km verbrauchten. Nicht von ungefähr befinden sich 95 % der im Jahr 2016 weltweit verkauften Elektrobusse in China17.

Ebenfalls im Jahr 201423 wurde in der schwedischen Stadt Göteborg das europaweite Projekt «Hyper Bus» zur Förderung der Diesel/Elektro‐Hybrid‐Technologie umgesetzt – mit Erfolg: Gegenüber einem konventionellen Dieselbus des Typs Euro V betrugen die Energieeinsparungen 61 % und die Treibstoffeinsparungen 81 %.

Allerdings wird ausser beim Experiment in Göteborg nur sehr selten erwähnt, wie diese Einsparungen berechnet werden. Neben dem Treibstoffverbrauch muss auch der Energieverbrauch berücksichtigt werden, weil die Treibstoffe unterschiedliche Heizwerte besitzen.

Die 201724 in den drei französischen Regionen Marseille, Nizza und Vaucluse durchgeführten Experimente mit erdgasbetriebenen Fahrzeugen konnten keine Treibstoffeinsparungen gegenüber konventionellen Dieselbussen aufzeigen, obwohl der Artikel in der Fussnote dies zu beweisen versucht; wenn nämlich die Energieäquivalenz der verschiedenen Treibstoffe berücksichtigt wird, fallen die Ergebnisse ganz anders aus.

In Nancy (Frankreich) wurde 201625 bei Bussen, die rund 100 Personen befördern können, ein Verbrauch von rund 813 kWh/100 km Erdgas gemessen, also 50 % mehr als bei vergleichbaren Dieselbussen, was sich in unseren Interviews bestätigte.

2.4 Umweltbelastung

Ähnlich wie für den Verbrauch ist bei der Berechnung der CO2‐Emissionen nicht nur das Fahrzeug (Tank‐to‐ Wheel, TTW, engl. vom Treibstofftank bis zum Rad), sondern die gesamte Energiekette einschliesslich der Herstellung des Produkts und des damit verbundenen Aufwands zu berücksichtigen (Well‐ to‐Wheel, WTW, engl. von der Primärenergiequelle bis zum Rad). Leider werden diese Werte zu oft ignoriert oder verkannt,

19 http://publications.gc.ca/collections/collection_2012/tc/T41‐1‐71‐fra.pdf 20 vb‐tpb.ch/fileadmin/_migrated/content_uploads/2011_12_19_Medienmitteilung_Hybrid_Ergebnisse_vb‐tpb_F_01.pdf 21 http://www.stm.info/sites/default/files/affairespubliques/Communiques/Annexes/rapport_essais_iveco.pdf 22 http://www.repic.ch/files/7114/4126/7442/Grutter_FinalReport_e_web.pdf 23 http://www.hyperbus.se/download/18.6f0426c148417f553730177/1409928650556/Hyperbus+Rapport_2014_140623.pdf 24 http://www.gaz‐mobilite.fr/actus/experimentations‐autocars‐gnv‐paca‐gaz‐naturel‐resultats‐1701.html 25 http://www.grandnancy.eu/fileadmin/fichiers/web/ESPACE_PRESSE/DP/Dossier_de_presse_Citaro.pdf

22 von 77

HE‐ARC / MHO Projekt Alternabus Juni 2019

was zusätzliche Verwirrung in Bezug auf die Fahrzeugemissionen stiftet. Ganz zu schweigen von den unterschiedlichen Tests und Normen, die die Ergebnisse und Werte der Fahrzeugbauer wesentlich beeinflussen.

In der Schweiz betrug der PM10‐Anteil an den Emissionen des Personenstrassenverkehrs im Jahr 201026 11 %. Die Partikel stammen nicht ausschliesslich aus den Auspuffgasen, sondern auch aus dem Verschleiss der Fahrzeugbestandteile (Bremsen, Kupplung und Reifen), dem Strassenabrieb usw.27

Eine Studie aus dem Jahr 200728 zur Rolle von Erdgas und Biomethan in der Energiezukunft Deutschlands wies dem Wasserstoff in der CO2‐Bilanz nach dem WTW‐Prinzip den letzten Platz zu. Der Grund dafür ist die energieintensive Umwandlung von Wasserstoff. Es ist jedoch zu beachten, dass die Energie je nach Land und Region aus verschiedenen, mehr oder weniger sauberen Quellen stammt (Kernkraft, Kohle, Wasserkraft usw.). Da die Wasserkraft einen grossen Teil des Schweizer Energiemixes ausmacht, hätte dieser Energiebedarf zur Konditionierung von Wasserstoff weniger negative Auswirkungen auf die CO2‐Bilanz dieser Technologie wie in Deutschland.

Zudem müssen staatliche Sanktionen bzw. Belohnungen betreffend CO2‐Emissionen berücksichtigt werden, die mit fossilen Brennstoffen angetriebene Busse wie Dieselfahrzeuge stärker benachteiligen. Bei den Schadstoffemissionen hingegen schneiden Dieselbusse dank der aktuellen Entwicklungen bei den Abgasnormen und Partikelfiltern immer besser ab. Die letzte immer noch geltende Euronorm VI wurde 2013 eingeführt und die Euronorm VII ist frühestens für 2020 oder 2021 geplant29.

Als Vorteile zeigte das Experiment der VB eine Verringerung der CO2‐Emissionen um 30 % auf. Im oben

genannten Versuch in Göteborg wurden die CO2‐Emissionen um 75 % gesenkt, weil 80 % der Strecke vollelektrisch befahren werden konnten, sodass die ausgewählten heiklen Zonen gar nicht belastet wurden.

Die Schweizerische Post beendete 201630 einen erfolgreichen fünfjährigen Versuch, bei dem in der Region Brugg fünf Postautos mit Wasserstoff‐Brennstoffzellen eingesetzt wurden. Über eine Million Kilometer wurden zur allgemeinen Zufriedenheit zurückgelegt; dabei wurde der Ausstoss von 1500 Tonnen CO2 vermieden. Der Versuchsbetrieb wurde allerdings wegen mangelnder Rentabilität31 eingestellt, vor allem weil die Technologie sich nicht so stark entwickelte wie anfänglich gewünscht und geplant. Die derzeitigen und künftigen technologischen Entwicklungen würden es ermöglichen, einige der Einschränkungen, die bei diesem Pilotversuch auftreten, insbesondere in Bezug auf die Wasserstoffspeicherung, zu beseitigen.

26 https://www.bafu.admin.ch/dam/bafu/de/dokumente/luft/fachinfo‐daten/feinstaub_fragenundantworten.pdf.download.pdf 27 http://ademe.typepad.fr/files/ademe‐v%C3%A9hicules‐diesel‐d%C3%A9finitive.pdf 28 http://www.arol‐energy.com/fileadmin/user_upload/Fiche_technique_biognv.pdf 29 https://www.carkeys.co.uk/guides/euro‐emission‐standards‐explained 30 https://www.postauto.ch/de/news/fuenf‐jahre‐erfolgreich‐mit‐wasserstoff‐unterwegs 31 https://www.postauto.ch/de/news/projekt‐beendet‐weit‐gefahren‐mit‐wasserstoff

23 von 77

HE‐ARC / MHO Projekt Alternabus Juni 2019 3. Inventar der Technologien

Dieses Kapitel umfasst die verschiedenen relevanten Technologien und andere, kuriose Busantriebe sowie eine kurze Beschreibung der Funktionsweise und eine Bilanz der Vor‐ und Nachteile.

3.1 Elektrisch Vollelektrische Busse gelten als die saubersten und werden dafür von der Bevölkerung geschätzt. Tatsächlich hängt ihre Energieeffizienz stark von der Herkunft des zum Aufladen genutzten Stroms ab. Die verschiedenen

Stromquellen unterscheiden sich stark in puncto ökologischer Fussabdruck und CO2.

Abbildung 2: Energiemix in der Stromproduktion weltweit32 Sogar zwischen Ländern desselben Kontinents bestehen riesige Unterschiede.

Im Jahr 2016 stammten in der Schweiz 59 % der Elektrizität aus Wasserkraft, 33 % aus Kernkraft, 3% aus fossilen Kraftwerken und 5% aus erneuerbaren Quellen33. Aufgrund saisonaler Schwankungen des Stau‐ und Flussniveaus importiert die Schweiz im Herbst und Winter einen Teil ihrer Energie, hauptsächlich aus Frankreich und Deutschland. Im Durchschnitt stammen nur 60% des in der Schweiz verbrauchten Stroms aus einheimischer Produktion. Ein Ziel der Energiestrategie 2050 besteht darin, den Anteil der erneuerbaren Energien im Strommix zu steigern34. Für den öffentlichen Verkehr ist dieses Ziel wichtig, da in energetischer Hinsicht nämlich nichts dafür spricht, Elektrobusse mit aus thermischen Quellen produziertem Strom zu betreiben35.

3.1.1 Konventioneller Trolleybus Der sogenannte «konventionelle» Trolleybus mit Pantograf existiert in der Schweiz seit über 100 Jahren und ist bis heute der sauberste und energieeffizienteste Bus zur Personenbeförderung. Die hiesige Bevölkerung hat eine tiefe emotionale Bindung zu diesem altbewährten Verkehrsmittel. Unser Land zählt so viele Städte mit Trolleybussen wie kein anderes in Westeuropa36.

32 http://pubs.rsc.org/is/content/articlepdf/2015/ee/c5ee01512j 33 https://www.energie‐environnement.ch/definitions/538‐mix‐electrique‐et‐mix‐energetique 34 https://www.admin.ch/opc/de/federal‐gazette/2013/7561.pdf 35 https://www.rtbf.be/info/societe/onpdp/detail_les‐bus‐hybrides‐de‐namur‐pas‐si‐verts‐que‐ca?id=9878024 36 https://fr.wikipedia.org/wiki/Liste_de_trolleybus_en_Suisse

24 von 77

HE‐ARC / MHO Projekt Alternabus Juni 2019

Abbildung 3: Erster Schweizer Trolleybus 191237 Trolleybusse mit einem kleinen Borddieselgenerator oder mit Batterien für den Notantrieb fahren auf kurzen Strecken sogar ohne Bügel. Die Technologie erfordert jedoch umfassende urbane Ausbauarbeiten, was den Betrieb auf dem Land erschwert – ganz zu schweigen von den als unschön empfundenen Oberleitungen besonders in den Innenstädten. Trolleybusse zeichnen sich neben der grossen Beförderungskapazität38 durch einen einfachen Niederflurzugang und minimalen Lärm aus.

Abbildung 4: Einweihung der neuen Freiburger Trolleybusse im Jahr 201039 Die Elektromotoren der Trolleybusse erzielen dank des hohen Drehmoments eine ausgezeichnete Beschleunigung und sind mit einem Gesamtwirkungsgrad (rund 75 %40) verbrauchsarm. Beim Abwärtsfahren und Bremsen gewinnen sie Energie zurück und speisen sie ins Netz ein. Die Anschaffungskosten für Fahrzeuge und Infrastrukturen sind zwar hoch, aber liegen immer noch unter jenen eines Trams. Angesichts der steigenden Treibstoffkosten wird der Trolleybus immer günstiger und die Lebensdauer der Infrastruktur beträgt rund 50 bis 60 Jahre41. Ein Problem in Städten mit tiefer Jahresdurchschnittstemperatur ist das Thema Raureif auf den Oberleitungen, das aktiv angegangen werden muss und Mehrkosten verursacht.

37 https://www.lematin.ch/societe/siecle‐trolleybus‐suisse/story/12525945 38 https://www.hess‐ag.ch/de/busse/trolleybusse/trolleyuebersicht.php 39 http://jorgetrolleybus.skyrock.com/2946952747‐Mise‐en‐service‐des‐nouveaux‐trolleybus‐de‐Fribourg‐Suisse.html 40 https://pastel.archives‐ouvertes.fr/pastel‐00834819/document 41 http://www.trolleymotion.eu/www/verwaltung/common/files/Trolleybuses_eurobus_2006.pdf

25 von 77

HE‐ARC / MHO Projekt Alternabus Juni 2019

3.1.2 Batterietrolleybus Batterietrolleybusse nutzen die bestehende Trolleybus‐Infrastruktur und benötigen anders als schnellladefähige Busse keine besonderen Anlagen entlang der Strecke. Hess belieferte die Verkehrsbetriebe Zürich (VBZ) mit dem «SwissTrolley plus». Auf dem Bild unten wird veranschaulicht, wie diese Busse ohne Oberleitung fahren.

Abbildung 5: «SwissTrolley plus» unterwegs in Zürich42 Nach Angaben der Projektträger kann der «SwissTrolley plus» 30 km ohne Oberleitung zurücklegen und benötigt dank der intelligenten Verbrauchssteuerung bis zu 15 % weniger Energie als ein konventioneller Bus43. Der Antrieb erfolgt über zwei Elektromotoren von je 152 kW, die mit einer Batterie von 60 kWh versorgt werden 44 . Diese interessante Lösung ermöglicht es, den Aktionsradius des klassischen Trolleybusses auszuweiten, die existierenden Installationen zu nutzen und die Kosten für den Bau neuer Oberleitungen zu minimieren. In Genf betreiben die TPG mehrere Linien mit Batterietrolleybusse und könnten einige Linien ohne Oberleitung verlängern. Durch den Vergleich der Quellen und Deklarationen der Betreiber kann eine Autonomie von ca. 10 bis 30 km ohne Aufladen über die Oberleitung erreicht werden. 3.1.3 Batteriebus Batteriebusse oder Elektrobusse fahren nur mit einem oder zwei Elektromotoren, die mit Bordbatterien versorgt werden. Das Gewicht gilt als grosser Nachteil des Systems, weil die Batterien ständig vom Fahrzeug mittransportiert werden müssen und auf der Fahrstrecke nicht wieder aufgeladen werden können. In puncto Lärmbelastung besitzt das System die Vorteile der Elektrofahrzeuge, jedoch eine begrenzte Reichweite Das Problem kann also entstehen: "Mehr Batterien bedeuten mehr Autonomie und mehr Masse, aber mehr Masse bedeutet weniger Autonomie". Das vor langer Zeit entwickelte System wurde u.a. wegen der hohen Kosten (80 % mehr pro Kilometer als ein Dieselmotor im Jahr 197545) erst in jüngster Zeit eingesetzt.

42 https://www.kommunalmagazin.ch/fahrzeuge/ein‐trolleybus‐fast‐ohne‐oberleitung 43 https://www.spirit.bfh.ch/index.php?id=757&L=1 44 https://www.stadt‐zuerich.ch/content/dam/stzh/vbz/Deutsch/Ueber%20das%20Departement/Medienmitteilungen/2017/ Factsheet%20SwissTrolley%20plus.pdf 45 http://archive.commercialmotor.com/article/15th‐august‐1975/4/battery‐bus‐nearly‐ready

26 von 77

HE‐ARC / MHO Projekt Alternabus Juni 2019

Abbildung 6: Für den Batteriebetrieb umgebauter Bus in den 1970er‐Jahren46 Die Technologie hat sich bis heute stark weiterentwickelt. Heute gibt es eine Vielzahl von wettbewerbsfähigen Elektrobussen. Allerdings sind dies mittelgrosse, 8 bis 12 Meter lange Busse, die für kurze Strecken und eine begrenzte Anzahl Fahrgäste geplant sind. Um die Strassen oder öffentlichen Infrastrukturen nicht zu beschädigen, darf eine bestimmte Gesamtmasse nicht überschritten werden.

Das Recycling der Bestandteile spielt hier eine noch wichtigere Rolle als bei anderen Technologien, weil die Busse mehrere Tonnen hochtoxische Bordbatterien mitführen. In der Schweiz muss ein besonderer Umstand – die Kälte – berücksichtigt werden. Bei Temperaturen von ‐20 °C büssen die Batterien bis zu 35 % Kapazität ein. 3.1.4 Schnellladefähige Batterien Bei dieser neuen Technologie – auch Bus mit Gelegenheitsladung genannt – handelt es sich um einen Batterietrolleybus ohne Oberleitung. Die Busse verkehren sehr flexibel, weil die Ladestationen in je nach Grösse der Bordbatterie und nach Streckenprofil unterschiedlichen Abständen angebracht und von mehreren Linien gemeinsam genutzt werden können. Sie besitzen die Vorteile des Elektrobusses ohne gewisse Nachteile und bilden einen guten Kompromiss; ein Plus ist der Neuheitseffekt beim Publikum.

Hess belieferte die TPG mit einem Fahrzeug namens TOSA, das seine Batterien in nur 15 Sekunden so weit nachlädt, dass der Bus bis zur nächsten Ladestation weiterfahren kann. An den Endhaltestellen werden die Batterien in vier Minuten aufgeladen47. Je nach Profil der Buslinie (Topografie, Auslastung) befindet sich an jeder dritten bis vierten Haltestelle eine Ladestation. Nantes hat ebenfalls 20 Busse dieses Typs gekauft, die ab Ende 2018 in Betrieb gehen sollten48. Ein Nachteil der Technologie besteht darin, dass sie aufwendige Infrastrukturen im Busdepot für das langsamere Vollaufladen und unterwegs für das Schnellladen erfordert – zusätzlich zu den Problemen der Batterielebensdauer und des Recyclings, die den Elektrobussen innewohnen.

Beim ersten Einsatz im Dezember 201749 musste der Betrieb wegen einiger Probleme mehrere Wochen lang eingestellt werden. Diese «Kinderkrankheiten» sind heute ausgestanden und die TPG setzen die Busse auf der Linie 23 erfolgreich ein.

46 http://transport‐illustrated.blogspot.ch/2016/03/runcorn‐in‐eighties.html 47 http://www.agir‐transport.org/wp‐content/uploads/2016/07/Etude‐CATP‐2016.pdf 48 http://www.busetcar.com/bus‐electrique‐hess‐innove‐solution‐tosa‐dabb/ 49 rts.ch/info/regions/geneve/9162599‐mise‐en‐service‐court‐circuitee‐pour‐le‐bus‐tosa‐100‐electrique‐a‐geneve‐.html

27 von 77

HE‐ARC / MHO Projekt Alternabus Juni 2019

Abbildung 7: TOSA‐Bus mit Schnellladestation50 Mit einem induktiven Ladesystem lassen sich die schnellladefähigen Busse noch diskreter aufladen. Scania entwickelte die Technologie im Jahr 201451 für die Stadt Södertälje in Schweden. 201652 wurde eine 10 km lange Linie eingeweiht, bei der sich der Bus über ein induktives Lademodul von 200 kW auflädt. Damit legt der Bus die Strecke ohne Nachladen der 56‐kWh‐Batterie zurück.

Abbildung 8: induktives Ladesystem53 Als erste europäische Hauptstadt testete Berlin54 (Deutschland) diese Technologie mit dem PRIMOVE‐Bus des Herstellers Bombardier im Sommer 2015. Der PRIMOVE‐Bus hatte im Januar 201755 bereits 500 000 km 56 zurückgelegt und so 527 Tonnen CO2 eingespart. Ende 2017 standen die Busse leider wegen zahlreicher Probleme im Depot; Lösungen sind noch nicht in Sicht.

Anekdotischer gesagt ist auch der Gyrobus zu erwähnen, der in den 1940er‐Jahren in Yverdon‐les‐Bains unterwegs war. Der Vorläufer der schnellladefähigen Elektrobusse versorgte über das mit 3000 Umdrehungen pro Minute laufende, 1500 kg schwere Schwungrad die für den Antrieb benötigten Elektromotoren und legte etwa 6 km in vollelektrischer Fahrweise zurück. Das «Aufziehen» des Schwungrads an den Haltestellen über abnehmbare Bügel auf dem Busdach dauerte bis zu drei Minuten und war auch beim Abwärtsfahren möglich.

50 Bild : HEIG‐VD – HE‐ARC 51 https://www.scania.com/group/en/wirelessly‐charged‐city‐bus‐tested‐for‐the‐first‐time‐in‐sweden/ 52 https://www.connaissancedesenergies.org/recharge‐dun‐bus‐electrique‐par‐induction‐en‐suede‐161219 53 http://www.avere‐france.org/Site/Article/?article_id=5893 54 http://www.mobilicites.com/011‐4062‐Berlin‐experimente‐une‐ligne‐de‐bus‐electriques‐a‐recharge‐sans‐fil.html 55 http://www.marketwired.com/press‐release/bombardiers‐primove‐e‐buses‐pass‐500000‐km‐milestone‐tsx‐bbd.b‐2189312.htm 56 https://www.golem.de/news/bombardier‐primove‐die‐bvg‐hat‐probleme‐mit‐ihren‐berliner‐induktionsbussen‐1711‐131001.html

28 von 77

HE‐ARC / MHO Projekt Alternabus Juni 2019

Abbildung 9: Versuchsbetrieb des Gyrobus in Yverdon 195057

3.2 Thermisch Thermobusse sind in der Regel auf nicht erneuerbare Originalkraftstoffe angewiesen und emittieren verschiedene Luftschadstoffe. Der technologische Wandel tendiert dazu, ihre Effizienz zu verbessern und ihre Umweltverschmutzung zu verringern, und die Herstellung von "Biokraftstoff" aus Abfällen trägt dazu bei, den Einsatz fossiler Brennstoffe zu begrenzen. Allerdings wird der thermische Antrieb aufgrund seiner klimatischen Auswirkungen, d.h. der CO2‐Emissionen, heute allgemein als eine zu ersetzende Technologie dargestellt58.

Abbildung 10 : CO2‐Emissionen aus thermischen (Varianten 1 und 2), hybriden (3) und elektrischen (4 und 5) Varianten59

3.2.1 Diesel Der Dieselmotor, der mit fossilen Brennstoffen auf Erdölbasis betrieben wird, ist die derzeit am weitesten verbreitete Technologie für Busse, wird aber vor allem wegen seiner CO2‐ und Schadstoffemissionen und seiner nicht erneuerbaren Kraftstoffquelle ersetzt. Dieselkraftstoff hat viele negative Aspekte, wie z.B. erhebliche Verschmutzung, Geruchs‐ und Lärmbelästigung und ein schlechtes Image in der Öffentlichkeit. Seine Vorteile liegen in relativ niedrigen Investitions‐ und Wartungskosten, zumal Dieselfahrzeuge keine

57 http://new.abb.com/news/detail/3321/from‐streetcars‐to‐race‐cars‐abbs‐deep‐experience‐in‐e‐mobility 58 https://www.parlament.ch/de/ratsbetrieb/suche‐curia‐vista/geschaeft?AffairId=20193000 59 Infras, Bus der Zukunft : E‐Optionen für die RVBV, 4. Juin 2018.

29 von 77

HE‐ARC / MHO Projekt Alternabus Juni 2019

spezielle Infrastruktur benötigen, ausser einer Kraftstoffpumpe und einem Speicher. Die Zuverlässigkeit und Wirtschaftlichkeit dieses Antriebs ist nicht mehr nachzuweisen, und wir werden bei den Vergleichen von technologischen Varianten (Kapitel 4) feststellen, dass er nach mehreren Kriterien Vorteile behält. 3.2.2 Erdgas für Fahrzeuge (NGV oder CNG) Es handelt sich um einen fossilen Brennstoff mit dem Hauptbestandteil Methan (90–95 %), der einen klassisch gebauten Verbrennungsmotor antreibt und die Euro‐VI‐Normen erfüllt, aber ohne Geruch und Rauch. Ein Vorteil für den Betreiber sind die verglichen mit dem Diesel niedrigeren Kosten60. Für das üblicherweise mit 200 Bar komprimierte Gas ist eine Aufbereitungsinfrastruktur notwendig. Es bestehen erhebliche Brandgefahren, die hohe Sicherheitsstandards erfordern61. 3.2.3 Bio‐Erdgas (Bio‐CNG) Dabei handelt es sich um die erneuerbare Version von CNG, auch Biomethan genannt, das aus kompostierbaren Abfällen produziert wird und deswegen nicht mit Lebensmitteln konkurriert – Fahren dank Abwasser und Speisefetten aus Restaurants!62 Die Einzelhandelskette Carrefour63 z. B. verwendet die Abfälle der Supermärkte für den Betrieb ihrer Lastwagen. Dieser Treibstoff kann im Land, in dem die Busse verkehren, hergestellt werden – was zur energetischen Unabhängigkeit beiträgt – aber er muss vor der Verwertung gereinigt werden64. Bei der Vergärung von Abfällen aus Landwirtschaft und Lebensmittelindustrie entsteht Biogas, das in Biomethan umgewandelt wird.

Die Technologie verwertet eine verfügbare Energiequelle (Methan), die weitgehend für die globalen Emissionen von Treibhausgasen verantwortlich ist und (ausser in Schweden) leider zu wenig genutzt wird. Der Grund ist vielleicht, dass in einigen Ländern Bio‐CNG zuerst ins kommunale Gasnetz eingespeist werden muss, bevor es im Verkehr verwendet werden kann, was seine Anwendung im Verkehr schmälert. 3.2.4 Flüssigerdgas (LNG) Bei gleichem Heizwert nimmt LNG ein 600‐mal kleineres Volumen ein als CNG65. Weil Hersteller nur wenige solche Fahrzeuge bauen und es kaum Ladestationen gibt, ist dieses Antriebsmittel schwach verbreitet. Die Lagerung ist aufwendig, weil etwa 1 % der Masse pro Tag verdunstet. 3.2.5 Flüssiggas (LPG) LPG lässt sich leicht transportieren und lagern, weil das Gas bei Niederdruck verflüssigt wurde. Es ist fünfmal weniger umweltschädlich als Benzin 66 und erzeugt deutlich weniger Schadstoffemissionen als ein Diesel‐ fahrzeug (65 bis 80 %67). Dagegen ist der Verbrauch beinahe doppelt so hoch wie bei einem Dieselmotor68. 3.2.6 Biodiesel Biodiesel existiert in den Varianten B20 (20 % Biodiesel und 80 % Diesel) und B100 (100 % Biodiesel)69. Der hauptsächlich aus Altöl 70 oder aus Raps, Palmöl usw. hergestellte Biodiesel leidet an mangelnder

60 https://www.gazprom‐energy.fr/gazmagazine/2017/10/gaz‐naturel‐vehicules‐bus/ 61 https://www.ledauphine.com/isere‐sud/2010/03/25/un‐bus‐au‐gaz‐d‐s‐embrase‐l‐auroroute‐coupee 62 http://geopolis.francetvinfo.fr/biogaz‐en‐suede‐les‐bus‐de‐stockholm‐roulent‐grace‐aux‐eaux‐usees‐84063 63 https://www.lesechos.fr/20/05/2014/LesEchos/21691‐101‐ECH_en‐france‐‐bus‐et‐camions‐commencent‐a‐rouler‐au‐gaz.htm 64 https://www.vd.ch/fileadmin/user_upload/themes/environnement/energie/fichiers_pdf/CECV_Glossaire.pdf 65 https://www.gazprom‐energy.fr/gazmagazine/2015/07/gnl‐gpl‐gnv‐differences‐usages/ 66 http://www.leparisien.fr/yvelines/les‐nouveaux‐bus‐roulent‐au‐gpl‐14‐12‐2001‐2002658013.php 67 https://www.transbus.org/dossiers/gpl.html 68 https://www.lemoniteur.fr/articles/bus‐propres‐quelle‐filiere‐choisir‐393153 69 https://www.cmu.edu/energy/education‐outreach/public‐outreach/17‐104%20Policy%20Brief%20Buses_WEB.pdf 70 https://www.biomassesuisse.ch/fr/biodiesel

30 von 77

HE‐ARC / MHO Projekt Alternabus Juni 2019

Wettbewerbsfähigkeit: Der Bund zahlt den Verkehrsunternehmen nur Rückerstattungen, wenn der Biodiesel‐ Anteil höchstens 7 % beträgt, da Biodiesel bereits bei der Produktion subventioniert wird. Zudem schreiben die Hersteller bei einer Erhöhung der Biodiesel‐Konzentration lange Anpassungs‐ und Testzeiten vor. 3.2.7 Hythan Hythan‐Busse sind meistens für den Betrieb mit Methan umgerüstete CNG‐Busse. Bei Hythan handelt es sich um ein Gemisch aus Erdgas (80 %) und Wasserstoff (20 %). Der Wasserstoff verbessert die Verbrennung von Erdgas und reduziert verglichen mit einem klassischen CNG‐Fahrzeug den Verbrauch und die Schadstoffemissionen um bis zu 9 %71. Das Gemisch gilt als gleich stabil wie Erdgas72. 3.2.8 Bioethanol Das verwendete Produkt ED95, ein Gemisch aus Ethanol (95 %) und einem erdölfreien Zusatzstoff (5 %), ist prioritär für Busse bestimmt. Der grosse Nachteil liegt in der Herkunft des Treibstoffes: Er wird aus

Lebensmitteln wie Mais, Weizen und Zuckerrüben gewonnen. Mit Bioethanol werden CO2‐Emissionen und Feinstaub zwar drastisch verringert (bis 90 % bzw. 70 %)73 und die Leistungen verbessert, aber der Verbrauch bleibt um 30 bis 50 % höher als bei einem Diesel‐Treibstoff74. Das System wird vor allem in südamerikanischen Ländern eingesetzt. 3.2.9 Gasturbine In den 1950er‐Jahren wurde der GM Turbocruiser75 – eine experimentelle Version eines mit einer Gasturbine ausgerüsteten Busses – entwickelt, aber wegen der hohen Verbrauchs‐ und Umweltverschmutzungswerte bald ausgemustert. GM ging damals davon aus, dass sich die Turbine für Fahrzeuge in erster Linie bei Schwerfahrzeugen76 durchsetzen würde, was grundsätzlich stimmt. Der Lärmpegel war auch keine Stärke des GM Turbocruisers.

Abbildung 11: erster Gasturbinen‐Bus 195378 Unter den ähnlichen Motorisierungen ist der Kuriosität halber der «Golden Dolphin» zu erwähnen: Der Bus mit Gasturbine und futuristischer Form erreichte 1956 theoretisch eine Geschwindigkeit von 200 km/h und sollte für internationale Reisen und Schnellverbindungen eingesetzt werden77.

71 https://www.techniques‐ingenieur.fr/actualite/articles/lhythane‐carburant‐du‐futur‐3858/ 72 http://www.cleantechrepublic.com/2011/02/22/hythane‐premiere‐etape‐hydrogene‐transports/ 73 https://www.bioethanolcarburant.com/nos_dossiers/ed95‐un‐biocarburant‐au‐format‐poids‐lourd/ 74 http://www.raisinor‐bioethanolavance.com/ethanol‐diesel95 75 http://theoldmotor.com/?p=33461 76 http://forum.bustalk.info/viewtopic.php?p=14905&sid=a5337b1ef2573eb6655e6643210faece 77 https://superretro.com/the‐golden‐dolphin‐as‐designed‐by‐ricciotti‐tonon‐in‐1956‐a‐gas‐turbine‐powered‐bus‐capable‐of‐ cruising‐at‐125‐mph‐thought‐for‐internetional‐tourism‐and‐fast‐connections/

31 von 77

HE‐ARC / MHO Projekt Alternabus Juni 2019

Abbildung 12: Futuristischer Prototyp eines Fernbusses, 195677

3.3 Hybrid Hybridtechnologien kombinieren Elektro‐ (Batterie und Elektromotor) und Verbrennungsmotoren und kombinieren die Vorteile beider Antriebsarten. Eine einfache Erklärung ist, dass bei niedrigen Geschwindigkeiten der Elektromotor seine Energie auf das Rad überträgt, während der Verbrennungsmotor das Fahrzeug antreibt, wenn mehr Leistung benötigt wird. Hybridmotoren ermöglichen die Energierückgewinnung beim Abbremsen oder Bremsen durch Akkumulation in der Batterie, ein Vorteil, der den Kraftstoffverbrauch und die Emissionen weiter reduziert.

Es gibt zwei Kategorien von Hybriden, je nach Art der Verbindung zwischen den Motoren und dem Getriebe:

 Seriell  Parallel

Beim «seriellen» System wird der Motor (z.B. ein Verbrennungsmotor) mit einem Generator gekoppelt, um den mit den Rädern verbundenen Elektromotor direkt anzutreiben. In einem "Serienhybrid" gibt es keine mechanische Verbindung zwischen dem Rad und dem Verbrennungsmotor, so dass dieser unabhängig von der Raddrehzahl mit seiner optimalen Drehzahl arbeiten kann. Die Energierückgewinnung beim Abbremsen oder Bremsen wird in der Batterie (oder Superkondensatoren) gespeichert und beim Start und bei niedriger Drehzahl bei ausgeschaltetem Verbrennungsmotor auf den Bus zurückgeführt und startet erst bei Ausfall der elektrischen Energie wieder.

Das System "parallel" stellt den Verbrennungsmotor und den Elektromotor parallel im Traktionsdiagramm dar. Durch ihre direkte Kombination auf der Radachse sind die beiden Motoren mechanisch mit den Rädern des Fahrzeugs verbunden und können nach verschiedenen Strategien gesteuert werden und ermöglichen zudem die Rückgewinnung der Bremsenergie. Je nach Art der analysierten Route verbrauchen und verschmutzen sie weniger als ihre "Serien"‐Pendants78. Für Busse scheint dieses System wegen seiner Effizienz zwischen 10 und 30 km/h, die den Geschwindigkeiten von Stadtbussen entspricht, notwendig zu sein79. 3.3.1 Elektrisch und Diesel Die Kombination Diesel mit Elektro ist wahrscheinlich die gängigste Hybridtechnologie. Bremsenergierückgewinnung, langsamer Elektroantrieb und Anfahren sind die Hauptvorteile des dieselelektrischen Hybrids, der besonders in den urbanen Zentren eingesetzt werden kann. Unsere Interviews zeigen, dass diese Technologie im Allgemeinen als Übergangstechnologie oder kurz‐ bis mittelfristige Lösung angesehen wird, die ein gutes Potenzial für Kraftstoffeinsparungen und CO2‐Emissionsreduzierungen bietet.

78 http://www.catp.fr/wp‐content/uploads/2017/09/Etude‐comparative‐des‐diff%C3%A9rentes‐motorisations‐de‐bus‐2017.pdf 79 http://www.swisscamion.ch/archives/2014/3/SC_3_2014_FR_TOTAL.pdf

32 von 77

HE‐ARC / MHO Projekt Alternabus Juni 2019

3.3.2 Elektrisch und CNG Diese Technologie ist dem Diesel‐Elektro‐Hybrid ähnlich, mit dem Vorteil des Gasbusses, der weniger Schadstoffe ausstösst. Dabei stellen sich in puncto Infrastruktur die gleichen Probleme wie bei einem rein auf Erdgas ausgelegten Antrieb. Der CNG dient als «Range Extender» für den seriell montierten Elektromotor 80. 3.3.3 Elektrisch und Mikro‐Turbine Die mit Biogas, LPG, CNG oder Diesel 81 angetriebene Turbine ermöglicht es, mit dem Ladezustand der Pufferbatterie von einigen zehn kWh zu spielen, der Batterie, die die Traktionsenergie des Busses liefert82. Diese Lösung ermöglicht es der Turbine, so oft wie möglich am Punkt des maximalen Wirkungsgrads zu laufen, wodurch die CO2‐Emissionen im Vergleich zu einem Dieselbus und der Kraftstoffverbrauch im Vergleich zu herkömmlichen Hybridbusflotten gesenkt werden83.

2009 und 2010 wurde das System in New York eingesetzt84. Die schwache Turbinenleistung von 30 kW hielt der geplanten Beanspruchung nicht stand. Nach dem Einbau einer leistungsstärkeren Turbine von 65 kW traten Probleme mit der Zuverlässigkeit auf, sodass das Projekt trotz nachweislicher Vorzüge – leiser Betrieb – endgültig eingestellt wurde85. 3.3.4 Elektrisch und Wasserstoff Bei diesem Antrieb werden Elektromotoren seriell von einer mit Wasserstoff betriebenen Brennstoffzelle gespeist. Zudem kann eine Batterie als Puffer zur Speicherung der zurückgewonnenen Bremsenergie genutzt werden. Diese Technik bietet den grossen Vorteil, dass die Brennstoffzelle «auf Verlangen» an Bord Treibstoff produziert. Brennstoffzellen geben nur Wasserdampf ab, sodass der CO2‐Ausstoss drastisch reduziert wird. Der Umwandlungsprozess ist jedoch energieintensiv. Es existieren Lösungen, um diese negative Auswirkung zu mildern, z.B. durch die Nutzung von Sonnenenergie zur Erzeugung von Wasserstoff86. Für den Transport von 1 kg Wasserstoff in einem Lastwagen braucht es einen Stahlbehälter von 100 kg. Wasserstoff muss also vor Ort produziert werden können.

Ausfälle von Kompressoren sind die häufigsten Ursachen von Betriebsausfällen an den Wasserstoff‐ tankstellen87. Der Preis fällt auch nachteilig ins Gewicht und verringert die Rentabilität des Busses, obwohl die Fahrzeuge heute viermal weniger kosten als vor 25 Jahren88. Mit dieser Technologie ausgestattete Busse fahren hingegen dreimal leiser als Diesel‐Fahrzeuge89.

80 http://www.gaz‐mobilite.fr/actus/bus‐hybrides‐gnv‐retour‐experience‐ville‐barcelone‐1358.html 81 https://www.lemoniteur.fr/articles/mettez‐une‐turbine‐dans‐le‐moteur‐300807 82 https://www.greencarcongress.com/2007/10/microturbine‐se.html 83 https://www.theguardian.com/world/2016/apr/21/new‐zealands‐largest‐bus‐company‐to‐retrofit‐fleet‐with‐electric‐engines 84 http://secondavenuesagas.com/2011/02/03/end‐of‐the‐designline‐for‐new‐buses/ 85 https://www.greencarreports.com/news/1054947_jaguar‐style‐turbine‐hybrid‐buses‐not‐up‐to‐nyc‐service‐sadly 86 https://www.scania.com/ch/de/home/experience‐scania/news‐and‐events/News/archive/2016/08/Asko.html 87 https://www.coop.ch/content/dam/Medien/Medienmitteilung/2016/Coop‐eroeffnet‐erste‐oeffentliche‐ Wasserstofftankstelle/Factsheet_Tankstelle_D.pdf 88 http://www.afhypac.org/documents/tout‐savoir/Fiche%209.2%20‐%20Les%20bus%20H2%20rev.sept2016%20Th.pdf 89 http://old.agoria.be/www.wsc/rep/prg/ApplContent?SessionLID=2&vUserID=999999&ENewsID=100045

33 von 77

HE‐ARC / MHO Projekt Alternabus Juni 2019

Abbildung 13: Postauto mit Wasserstoff und Brennstoffzelle30 Die auf dem Dach montierten Hochdrucktanks für Wasserstoff (oft 350 oder 700 Bar) wirken auf die Öffentlichkeit oft unheimlich. Wie die Betreiber der Busse bestätigen, sind die Risiken jedoch sehr begrenzt, sofern die grundlegenden normalen Vorsichtsmassnahmen befolgt werden. Bei Überdruck kann das Gas über Sicherheitsventile austreten.

Im Fall von Naturkatastrophen z.B. können diese Busse – wie in Japan üblich – als Notgeneratoren90 dienen.

Eine Evolution könnte die Sicherheit und Kosteneffizienz des Systems, des "LOHC"‐Speichers, verbessern, das die chemischen Eigenschaften von Wasserstoff nutzt, um sich an metallische Elemente zu binden. Es ist jedoch notwendig, den Nachteil dieser Technologie, nämlich die Verwaltung der bei der Speicherung oder Freisetzung von Wasserstoff erzeugten oder entzogenen Wärme in einer Grössenordnung von ‐200°C zu begrenzen oder sogar zu nutzen. Ein zweites Problem, das aufgeworfen wird, betrifft die Zusammensetzung dieser chemischen Lösung, d.h. erhöhte Handhabungsrisiken, Abfallwirtschaft und sekundäre chemische Reaktionen. Aber die grösste Einschränkung im Moment ist der geringe Reifegrad des Systems, das noch in der Entwicklung ist und nur eine Absicht bei Bussen ist91. 3.3.5 Elektrisch und Solar Auf dem Busdach angebrachte Solarzellen dienen als «Range Extender» für die Batterien, die die Elektromotoren antreiben. Natürlich bleibt diese Technologie sehr sonnigen Orten vorbehalten. In Uganda wurde ein Fahrzeug dieses Typs namens Kayoola92 entwickelt, das 35 Fahrgäste über 12 km ausschliesslich mit Sonnenenergie befördert93. Es enthält eine Batterie von 70 kWh, die den 150‐kW‐Motor versorgt. Vor allem dank der Batterie kann der Bus 80 km zurücklegen.

90 http://www.automobile‐propre.com/breves/toyota‐un‐bus‐hydrogene‐japon/ 91 https://www.h2fc‐fair.com/hm18/images/forum/tf/03di/10.20_Hydrogenious%20Technologies_HMI2018.pdf und https://www.tvt.cbi.uni‐erlangen.de/LOHC‐LKW_Bericht_final.pdf 92 http://kiiramotors.com/new/wp‐content/uploads/Kayoola%20Solar%20Bus%20V10%20Magazine.pdf 93 http://bfmbusiness.bfmtv.com/entreprise/ce‐pays‐d‐afrique‐a‐concu‐son‐propre‐bus‐solaire‐949009.html

34 von 77

HE‐ARC / MHO Projekt Alternabus Juni 2019

Abbildung 14: Afrikanischer Solar‐Bus94 Uganda geniesst im Schnitt eine jährliche Sonneneinstrahlung von etwa 200095 kWh/m2 und übertrifft die schweizerischen Werte – durchschnittlich 1150 kWh/m2 im Mittelland und 1400 kWh/m2 im Wallis96 – bei Weitem. Dieses Busmodell wäre also für unsere Breitengrade nicht sonderlich geeignet. Mit der Entwicklung und Nutzung von hochwertigen Solarzellen könnte diese Technologie jedoch in bestimmten Regionen angewandt werden, um einige zusätzliche Kilometer Reichweite herauszuholen. 3.3.6 Elektrisch, Diesel und hydraulisch Mit dem Businova erschien eine Kuriosität auf dem französischen Markt: Ein maximal 12 m langer Multi‐ Hybridbus, der einen Elektromotor von 250 kW parallel mit einem Hydraulikmotor von 110 cm3 koppelt. Der Verbrennungsmotor von 80 kW dient als «Range Extender». Mit einer Batterie von 132 kWh ausgerüstet erzielt das Fahrzeug eine Reichweite von 200 km.

Abbildung 15: Multi‐Hybrid als interessante Neuerung97 Der Multi‐Hybridbus soll den Verbrauch und die Schadstoffemissionen signifikant reduzieren. Solange keine konkreten Tests und Rückmeldungen vorliegen, ist das System eher als Kuriosität zu sehen: Im Vordergrund steht ein womöglich zukunftsträchtiger Multi‐Hybrid‐Antrieb, der aber angesichts der raschen Entwicklung der «einfachen» Batteriebus‐Technologie kompliziert bleibt.

94 http://www.innogencepulse.com/kayoola‐premier‐bus‐solaire‐dafrique/ 95 http://www.greenrhinoenergy.com/solar/radiation/empiricalevidence.php 96 https://www.icstech.ch/energie‐solaire/solaire‐photovolta%C3%AFque/ 97 https://actu.fr/hauts‐de‐france/abbeville_80001/un‐bus‐electrique‐dans‐les‐rues‐a‐lessai‐samedi‐13‐mai_10135500.html

35 von 77

HE‐ARC / MHO Projekt Alternabus Juni 2019 4. Evaluation der Varianten

Der folgende Abschnitt beschreibt die Kriterien für die Definition der vielversprechendsten Antriebsmittel. Sie werden in fünf Hauptkategorien von eins (schlecht) bis fünf (ausgezeichnet) eingestuft:

 Leistung: Kapazitäten der Busse in unterschiedlichen Situationen o Antriebsleistung o Reichweite o Energieverbrauch  Umwelt‐ und Lärmbelastung: sozioökologische Aspekte o Lärm o Umweltbelastung o Visuelle Auswirkung  Betrieb: für den Betreiber nicht zu vernachlässigende wichtige Aspekte o Kapazitätsbereich o Verfügbarkeit o Technologische Reife o Flexibilität  Fahrgäste: Für die Fahrgäste als Hauptnutzer der Busse sind die Begriffe Komforterlebnis und Image der Technologie mit zu berücksichtigen. o Komfort o Image  Einsparung: Teil Finanzen, einschliesslich Bus und Infrastruktur o Anschaffungskosten Fahrzeug o Anschaffungskosten Infrastruktur o Nutzungskosten Die Grafiken zu den verschiedenen Technologien befinden sich im Anhang des Berichts. Dabei wurden die folgenden technologischen Varianten ausgewählt:

 Trolleybus  Batterietrolleybus  Konventioneller Batteriebus  Schnellladefähiger Batteriebus  Diesel  Erdgas  Diesel/Elektro‐Hybrid  Wasserstoff/Elektro‐Hybrid

Diese Varianten wurden gemäss den Realisierungsmöglichkeiten in der Schweiz unter Berücksichtigung von Treibstoffversorgung, Nutzungsprofil, Zukunftspotenzial der Technologie usw. ausgewählt. Die Optionen wurden demnach nicht subjektiv enger gefasst, sondern um die Überlegungen auf den Schweizer Markt auszurichten.

36 von 77

HE‐ARC / MHO Projekt Alternabus Juni 2019

4.1 Leistung 4.1.1 Antriebsleistung Die Antriebsleistung ist besonders bei bestimmten Geländetopographien als wichtige Eigenschaft zu berücksichtigen. Bei starken Steigungen in einigen Städten oder in den Bergen ist es unverzichtbar, über eine Leistungsreserve zu verfügen.

In puncto Leistung schneidet der Trolleybus dank der Elektromotoren von über 300 kW Gesamtleistung am besten ab. Er besitzt ein hohes Drehmoment beim Anfahren. Gleiches gilt generell für die Elektrobusse, die je nach Grösse mit einem bis zwei Motoren von 100–150 kW ausgestattet sind. Deshalb gelangen sie bevorzugt in Städten mit starkem Gefälle zum Einsatz. Dank der kräftigeren Beschleunigung gewinnen sie gegenüber Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor relativ an Fahrgeschwindigkeit. Einige Trolleybusse oder Gelenkbusse leisten sich sogar den Luxus der Traktion auf zwei Achsen – auf glatten und zudem abschüssigen Strassen in der Schweiz ein interessanter Vorteil.

Die Leistung des Wasserstoff/Elektro‐Hybridbusses hängt natürlich von der Leistung der Brennstoffzelle ab, die generell bei rund 100 kW liegt. Es ist möglich, zwei (künftig vielleicht mehr) Brennstoffzellen zu kombinieren und so eine Leistung von über 200 kW zu erreichen. Seit 2009 gibt es den von Hyundai 98 entwickelten 300‐kW‐Bus; die für die nahe Zukunft vorgesehene nächste Generation dürfte die Performance weiter verbessern. Wie die jüngsten diesbezüglichen Fortschritte beweisen, haben die Hersteller allgemein erkannt, dass leistungsstarke Brennstoffzellen entwickelt werden müssen, weil dieser Bus‐Typ die Leistungsanforderungen heute nicht lückenlos erfüllt.

Auch der Dieselmotor stellt eine effiziente Antriebsquelle dar: Der Motor mit bis zu 280 kW bewältigt starke Steigungen, läuft aber dann mit voller Leistung und entsprechendem Lärm, was in besiedelten Gebieten problematisch ist. Die Motorenleistung ist leicht schwächer als bei zweimotorigen Trolleybussen, doch dies bedeutet keinen drastischen Nachteil.

Auch erdgasbetriebene Busse erzielen eine beachtliche Leistung – bisweilen die gleichen Werte wie Dieselmotoren – und kommen so mit den unterschiedlichen Betriebsbedingungen zurecht.

Der Diesel/Elektro‐Hybridbus schneidet hingegen schlecht ab: Er besitzt keinen leistungsstarken Dieselmotor (generell unter 175 kW), sondern nur einen Elektromotor (generell höchstens 150 kW). Problematisch bei dieser Konfiguration ist das Handicap des Diesel/Elektro‐Hybridbusses bei starken Steigungen; in bestimmten Städten kommt er deswegen gar nicht in Frage und wird nicht mehr eingesetzt. In einem Hybridbus ist die Menge der elektrischen Energie, die zur Unterstützung der Wärmeleistung zur Verfügung steht, begrenzt, was das Interesse an dieser Art von Antrieb verringern würde, in Anwendungen mit wiederholten hohen Beschleunigungen am Hang und/oder Anwendungen mit Fahrten auf schnell fahrenden Strassen.

Tabelle 3 unten fasst die Evaluation des Kriteriums «Leistung» für die unterschiedlichen berücksichtigten Technologien zusammen (von 1 = geringe Leistung; bis 5 = hohe Leistung).

98 http://www.cte.tv/wp‐content/uploads/2016/12/4_Jeon.pdf

37 von 77

HE‐ARC / MHO Projekt Alternabus Juni 2019

Technologie Beurteilung Konventioneller Trolleybus 5 Batterietrolleybus 5 Konventioneller Batteriebus 5 Schnellladefähiger Batteriebus 5 Diesel 4 Erdgas 4 Diesel/Elektro‐Hybrid 3 Wasserstoff/Elektro‐Hybrid 3

Tabelle 3: Evaluation des Kriteriums Leistung 4.1.2 Reichweite Die Reichweite spielt bei der Auswahl einer Technologie eine Schlüsselrolle. Einige Technologien sind heute noch nicht weit genug entwickelt, um den Bedarf bestimmter Nutzungsprofile zu decken. Die Reichweite (oder der Aktionsradius) wird hier definiert als die Distanz, die der Bus zwischen zwei Ladestationen (wo er den Aktionsradius wieder verlängert) zurücklegen kann. Es besteht ein Zusammenhang mit dem Kriterium Verfügbarkeit (Abschnitt 4.3.2), denn eine hohe Verfügbarkeit kann eine geringe Reichweite in gewissem Ausmass kompensieren.

Der Elektrobus steht vor folgendem Dilemma: Um an Reichweite zu gewinnen, müssen zusätzliche Batterien mitgeführt werden; dies vergrössert aber die Masse des Fahrzeugs und verringert wiederum die Reichweite. Die Technologie entwickelt sich heute rasch, sodass man künftig nicht viele zusätzliche Batterien einbauen muss, um die Reichweite zu erhöhen. Einige Hersteller haben dies erkannt: Hyundai99 verspricht mit 256‐ kWh‐ Batterien eine Reichweite von 290 km (das entspricht in etwa einem normalen Fahrtag in der Stadt). Allerdings fehlen nähere Angaben zu den Bedingungen, unter denen dieser Wert erzielt wurde. Ein Extrembeispiel ist der vom chinesischen Hersteller BYD100 im Jahr 2017 in die USA gelieferte, 12 Meter lange Bus mit einer 547‐ kWh‐Batterie, der mit einer einzigen Batterieladung 440 km zurücklegen kann – für regionale Strecken mit wenig hügeligen und geraden Strassen ideal. Spitzenreiter ist ein Bus mit einer 660‐kWh‐Batterie von Proterra, dank der er 2017 mit 1172 km den Streckenweltrekord – unter ebenfalls unbekannten Bedingungen – brach. Vollelektrische Minibusse verschiedener Hersteller verfügen dagegen nur über eine geringe Reichweite von etwa 120101 km, und zwar bei mehreren verschiedenen Herstellern102.

Ein konventioneller Batteriebus mit einer hohen Anzahl Batterien, deren Kapazität im Verlauf der Betriebsjahre abnimmt, verliert dadurch an Reichweite, sodass eventuell zusätzliche Busse eingesetzt werden müssen, um die reduzierte Betriebszeit des Busses zu kompensieren. Schnellladefähige Busse sind in geringerem Mass betroffen, weil sie weniger stark beansprucht werden (weniger vollständige Lade‐ und Entladezyklen).

Der Hauptunterschied zwischen Vollelektrobussen und Bussen mit schnellladefähigen Batterien betrifft die Menge der mitgeführten Batterien. Ein klassischer Elektrobus verfügt generell über mindestens 350‐kWh‐ Batterien, während ein Elektrobus mit schnellladefähigen Batterien von etwa 70 kWh auskommt – weniger als ein Tesla Model S!103. Da Batterien eine Energiedichte von etwa 0,1 kWh/kg besitzen, werden fast drei Tonnen Masse eingespart; dies entspricht der Masse von 40 durchschnittlich schweren Passagieren, die der Bus

99 https://fr.motor1.com/news/147435/bus‐electrique‐hyundai/ 100 https://electrek.co/2017/05/04/byd‐all‐electric‐bus/ 101 http://www.bluebus.fr/caracteristiques‐techniques 102 https://www.transbus.org/construc/gepebus_oreos2x.html 103 https://de.wikipedia.org/wiki/Tesla_Model_S

38 von 77

HE‐ARC / MHO Projekt Alternabus Juni 2019

ständig, auch bei Leerfahrten, mitführt. Zu berücksichtigen ist auch die Tatsache, dass auf dem Busdach keine unbegrenzte Batteriemenge Platz findet, sowie die damit zusammenhängenden Probleme (siehe dazu weiter unten im Bericht).

Ein schnellladefähiger Bus ist offensichtlich nicht für lange Strecken geeignet: Die Reichweite beträgt nur etwa 25 km (je nach Jahreszeit und mithin Verbrauch von Zusatzbatterien). Anschliessend muss er komplett aufgeladen werden, um erneut eine entsprechende Strecke zurückzulegen. Mit der Entwicklung der Batterietechnologie ist jedoch nicht ausgeschlossen, dass diese Fahrzeuge sich auf der ganzen Streckenlänge immer mehr wie vollelektrische Busse verhalten und so in absehbarer Zukunft ohne Zwischenladestationen auskommen. Doch auch die Kehrseite ist zu bedenken, nämlich die unweigerliche Abnahme der Batterieautonomie im Laufe der Zeit aufgrund der intensiveren Nutzung (mehr Lade‐ und Entladezyklen).

Unter Punkt 4.1.3 wird ein zusätzlicher reichweitenreduzierender Faktor beschrieben: die Verringerung der Batteriekapazität wegen Kälte und Heizung im Winter, wofür grosse Energiemengen verbraucht werden.

Der Trolleybus ist separat zu betrachten: Solange er Strom bezieht, kann er fahren. Bei einem Stromausfall weicht er auf den Dieselgenerator oder die Bordbatterien aus und kann damit kurze Strecken bewältigen, z.B. bei Arbeiten an Oberleitungen oder Strassensperrungen. Ohne Oberleitung beträgt die Reichweite des Trolleybusses jedoch praktisch null.

Der Batterietrolleybus ist auch begrenzt autonom, weil er wie der schnellladefähige Elektrobus immer von der Grösse der Bordbatterie abhängt. Mit Batterien von 40 bis 50 kWh schafft er je nach Betriebsbedingungen rund 15 km, bevor er wieder «einbügeln» und mit der Stromversorgung verbunden werden muss. Dass er beim Fahren laden kann, setzt ihn in puncto Verfügbarkeit gegenüber allen anderen Technologien deutlich in Vorteil.

Ein klassischer Dieselbus legt mit voller Tankfüllung auf Regionalstrecken bis zu 450 km und in der Stadt bis zu 300 km zurück. Damit kann er sein ganzes Tagespensum problemlos bewältigen. Der schwache Energiewirkungsgrad wird durch den hohen Heizwert des Treibstoffs und durch die grosse Tankfüllungsmenge kompensiert. Diesel‐Minibusse liegen mit einer beeindruckenden Reichweite von weit über 500 km nahe bei den Personenwagen, die z.T. 1000 km zurücklegen können.

Wie in Kapitel 2 (Stand der Technik) mit zahlreichen positiven Erfahrungen gezeigt wurde, zeichnet sich der Diesel/Elektro‐Hybrid durch einen reduzierten Verbrauch und damit eine grössere Reichweite aus. Einige Diesel/Elektro‐Hybridbusse bewältigen über 30 km im Vollelektrobetrieb und nutzen den Dieselmotor nur sporadisch. Hybrid‐Minibusse mit 20 bis 30 Fahrgästen dagegen liegen mit einer stark eingeschränkten Reichweite von rund 100 bis 120104 km deutlich hinter den Diesel‐Minibussen.

Erdgasbetriebene Busse sind mit einer Reichweite von 500 105 bis 600 106 km bei gleicher Grösse den Dieselbussen überlegen. Die Reichweite hängt wie beim Wasserstoff von der Anzahl Erdgasbehälter an Bord ab. Diese Busse müssen mit einer hohen Reichweite punkten, weil sie viel mehr Kraftstoff verbrauchen als alle anderen untersuchten alternativen Antriebsmittel.

Die Reichweite der Wasserstoff/Elektro‐Hybridbusse lässt sich schwer evaluieren, da die Zahlen variieren und schwer auffindbar sind. Die Post gibt107 eine Reichweite von 400 bis 600 km an, die übrigen Hersteller setzen eher auf eine Reichweite von 200 bis 300108 km. Dabei werden weder Fahrgastbelegung, Batteriekapazität,

104 http://www.avere‐france.org/Site/Category/?arborescence_id=96 105 https://www.bus.man.eu/ch/de/stadtbusse/lion_s‐city‐g/wirtschaftlichkeit/wirtschaftlichkeit.html 106 https://www.francebleu.fr/infos/transports/un‐bus‐qui‐roule‐uniquement‐au‐gaz‐naturel‐1516294300 107 https://movi‐mento.ch/de/artikel/2017/wirtschaftlich‐sind‐die‐wasserstoffbusse‐noch‐nicht.html 108 http://bfmbusiness.bfmtv.com/entreprise/la‐premiere‐ligne‐de‐bus‐a‐hydrogene‐en‐france‐circulera‐a‐pau‐1250270.html

39 von 77

HE‐ARC / MHO Projekt Alternabus Juni 2019

Fahrpofil noch Topografie usw. näher angegeben. Man sollte allein aufgrund der Reichweite nicht «blindlings» ein Wasserstoffbus‐Modell auswählen – obwohl im Rahmen des Projekts Clean Hydrogen In European Cities109 von 2010 bis 2016 anhand einer Palette aus 54 Bussen von 12 Metern Länge eine durchschnittliche Reichweite von über 350 km, also fast gleich viel wie bei Dieselbussen, gemessen wurde. Auch wasserstoffbetriebene Minibusse sind (zumindest auf dem Papier) mit einer angegebenen Reichweite von 500110 km sehr sparsam.

Tabelle 4 unten fasst die Evaluation des Kriteriums «Reichweite» für die unterschiedlichen Technologien zusammen.

Technologie Beurteilung Konventioneller Trolleybus 1 Batterietrolleybus 2 Konventioneller Batteriebus 3 Schnellladefähiger Batteriebus 2 Diesel 4 Erdgas 5 Diesel/Elektro‐Hybrid 4 Wasserstoff/Elektro‐Hybrid 4

Tabelle 4: Evaluation des Kriteriums Reichweite 4.1.3 Energieverbrauch Der Energieverbrauch, berechnet in Kilowattstunden pro Kilometer, ist an den Wirkungsgrad des Antriebsstrangs gekoppelt und berücksichtigt auch den Verbrauch von Hilfsstoffen (z. B. Heizung). In dieser Analyse wird nur der Bruttoverbrauch der Fahrzeuge berücksichtigt: Die "Well‐to‐Wheel"‐Bilanz (WTW) wird ignoriert, da sie von der Bezugsquelle abhängt.

Das Verbrauchskriterium umfasst auch die Fähigkeit der Systeme, Energie zurückzugewinnen, sei es beim Bremsen oder beim Absteigen. Im Sommer speist ein Trolleybus bis zu 20 % seines gesamten Energieverbrauchs wieder ins Netz ein. Diese Energie ist normalerweise in den angegebenen Zahlen zum Energieverbrauch über das Jahr gemittelt bereits enthalten.

Der Antrieb aller Busse mit Elektroantrieb weist gegenüber den Bussen mit Verbrennungsmotor einen wesentlich höheren Wirkungsgrad auf. Die beim Bremsen zurückgewonnene Energie wird direkt an Bord gespeichert und für das Anfahren genutzt, sofern der Bus über Akkus verfügt, direkt ins Netz eingespeist oder in elektrischen Widerständen in Wärme umgewandelt, die in bestimmten Fällen zum Heizen des Busses im Winter verwendet werden kann. Die «überschüssige» Energie‐ oder Wärmeproduktion sollte an Bord des Busses bestmöglich verwertet werden. Grosse elektrifizierte Busse besitzen unter Berücksichtigung der Zusatzantriebe einen Energieverbrauch von 2,5 bis 3,5 kWh/km, kleinere 0,9 bis 2 kWh/km. Die variierenden Werte der verschiedenen Busse gehen hauptsächlich auf die Art der Versorgung der Zusatzantriebe zurück.

Der Verbrauch der Dieselbusse reicht von 0,2 bei den Minibussen bis 0,7 l/km bei den grössten Modellen, allerdings mit Schwankungen je nach Betriebsprofil und Alter der Busse. Der untere Heizwert (Hi) von Diesel beträgt 10,6 kWh/l; der Verbrauch pro Kilometer entspricht: 𝑘𝑊ℎ 𝐶, 10.6 ∙ 0.2 2.12 𝑘𝑚 𝑘𝑊ℎ 𝐶 10.6 ∙ 0.7 7.42 , 𝑘𝑚

109 http://erh2‐bretagne.strikingly.com/blog/le‐projet‐europeen‐de‐bus‐hydrogene‐chic‐rapport‐final 110 http://french.china.org.cn/business/txt/2017‐11/20/content_50064852_2.htm

40 von 77

HE‐ARC / MHO Projekt Alternabus Juni 2019

Mit dem Dieselbus kann beim Abwärtsfahren oder Bremsen keine Energie zurückgewonnen werden – ein gewichtiger Nachteil, wenn man bedenkt, was hier herauszuholen ist. Das Defizit könnte dank eines Systems zur Rückgewinnung von Bewegungsenergie teilweise behoben werden, aber angesichts der damit verbundenen Arbeit ist es unwahrscheinlich, dass Mittel in diese technologische Innovation investiert werden.

Ein erdgasbetriebener Bus hat einen Gasverbrauch von 0,4 bis 0,8 Nm3/km Gas, wobei die Messwerte unter

ähnlichen Bedingungen wie den hiesigen eher im oberen Bandbreitenbereich liegen. Bei einem Hi‐Wert von 10,5 Nm3/km für Standard‐Erdgas ergibt sich: 𝑘𝑊ℎ 𝐶, 10.5 ∙ 0.4 4.20 𝑘𝑚 𝑘𝑊ℎ 𝐶 10.5 ∙ 0.8 8.40 , 𝑘𝑚 Idealerweise müsste die notwendige Verdichtung von Erdgas auf 200 Bar zwecks Speicherung im Fahrzeug, die mehr Energie verbraucht, berücksichtigt werden. Dieses Antriebsmittel ist nicht besonders rentabel, sondern macht vor allem dank der gegenüber dem Diesel niedrigeren Treibstoffkosten eine gute Figur.

Beim Wasserstoff ist das Problem ähnlich; es gibt mehrere Speicherungsmethoden:

 Kompression des Wasserstoffs bis 700 Bar  Kühlung des Wasserstoffs bis ‐253 °C, um ihn in flüssiger Form (LOHC) zu speichern.

Die zweite Methode befindet sich noch in der experimentellen Phase, so dass es sich bei dem komprimierten Wasserstoff um die bisher im Verkehr entwickelte Technologie handelt. Das Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff durch Elektrolyse ist jedoch sehr energieintensiv. Wie beim Erdgas wird die für die Kompression oder Herstellung von Wasserstoff benötigte Energie bei den Angaben zu den Verbrauchsmessungen nicht berücksichtigt. Wasserstoffbetriebene Busse haben einen durchschnittlichen Wasserstoffverbrauch von 0,1 bis 0,14 kg/km111, doch bei den kleinsten Bussen werden nicht selten 0,08 kg/km112 gemessen. Generell reicht die Bandbreite der Messwerte113 von 0,08 bis 0,09 kg/km für 12 Meter lange Busse und bis 0,13 kg/100 km für

18 Meter lange Busse. Bei einem Hi‐Wert von 33,3 kWh/kg für Wasserstoff ergibt sich: 𝑘𝑊ℎ 𝐶, 33.3 ∙ 0.08 2.66 𝑘𝑚 𝑘𝑊ℎ 𝐶 33.3 ∙ 0.14 4.66 , 𝑘𝑚 Der Energieverbrauch wirkt sich bekanntlich auf die Gesamtkosten des Busses aus, sodass die Resultate je nach dem für die Kostenberechnung verwendeten Verbrauch erheblich variieren. Bushersteller geben oft nicht genau an, wie der Verbrauch berechnet oder gemessen wird. Allerdings darf nicht nur der Verbrauch berücksichtigt werden: Die Treibstoffkosten bilden den anderen Teil der Gleichung zur Berechnung der Nutzungskosten einer Technologie.

Tabelle 5 unten fasst die verschiedenen spezifischen Verbrauchswerte zusammen. In dieser Tabelle entspricht der untere Wert der Bandbreite einem kleinen Bus und der obere Wert steht tendenziell für einen grösseren Bus (sofern diese Option für die fragliche Technologie existiert).

111 https://www.europe‐camions.com/actu‐pl/a43771/hydrogene‐energie‐alternative‐viable‐2020 112 https://www.agoria.be/fr/Van‐Hool‐construit‐40‐autobus‐a‐hydrogene‐pour‐Cologne‐et‐Wuppertal‐Allemagne 113 http://www.pvi.fr/IMG/pdf/HAMBOURG‐Pile_a_combustible.pdf

41 von 77

HE‐ARC / MHO Projekt Alternabus Juni 2019

Verbrauch Technologie [kWh/km] Konventioneller Trolleybus 2,4 – 3,2 Batterietrolleybus Konventioneller Batteriebus 0,9 – 3,5 Schnellladefähiger Batteriebus 2,5 – 3,5 Diesel 2,1 – 7,4 Erdgas 4,2 – 8,4 Diesel/Elektro‐Hybrid 2,4 – 4,7 Wasserstoff/Elektro‐Hybrid 2,7 – 4,7

Tabelle 5: Wirkungsgrad und Verbrauch der Antriebsmittel Der Energieverbrauch des Komfortsystems (Heizung, Klimaanlage) fällt stark ins Gewicht: In einem Land mit starken Klimaschwankungen wie der Schweiz gehen bis zu 50 % des Gesamtenergieverbrauchs auf diese Ausstattungen zurück. Komfortsysteme bilden also einen entscheidenden Faktor. Es gibt zwei Arten von Massnahmen zur Schaffung thermischer Behaglichkeit:

 Aktiv: Klimaanlage, Heizung, Belüftungsanlage  Passiv: Wärmedämmung, Speicherung im Depot, Fahrgäste.

Der passive Wärmekomfort hängt von der Bauweise des Busses ab. Wie bei einem Haus kann auf die ganze Lebensdauer eines Busses gerechnet viel zusätzliche Energie eingespart werden. Die Verbesserung der Wärmedämmung von Wänden und Dach sowie hochwertigere Fensterscheiben bieten ein interessantes Energiesparpotenzial. Bei älteren Dieselbussen könnten theoretisch einige Verbesserungen rückwirkend vorgenommen werden, z. B. mit wärmeisolierenden Heizungsschläuchen oder, in Dieselbussen, mit einer abnehmbaren Isolation für Motorraum und Unterbau, um die Fahrerkabine im Sommer nicht unnötig zu heizen bzw. die Heizung im Winter zu unterstützen. Als zusätzlicher Vorteil einer guten Wärmedämmung verbessert sich die Lärmdämmung für die Fahrgäste.

Abbildung 16: Wärmebild eines Busses114 Die Zusatzenergie für den aktiven Wärmekomfort wird je nach verwendeter Antriebsart unterschiedlich produziert. Ein klassischer Verbrennungsmotor besitzt einen Wirkungsgrad von 30 bis 40 %, bestimmte Motoren115 sogar von 45 % (nicht überprüft). Ein Grossteil der Verluste befindet sich im Kühlkreislauf (25 %) und bei den Abgasen (25 %). Die ins Kühlwasser abgeleitete Wärme kann im Winter zum Heizen des Fahrgastraums genutzt werden. Bei einem Dieselmotor, der bei Volllast 250 kW erzeugt, erreichen die

114 https://www.gettyimages.ch/detail/foto/thermal‐image‐of‐bus‐on‐city‐street‐stock‐fotografie/146593955 115 https://www.bus.man.eu/ch/de/stadtbusse/lions‐city‐18/technologie/Technologie.html

42 von 77

HE‐ARC / MHO Projekt Alternabus Juni 2019

Wärmeverluste im Wasserkreislauf theoretisch 62,5 kW, d.h. mehr als die für die Busheizung benötigte Energie.

Bei den Elektrobussen sieht es anders aus: Oft wird eine Zusatzheizung mit hohem Energieverbrauch eingesetzt. Es geht hier um Leistungen von etwa 40 kW zum Heizen des Fahrgastraums – ein hoher Wert, die gekoppelt mit niedrigen Aussentemperaturen und entsprechend abnehmender Batteriekapazität bisweilen problematisch wird. Im Winter wird manchmal genau so viel Energie für das Heizen verbraucht wie für den Antrieb. Diese Zahl sinkt auf das ganze Jahr gerechnet auf 20 %, bleibt aber hoch. Im Sommer ist der Unterschied zwischen Innen‐ und Aussentemperatur geringer als im Winter, sodass weniger Energie für die Gewährleistung des Fahrgastkomforts benötigt wird. Elektrische Komfortsysteme bieten zudem den Vorteil, dass sich leichter Betriebsstrategien definieren lassen, um möglichst viel Energie zu sparen. Für die Buskühlung, sowohl beim klassischen Verbrennungsmotor als auch beim Elektromotor würde der Einsatz eines elektrischen Klimakompressors mit variabler Leistung verglichen mit einem Umluftsystem zu Energieeinsparungen und zu einer besseren Kühlung des Busses beitragen.

Allgemein ist schwer zu ermitteln, unter welchen Bedingungen die Hersteller die Messungen durchführen, aufgrund deren die angegebenen Zahlen veröffentlicht werden. Fest steht, dass die Auswirkung von Zusatzaggregaten in der Gesamtbilanz nicht unberücksichtigt bleiben darf.

Schliesslich beeinflussen auch die Fahrerinnen und Fahrer den Energieverbrauch der Busse. Eine Verbrauchsreduzierung von ca. 10 bis 15% ist durch einem optimalen Fahrverhalten möglich.

Tabelle 6 fasst die Evaluation des Kriteriums «Energieverbrauch» für sämtliche Technologien zusammen.

Technologie Beurteilung Konventioneller Trolleybus 5 Batterietrolleybus 5 Konventioneller Batteriebus 5 Schnellladefähiger Batteriebus 5 Diesel 2 Erdgas 1 Diesel/Elektro‐Hybrid 3 Wasserstoff/Elektro‐Hybrid 3

Tabelle 6: Evaluation des Kriteriums Energieverbrauch

4.2 Lärm‐ und Umweltbelastung 4.2.1 Lärmbelastung Lärm ist für mehrere Gruppen von Verkehrsteilnehmenden ein sehr wichtiges Kriterium:

 Innen: Fahrgäste und Busfahrerin oder Busfahrer (geringerer Störeffekt, weil der Motor sich grundsätzlich im Heck befindet);  Aussen: Personen, die an einer von Bussen befahrenen Strasse wohnen oder sich dort aufhalten.

An dieser Stelle sollen nur diejenigen Elemente behandelt werden, die sich je nach Technologie unterscheiden. Das Schlusslicht bildet eindeutig der Dieselbus: Der Motor verursacht besonders beim An‐ und Aufwärtsfahren, wo er die volle Leistung erbringen muss, ziemlichen Lärm. Dieser lässt sich mit verschiedensten Mitteln verringern, z.B. mit Schallschutzblechen am Motor oder durch die Revision der Auspuffanlage116.

116 http://document.environnement.brussels/opac_css/elecfile/Bru_27.PDF?langtype=2060

43 von 77

HE‐ARC / MHO Projekt Alternabus Juni 2019

Busfahrerinnen und ‐fahrer sollten insbesondere über «Ecodriving»‐Kurse zu energieeffizientemFahrverhalten angeregt werden. Dank gleichmässigerem Fahren lassen sich zudem die Lärmbelastung verringern und der Komfort für die Fahrgäste verbessern (weniger abrupte Bewegungen).

Auf der anderen Seite der Rangliste befinden sich befinden sich elektrisch betriebene Busse und Wasserstoffbusse. Busse mit schnellladefähigen Batterien wie der TOSA erzeugen beim Anfahren nur 60 dBA117 – die von den Fahrgästen als um 50 % weniger laut wahrgenommen werden als die 70 dBA des Dieselbusses. Der Lärm der Ladestation an den Haltestellen ist bei der Technologie der schnellladefähigen Batterien auch zu berücksichtigen. Da die Gelegenheitsladungen eine hohe Ladeleistung erfordern, enthalten die Elektrokästen Ventilatoren zur Kühlung der internen Komponenten; Anwohnerinnen und Anwohner der Bushaltestellen können sich durch die Gebläsegeräusche beim Aufladen der Busse gestört fühlen. Dieser negative Aspekt kann sich als kostspielig erweisen, wenn er nicht im Vorfeld berücksichtigt wird.

Erdgasbetriebene Busse bieten im Vergleich zu Dieselbussen eine leichte Verbesserung des Lärms118, können aber auch als laut wahrgenommen werden119.

Der Lärmpegel von Elektrobussen und Trolleybussen ist sehr niedrig, sodass die Nutzerinnen und Nutzer voll auf die leisen Innengeräusche wie Klappern oder Kunststoffgeräusche konzentriert sind. Die Hersteller sollten der Verarbeitung des Businnenraums besondere Sorgfalt widmen, um den guten Gesamteindruck, den das fehlende Motorgeräusch bei den Fahrgästen erweckt, nicht zu beeinträchtigen. Die Kehrseite der geräuscharmen Fahrzeuge ist, dass die Verkehrsteilnehmenden in den Innenstädten von hinten anfahrende Fahrzeuge nicht hören, ausser wenn diese ihre Präsenz mit einem akustischen Signal ankündigen (z.B. einem intermittierenden Signalton, der auf die Anwohnerinnen und Anwohner irritierend wirken kann).

Bei Bauarbeiten an einer Trolleybus‐Linie muss der Trolleybus «abbügeln» und den Hilfsmotor anwerfen, früher einen lärmigen Dieselgenerator, der bei Anwohnerinnen und Anwohnern für Irritation sorgte. Bis auf wenige Exemplare wurden diese Generatoren jedoch mittlerweile durch Batterien ersetzt, sodass der gewohnte Komfort und der geringe Geräuschpegel des Trolleybusses erhalten bleiben.

Der vollelektrische Bus ist von den Diesel/Elektro‐Hybridbussen zu unterscheiden, die den elektrischen Antrieb nur beim Anfahren und besonders am Hang nutzen und die schlimmste Lärmbelästigung vermeiden. Sie können den Verbrennungsmotor auch abschalten, bevor sie bei den Haltestellen ankommen. Das Problem der Hybridbusse ist der Lärm des Dieselmotors: Er ist etwas kleiner als bei einem 100‐prozentigen Dieselbus und besitzt einen anderen Betriebsbereich, was sich in einer stärkeren Lärmbelästigung äussert.

Einige Busse brauchen eine zusätzliche Belüftung, um die komplexen Komponenten des Diesel/Elektro‐ Hybridbusses zu kühlen. Ein Vorteil der «parallelen» Hybridbusse gegenüber Dieselbussen ist die Möglichkeit, den Dieselmotor an den Bushaltestellen abzuschalten und die Lärmbelästigung für die Anwohnerinnen und Anwohner und für Personen in unmittelbarer Nähe der Haltestellen deutlich zu verringern120.

Die Anschaffung eines als lärmig geltenden Busses kann heute ein strategisches Risiko darstellen, falls – was wahrscheinlich ist – die örtliche Lärmregulierung künftig verschärft wird.

Tabelle 7 unten fasst die Evaluation des Kriteriums «Lärm» für sämtliche Technologien zusammen.

117 https://www.ge.ch/document/5978/telecharger 118 https://www.mercedes‐benz‐bus.com/de_CH/models/citaro‐ngt/efficiency/economically.html 119 http://www.bienpublic.com/grand‐dijon/2011/11/12/bus‐au‐gaz‐contre‐bus‐hybride‐le‐prix‐du‐silence 120 http://www.bruit.fr/images/stories/pdf/assises‐2014/laurent‐bleandonu.pdf

44 von 77

HE‐ARC / MHO Projekt Alternabus Juni 2019

Technologie Beurteilung Konventioneller Trolleybus 5 Batterietrolleybus 5 Konventioneller Batteriebus 5 Schnellladefähiger Batteriebus 4 Diesel 1 Erdgas 1 Diesel/Elektro‐Hybrid 2 Wasserstoff/Elektro‐Hybrid 4

Tabelle 7: Evaluation des Kriteriums Lärm 4.2.2 Luftbelastung Die Luftbelastung stellt offensichtlich ein wesentliches Kriterium dar. Auf europäischer Ebene gelten präzise Vorschriften u.a. für Dieselfahrzeuge, die die Euronormen für Lastwagen, Busse und Personenwagen erfüllen müssen. Diese Werte werden in der Tabelle 8 dargestellt.

NO CO HC Feinstaub Norm Anwendung x [g/kWh] [g/kWh] [g/kWh] [g/kWh] Euro 0 01/10/1990 14,4 11,2 2,4 ‐ Euro I 01/10/1993 9 4,9 1,23 0,36 Euro II 01/10/1996 7 4 1,1 0,15 Euro III 01/10/2001 5 2,1 0,66 0,13 Euro IV 01/10/2006 3,5 1,5 0,46 0,02 Euro V 01/10/2009 2 1,5 0,46 0,02 Euro VI 01/01/2014 0,4 1,5 0,13 0,01

Tabelle 8: Abgasnormen für schwere Dieselmotoren Die Partikelemissionen bilden wegen ihrer Komplexität ein Thema für sich. Ohne zu weit ins Detail zu gehen, lassen sich die Partikel je nach Grösse in verschiedene Kategorien einteilen, darunter:

 PM10: Grösse unter 10 µm, bleiben in den Luftwegen hängen.  PM2.5: Grösse unter 2,5 µm, gelangen bis in die Lungenbläschen.

Daneben gibt es weit gefährlichere Grössen wie PM1 und PM0.1, die durch die Bronchialwand bis ins Blut gelangen können. Obwohl der Anteil der grossen Partikel wie PM10 in der Luft seit ein paar Jahren rückläufig ist, nehmen die feineren und somit gefährlicheren Partikel durch die unter immer höherem Druck erfolgende Zerstäubung des Diesels in der Verbrennungskammer zu.

Abgase von Dieselmotoren wurden vom Internationalen Krebsforschungszentrum bereits im Juni 2012121 in der Kategorie 1 eingestuft (beim Menschen nachweislich krebserregend). Angesichts dieser Feststellung ist die Auseinandersetzung mit dem Problem entscheidend, selbst wenn die Emissionen von Feinstaub wie PM10 oder PM2,5 aus dem Strassenverkehr im Jahr 2009 nur 10 % der Partikelemissionen ausmachten122. Dies gilt umso mehr, als die Euronorm VII noch nicht aktuell ist (es ist von einer Einführung in den Jahren 2020–2021 die Rede).

Betroffen sind jedoch nicht nur Partikel: Stickoxide (NOx) sind für den Menschen ebenfalls hochgefährlich.

Stickstoffmonoxid (NO) trägt zur Bildung von Ozon (O3) bei, das Atemprobleme auslöst. Noch gefährlicher ist

121 http://www.cancer‐environnement.fr/550‐Particules‐diesel.ce.aspx 122 http://www.cancer‐environnement.fr/356‐Particules‐dans‐lair.ce.aspx

45 von 77

HE‐ARC / MHO Projekt Alternabus Juni 2019

123 Stickstoffdioxid (NO2). In Frankreich verursachen Fahrzeuge (besonders Dieselfahrzeuge) 50 % der Stickoxid‐ Gesamtemissionen: Dieses Problem darf nicht ignoriert werden.

Durch den jüngsten Abgasskandal bei Volkswagen hat sich der politische Druck für einen Verzicht auf diese Technologie verschärft, obwohl Schwerfahrzeuge heute gemäss standardisierten Kilometerwerten deutlich weniger Stickoxide verursachen als Personenwagen124.

Wasserstoff‐Busse stossen nur Wasserdampf aus und Elektrobusse erzeugen keine «direkten» Schadstoff‐ emissionen. Zur Beurteilung der globalen Umweltbelastung eines Systems muss der gesamte Kontext des Fahrzeugs berücksichtigt werden: Was nützt ein Elektrobus, wenn die Elektrizität aus alten Kohlekraftwerken stammt? In der Bevölkerung wächst heute das Bewusstsein für diese «graue Energie». Die konsumierte Energie hängt in der Schweiz leider weitgehend vom Standort sowie z. B. vom Anteil der erneuerbaren Energien im Strommix ab. Generell lässt sich feststellen, dass die Energie in der Schweiz verglichen mit anderen Industrieländern aus relativ sauberen Quellen stammt.

Mit Erdgas angetriebene Busse erzeugen mehr CO2 als Euro‐VI‐Dieselbusse mit niedrigerer Motordrehzahl, doch im Gegenzug geben sie weniger Schadstoffe ab, insbesondere 95 % weniger Feinstaub und 50 %125 60 weniger NOx. Die Zahlen widersprechen sich, denn einige beziffern die CO2‐Einsparungen mit 20 oder 25 %126.

Ein weiteres Problem neben dem Feinstaub ist der CO2‐Ausstoss. Länder, die die in der Europäischen Union zulässigen Gesamtemissionsgrenzwerte überschreiten, riskieren Geldstrafen in zweistelliger Millionenhöhe127. Neben der Umweltbelastung durch den Bus muss auch hier die gesamte Kette von der Herstellung bis zum

Rad berücksichtigt werden. Abbildung 17 unten beschreibt die CO2‐‐Emissionen für Busse «Well‐to‐Wheel» übereinstimmend mit der Darstellung unter den Punkten 2.4 und 4.1.3.

128 Abbildung 17: Beispiele von CO2‐Emissionen der Busse je nach Treibstoff

Busse haben zugegebenermassen einen geringen Anteil an den gesamten CO2‐Emissionen aus dem schweizerischen Verkehr. Trotzdem besteht Handlungsbedarf – nicht nur wegen der in diesem Bericht aufgeführten Vorteile bezüglich Verbrauch und Umweltbelastung pro Fahrgast, sondern auch aufgrund der Ziele der Verkehrsverlagerung vom Privatwagen auf den öffentlichen Verkehr.

Tabelle 8 zeigt, dass der CO2‐Ausstoss anders als z.B. als bei Personenwagen nicht begrenzt wird. Dadurch werden Dieselbusse eindeutig begünstigt.

123 http://www.linternaute.fr/auto/guide‐pratique‐auto/1409008‐nox‐qu‐est‐ce‐que‐c‐est‐quel‐danger/ 124 theguardian.com/environment/2017/jan/06/diesel‐cars‐are‐10‐times‐more‐toxic‐than‐trucks‐and‐buses‐data‐shows 125 http://www.gaz‐mobilite.fr/img/files/guide‐bus‐gnv‐ademe‐grdf.pdf 126 https://www.encyclo‐ecolo.com/Gaz_Naturel_de_Ville%2C_GNV 127 http://www.leparisien.fr/environnement/ville‐durable/bus‐electriques‐ecologiques‐mais‐pour‐le‐moment‐non‐rentables‐05‐08‐ 2015‐4989527.php 128 http://ec.europa.eu/regional_policy/blog/detail.cfm?id=11

46 von 77

HE‐ARC / MHO Projekt Alternabus Juni 2019

129 Abbildung 18: CO2‐Emissionen nach Verkehrsmittel 2016, ohne internationale Luftfahrt Tabelle 9 fasst die Evaluation des Kriteriums «Erhaltung der Luftqualität» zusammen.

Technologie Beurteilung Konventioneller Trolleybus 5 Batterietrolleybus 4 Konventioneller Batteriebus 3 Schnellladefähiger Batteriebus 4 Diesel 1 Erdgas 3 Diesel/Elektro‐Hybrid 2 Wasserstoff/Elektro‐Hybrid 5

Tabelle 9: Evaluation des Kriteriums Erhaltung der Luftqualität 4.2.3 Visuelle Auswirkung Die visuelle Auswirkung einer Technologie ist ein «undankbarer» Parameter, weil keine Wirkung als normal und eine negative Wirkung als sehr störend betrachtet wird.

Abbildung 19: Place Bel‐Air in Genf mit zahlreichen Oberleitungen130

129 bfs.admin.ch/bfs/de/home/statistiken/mobilitaet‐verkehr/unfaelle‐umweltauswirkungen/umweltauswirkungen.html 130 http://www.rando‐saleve.net/acces.html

47 von 77

HE‐ARC / MHO Projekt Alternabus Juni 2019

Auf der Grundlage dieser Annahme bildet der Trolleybus das Schlusslicht: Entlang seiner gesamten Strecke sind Oberleitungen installiert. Die an Gebäudefassaden oder eigens dazu gebauten Masten befestigten Oberleitungen sind unschön und werden besonders in Innenstädten als störend empfunden, weil der Kabelwald das Gesichtsfeld der Personen ausserhalb des Busses beeinträchtigt. Zudem werden womöglich Feuerwehreinsätze in Zonen mit einem Dickicht aus Oberleitungen wie in Genf erschwert (Abbildung 19).

Die unfreiwillige Kennzeichnung der Busroute durch Oberleitungen könnte allerdings eine vermehrte Benutzung der Trolleybusse zur Folge haben, da die Passanten direkt sehen, in welche Richtung das Verkehrsmittel sie führt. Man könnte mit einer effizienten Kommunikation argumentieren, dass der von den Oberleitungen übertragene Strom aus «grünen» Quellen stammt, um u.a. für die Nutzung des öffentlichen Verkehrs statt des Privatautos zu werben.

Der Bau von Oberleitungen gestaltet sich hingegen zunehmend kompliziert, weil der Widerstand der Anwohnerinnen und Anwohner immer stärker und die Erledigung der Einsprachen immer kostspieliger wird. Eine Einigung per Handschlag mit den Eigentümern reicht schon lange nicht mehr, um eine Leitung an einer Gebäudefassade anzubringen. Die Kosten für Einsprachen und Entschädigungen bilden heute einen festen Bestandteil des (beachtlichen) Budgets einer Trolleybus‐Linie.

Gleiches gilt für die Batterietrolleybusse, die zum Aufladen zwar die existierenden Oberleitungen nutzen, aber nur für kurze Strecken ohne sie auskommen. Um den Abbau der Oberleitungen auszugleichen, bildet der Batterietrolleybus besonders in der Innenstadt eine ausgezeichnete Alternative, weil dort das Dickicht an Oberleitungen dank seiner kleinen Reichweite komplett ausgelichtet werden könnte.

Die Bus‐Technologie mit einem internen Verbrennungsmotor – also Diesel oder Erdgas – verursacht am wenigsten ästhetische Probleme. Diese Busse werden nur im Depot aufgetankt und kommen ohne künstliche Bauten auf der Route aus. Auch der Wasserstoff‐Bus ist nicht auf spezifische Anlagen entlang seiner Strecke angewiesen. Aufgrund der jüngsten Abgasnormen stossen die heutigen Dieselbusse anders als ihre Vorgänger keine schwarzen Abgasschwaden mehr aus: Die visuelle Auswirkung ist daher gleich null.

Abbildung 20: Elektrokasten und Ladesystem des TOSA Die übrigen Technologien beeinträchtigen die Landschaft in unterschiedlichem Ausmass. Bei schnellladefähigen Elektrobussen kommt an bestimmten Haltestellen ein fester Ladearm zum Einsatz, der jedoch auch ins Wartehäuschen eingebaut oder durch Kunstbauten besser ins Ortsbild integriert werden könnte. Noch diskreter wäre das induktive Ladesystem oder ein in das Trottoir eingelassener unsichtbarer

48 von 77

HE‐ARC / MHO Projekt Alternabus Juni 2019

Gelenkarm131. Die für das Laden der Busse notwendigen Elektrokästen lassen sich nicht immer im Boden versenken (siehe z.B. TOSA‐Bus in Genf, Abbildung 18).

Tabelle 10 fasst die relativ vorhersehbare Gesamtbilanz zum Kriterium «visuelle Auswirkung» zusammen.

Technologie Beurteilung Konventioneller Trolleybus 1 Batterie‐Trolleybus 2 Konventioneller Batteriebus 5 Schnellladefähiger Batteriebus 4 Diesel 5 Erdgas 5 Diesel/Elektro‐Hybrid 5 Wasserstoff/Elektro‐Hybrid 5

Tabelle 10: Evaluation des Kriteriums visuelle Auswirkung

4.3 Betrieb 4.3.1 Kapazitätsbereich Die Kapazität der Busse variiert je nach verwendeter Technologie, weil sich der Antriebsstrang entsprechend der Anordnung bestimmter Komponenten (Treibstoffquelle, Zusatzantriebe, Kühlung) an einem anderen Platz befindet. Die Masse des Antriebsstrangs (und der Zusatzelemente) spielt für die Buskapazität eine wichtige Rolle. Busse müssen je nach Achsenzahl ein bestimmtes Höchstgewicht einhalten132.

Zudem ist zu berücksichtigen, wie die Plätze im Bus gezählt werden. Tabelle 11 gibt die Aufnahmekapazität entsprechend den verwendeten Normen an.

Kapazität nach Komfort‐Kapazität, Bus‐Typ Herstellerangaben, 3 Personen/m2 stehend[‐] 6 Personen/m2 stehend[‐] Minibus 15 bis 35 15 bis 25 Midibus 50 bis 90 45 bis 55 Standard 90 bis 115 65 bis 75 Gelenkbus 140 bis 160 90 bis 100 Megabus 200 135

Tabelle 11: Kapazitätsnorm Da Diesel‐Busse schon seit Langem auf unseren Strassen verkehren und Motor sowie Kühlsystem eine moderate Grösse besitzen, gibt es für jede Nachfrage ein breites Angebot – vom Minibus mit etwa zwölf Fahrgästen bis zu den Doppelgelenkbussen mit über 175 Passagieren (Herstellerwerte).

Dies trifft auch auf die Diesel/Elektro‐Hybridbusse zu: Die 18 Meter lange Variante befördert 150 Personen133 und in der Doppelgelenkbus‐Version finden 200 Passagiere Platz, namentlich im lighTram von Hess134, dem ersten serienmässigen Doppelgelenk‐Hybridbus in Europa. Bestimmte Minibusse befördern rund 20 Personen.

Trolleybusse verfügen (ausgenommen die ältesten Modelle) über einen perfekt flachen Fahrzeugboden und bieten so maximalen verfügbaren Raum für stehende Fahrgäste. Die jüngsten Doppelgelenk‐Trolleybusse von

131 https://www.edda‐bus.de/de/Historie.html 132 https://www.iru.org/apps/infocentre‐item‐action?id=218&lang=fr 133 https://www.volvobuses.ch/de‐ch/our‐offering/buses/volvo‐7900‐hybrid.html 134 https://www.hess‐ag.ch/leistungen/busse/lightram.html

49 von 77

HE‐ARC / MHO Projekt Alternabus Juni 2019

bis zu 25 Metern Länge verzeichnen eine Fahrgastkapazität von 200 Plätzen (ungefähr ein Drittel Sitzplätze). Die kleinsten Trolleybusse von Hess befördern insgesamt 80 Personen, aber da es selten eine für ein geringes Fahrgastaufkommen ausgelegte Strecke mit Trolleybussen gibt, ist die Attraktivität für solche kleine Trolleybusse daher relativ gering.

Die Schwäche der Elektrobusse bestand lange darin, dass sie nicht mehr als 100 und keinesfalls 150 Personen befördern konnten. Mit der Weiterentwicklung der Batterien weitet sich auch der Kapazitätsbereich aus. Dagegen sind sie für kleine Busse und Minibusse bestens geeignet. Bei Letzteren kommt allmählich sogar das autonome Fahren in Betracht. Wie bereits erwähnt, können Elektrobusse mehr Fahrgäste befördern, wenn die verfügbare Batteriemasse reduziert wird.

Die in geringerer Zahl hergestellten erdgas‐ oder wasserstoffbetriebenen Busse decken auch einen breiten Kapazitätsbereich ab; bestimmte Wasserstoff‐Busse von 8 bis 18 Metern Länge befördern bis zu 125 oder sogar 140 Fahrgäste.

Abbildung 21: Komplexität und Volumen der notwendigen Ausrüstung für den 18 m langen Wasserstoff‐Bus Phileas135 Scania stellte 2016136 den Prototyp eines erdgasbetriebenen Doppelgelenkbusses von 26 m Länge vor, der bis zu 250 Passagiere befördern kann. Hauptdestination ist Südamerika, wo die meisten Erdgas‐Fahrzeuge gekauft werden. Der Bus absolvierte im März 2018 seine Jungfernfahrt137. Wahrscheinlich wird er jedoch bei uns nicht zu sehen sein und ist deshalb vor allem als Kuriosität zu erwähnen.

Abbildung 22: Erster erdgasbetriebener Doppelgelenk‐Bus138 Es stellt sich also heraus, dass zwischen 50 und 120 Fahrgästen die Technologie nicht relevant ist und oberhalb dieser Grenzen einige Technologielösungen heute aus dem Rennen ausscheiden.

135 http://gofuelcellbus.com/project_uploads/APTS.pdf (Website nicht mehr zugänglich; Stand: 06.03.2019) 136 https://www.scania.com/ch/de/home/experience‐scania/features/scania‐unveils‐first‐bi‐articulated‐euro‐6‐gas‐bus.html 137 http://www.movilidadplus.co/bog/comenzo‐rodar‐bogota‐primer‐bus‐biarticulado‐gas‐del‐mundo/ 138 http://www.gaz‐mobilite.fr/actus/scania‐bus‐gnv‐bi‐articule‐gaz‐naturel‐1437.html

50 von 77

HE‐ARC / MHO Projekt Alternabus Juni 2019

Tabelle 12 fasst die Evaluation des Kriteriums «Kapazitätsbereich» für die berücksichtigten Technologien zusammen.

Technologie Beurteilung Konventioneller Trolleybus 4 Batterietrolleybus 3 Konventioneller Batteriebus 4 Schnellladefähiger Batteriebus 2 Diesel 4 Erdgas 2 Diesel/Elektro‐Hybrid 3 Wasserstoff/Elektro‐Hybrid 2

Tabelle 12: Evaluation des Kriteriums Kapazitätsbereich 4.3.2 Verfügbarkeit In der Gesamtbilanz eines Busses hängt die Verfügbarkeit mit der Reichweite zusammen. Verfügbarkeit bedeutet rasche Einsatzfähigkeit hauptsächlich über das Betanken oder Aufladen. Ein Bus kann über eine geringe Verfügbarkeit und grosse Reichweite verfügen, sodass ersterer Nachteil den normalen Betrieb des Busses nicht unbedingt beeinträchtigt. Umgekehrt macht die geringe Reichweite einem Bus nicht unbedingt zu schaffen, wenn er eine grosse Verfügbarkeit besitzt. Die Energieversorgung eines Fahrzeugs lässt sich grob in zwei Gruppen einteilen:

 Laden im Stand o Laden über Nacht: im Depot, langsames Laden o Punktuelles Laden: an den Bushaltestellen, schnelles Laden  Laden beim Fahren o Rückgewinnung: Energierückgewinnung beim Bremsen oder Abwärtsfahren o Verkehr: Nutzung der Oberleitungen oder per Induktion Für die Evaluation der Verfügbarkeit wird der Ladeeffekt durch die rückgewonnene Bremsenergie hier nicht mitberücksichtigt. Das Laden beim Fahren bildet in puncto Rentabilität und Verfügbarkeit die interessanteste Ladeart, weil der Bus nicht anhalten muss. Heute existieren dafür zwei Vorgehensweisen: entweder die Nutzung der bestehenden Oberleitungen (wie beim Batterietrolleybus) oder die induktive Ladetechnik, die sich jedoch erst in der Entwicklungsphase befindet139.

Abbildung 23: Wie würden unsere Strassen z.B. mit dedizierten Ladespuren für Busse aussehen?140

139 https://www.youtube.com/watch?v=M89LnPeJN8M 140 https://www.razaoautomovel.com/2015/08/reino‐unido‐aposta‐em‐auto‐estradas‐com‐carregamento‐wireless

51 von 77

HE‐ARC / MHO Projekt Alternabus Juni 2019

Der Dieselbus liegt auch hier in Führung, weil er problemlos einen ganzen Betriebstag bewältigt, ohne ins Depot zurückkehren zu müssen. Einen Dieselbus vollzutanken dauert zudem nur etwa drei Minuten. Die Verfügbarkeit ist also sehr hoch.

Wasserstoff besitzt verglichen mit den anderen alternativen Antriebsmitteln den grossen Vorteil, dass er praktisch gleich schnell wie Diesel getankt wird. Das Auftanken hängt vor allem von der Grösse des Wasserstoff‐Kompressors ab und dauert manchmal nur drei bis vier Minuten141. Es wäre vorstellbar, die Wasserstoffreserven während einer Pause der Busfahrerin oder des Busfahrers nach der halben Dienstzeit rasch aufzufüllen, falls die Reichweite für einen ganzen Tag ohne Auftanken nicht genügt, sodass der Bus nachher bis zum Ende des Tages weiterfahren kann.

In schnellladefähigen Bussen, die an jeder dritten oder vierten Haltestelle punktuell nachgeladen werden, sinkt der Ladestand im Verlauf der Fahrt, sodass sie am Ende der Route länger (drei bis fünf Minuten) aufgeladen werden müssen – ein leichter Nachteil hinsichtlich der Verfügbarkeit, obwohl dieser Vorgang generell weniger lang dauert als der Aufenthalt des Busses an der Endstation. In kritischen Situationen (Ausfall der Ladestation, starker Verkehr, hoher Verbrauch der Zusatzantriebe) kann der Bus in Schwierigkeiten geraten bzw. gezwungen sein, die Batterien länger aufzuladen oder früher ins Depot zurückzufahren, wodurch sich die Verfügbarkeit verschlechtert.

Die grösste Schwachstelle der konventionellen Batteriebusse ist die Batteriemenge. Naturgemäss müssen die Batterien im Stand im Depot über Nacht aufgeladen werden. Ihre Verfügbarkeit rangiert wegen der zeit‐ und energieintensiven Ladeart ganz unten auf der Skala. Das induktive Gelegenheitsladen beim Fahren könnte daran etwas ändern, doch dieser Bus‐Typ würde dadurch noch uninteressanter: Das Laden der Batterien beim Fahren würde die Batteriemasse reduzieren und er würde ähnlich funktionieren wie ein schnellladefähiger Batteriebus, der zum induktiven Laden nachgerüstet wird.

Hyundai142 behauptete anlässlich der Präsentation des Busses Elec City, dass die Batterien mit einer Kapazität von 256 kWh in nur einer Stunde gänzlich aufgeladen werden können. Die Fortschritte bei der Ladezeit von Elektrobussen sind tatsächlich beeindruckend. Für einen Minibus von 20 Plätzen mit nur 120 km Reichweite genügen laut bestimmten Herstellerangaben 30 Minuten, um die Batterien zu 80% aufzuladen.

Batterietrolleybusse laden sich bereits heute beim Fahren auf, indem sie an die existierenden Oberleitungen andocken. Wie die schnellladefähigen Busse führen sie kleine Batteriemengen mit, sodass der Bus am Ende des Betriebstages nur kurz ausser Betrieb genommen werden muss. Demnach ist ihre Verfügbarkeit hoch.

Tabelle 13 beschreibt die Evaluation des Kriteriums «Verfügbarkeit» für die berücksichtigten Technologien.

Technologie Beurteilung Konventioneller Trolleybus 5 Batterietrolleybus 3 Konventioneller Batteriebus 1 Schnellladefähiger Batteriebus 3 Diesel 5 Erdgas 5 Diesel/Elektro‐Hybrid 4 Wasserstoff/Elektro‐Hybrid 5

Tabelle 13: Evaluation des Kriteriums Verfügbarkeit

141 http://www.gaz‐mobilite.fr/actus/ratp‐bus‐biogaz‐paris‐entretien‐nicolas‐cartier‐bus‐2025‐1284.html 142 https://www.hyundai.news/eu/brand/hyundais‐elec‐city‐the‐future‐of‐public‐transportation/

52 von 77

HE‐ARC / MHO Projekt Alternabus Juni 2019

4.3.3 Technologische Reife Auch dieser Bereich lässt sich wegen der vielen unterschiedlichen Erfahrungen – Betriebsprofil, Material, Klima usw. – nur sehr schwer evaluieren. Zudem legen die Hersteller etwaige Probleme verständlicherweise nur ungern auf den Tisch.

Die technologische Reife wird durch verschiedene Elemente definiert: Lebensdauer und Infrastruktur des Busses, Einfachheit von Wartung und Betrieb, einschlägige Erfahrung des Unternehmens des öffentlichen Verkehrs usw. Die Lebensdauer ist ein geeigneter Indikator, weil sie indirekt mit der Materialzuverlässigkeit und damit der technologischen Reife zusammenhängt: Eine unzuverlässige Technologie wird generell rasch ausrangiert, weil der Betreiber eine gewisse Rentabilität bewahren will.

Der Spitzenreiter in allen Kategorien ist eindeutig der Trolleybus mit einer Lebensdauer von bis zu 25 Jahren. In Lausanne verkehren immer noch zahlreiche NAW‐Trolleybusse, die vor 30 Jahren zwischen 1986 und 1990 in Betrieb genommen wurden. Trolleybusse kosten normalerweise doppelt so viel wie «Standard»‐Busse (oder mehr) und müssen deshalb möglichst lange amortisiert werden. Die Technologie hat sich seit Langem bewährt und die Fahrzeuge sind wenig pannenanfällig.

Abbildung 24: NAW‐Trolleybus in Lausanne143 Diesel‐ und Hybridbusse besitzen beide eine Lebensdauer von 10 bis 15 Jahren, wobei beim Hybridbus zur Halbzeit die Batterie ausgewechselt werden muss, während der Dieselbus weiterfahren kann, solange die Vorschriften gleich bleiben und das Transportunternehmen nicht beschliesst, einen noch reibungslos funktionierenden Bus auszumustern (dies kommt regelmässig vor, damit der Fahrzeugflotte neu, d.h. in den Augen der Benutzerinnen und Benutzer attraktiv, bleibt).

Dagegen leiden Batteriebusse an Kinderkrankheiten – was bei jeder neuen Technologie durchaus normal ist. Erwähnenswert ist auch, dass die Batterien eine kürzere Lebensdauer haben als der Bus selbst, nämlich etwa sechs Jahre. Bei leichterer Beanspruchung sollten sie während zehn Jahren effizient funktionieren.

Bei den Elektrobussen und besonders den schnellladefähigen Bussen kommen der Zuverlässigkeit der Infrastruktur und der Fahrweise eine besondere Bedeutung zu. Wenn die Zuverlässigkeit der Infrastruktur den Anforderungen nicht genügt, gerät der Bus in Schwierigkeiten und die vorliegende Evaluation fällt schlechter aus. Auch die Fahrerinnen und Fahrer sind nicht unbedingt mit allen Finessen des Lenkens «alternativer» Busse vertraut, sodass der Betrieb in bestimmten Situationen nicht mehr gewährleistet werden kann – mit entsprechend ungünstigerem Resultat. Mit den Jahren werden die neuen Technologien ihre Nachteile auch deshalb wettmachen, weil neue Akteure wie Hersteller von Bussen oder Bestandteilen auf den Markt kommen, den Wettbewerb beleben und möglicherweise die Qualität der Komponenten verbessern.

143 https://fr.wikipedia.org/wiki/Trolleybus_de_Lausanne

53 von 77

HE‐ARC / MHO Projekt Alternabus Juni 2019

Mit Wasserstoff angetriebene Busse hatten ebenfalls mit Startschwierigkeiten zu kämpfen, doch alle Akteure sind sich einig, dass diese Technologie heute unter Kontrolle bzw. von den Problemen der anderen Bus‐Typen nicht mehr betroffen ist.

Tabelle 14 fasst die Evaluation des Kriteriums «technologische Reife» zusammen.

Technologie Beurteilung Konventioneller Trolleybus 5 Batterietrolleybus 3 Konventioneller Batteriebus 3 Schnellladefähiger Batteriebus 2 Diesel 5 Erdgas 4 Diesel/Elektro‐Hybrid 4 Wasserstoff/Elektro‐Hybrid 3

Tabelle 14: Evaluation des Kriteriums technologische Reife 4.3.4 Flexibilität Die Flexibilität eines Bus‐Typs bildet eine Mischung von Reichweite und Verfügbarkeit. Bei einem Bus mit hoher Flexibilität kann sich die Route im Verlauf des Tages ändern oder er kann wöchentlich auf einer anderen Linie eingesetzt werden usw. Busse mit hoher Flexibilität sind für Betreiber nützlich, die keine grosse Flotte besitzen und ihre Fahrzeuge unter verschiedenen Betriebsbedingungen einsetzen müssen. Der Bus muss folglich über eine gewisse Reichweitenreserve verfügen und das Laden bzw. Auftanken darf nicht zu kompliziert sein.

In diesem Kontext bietet natürlich der Dieselbus die grösste Flexibilität. Dank seiner Reichweite absolviert er einen kompletten Betriebstag, ohne ins Depot zurückzukehren. Zudem ist er weder auf Oberleitungen noch auf Ladestationen angewiesen und damit vielseitig einsetzbar. Ein weiterer Trumpf ist die schnelle Einsatzbereitschaft.

Am andern Ende der Skala befindet sich der Trolleybus, der ohne Oberleitungen nicht fahren kann. Der Trolleybus bietet unter den ausgewählten Antriebsmitteln die geringste Flexibilität, obwohl er sofort verfügbar ist (hier nicht nützlich).

Der Batterietrolleybus und der schnellladefähige Batteriebus schneiden kaum besser ab: Sie fahren zwar ohne Oberleitung, benötigen aber früher oder später eine Lademöglichkeit (Oberleitungen beim ersten, Schnelladestationen beim zweiten). Man könnte die Kapazität der mitgeführten Batterie aufstocken, um die Reichweite zu vergrössern, falls die Busse temporär auf einer neuen Linie eingesetzt werden sollen, doch dies ist mit Kosten verbunden.

Der konventionelle Batteriebus macht zwar eine bessere Figur, aber die Reichweite und geringe Verfügbarkeit begrenzen sein Potenzial. Je nach Strecke kann er nicht einmal einen durchgehenden Betrieb gewährleisten. Obwohl er unterwegs keine Ladestation benötigt, ist er kein Vorbild an Flexibilität.

Mit Erdgas betriebene Busse besitzen eine grosse Reichweite und müssen unterwegs nicht aufgetankt werden. Mit einer dem Diesel entsprechenden Motorleistung bewältigen sie auch starke Steigungen mühelos und sind als Antriebsmittel dem Diesel ebenbürtig.

Dies gilt auch für die beiden hier untersuchten Hybridbusse, den Diesel/Elektro‐Hybrid und den Wasserstoff/Elektro‐Hybrid. In Sachen Leistung liegt der Hybridbus leider nicht ganz vorne und ist deshalb – trotz einer interessanten Verfügbarkeit – weniger flexibel als beispielsweise der mit Diesel oder mit Erdgas betriebene Bus.

54 von 77

HE‐ARC / MHO Projekt Alternabus Juni 2019

Die Evaluation des Kriteriums «Flexibilität» ist in Tabelle 15 dargestellt.

Technologie Beurteilung Konventioneller Trolleybus 1 Batterietrolleybus 2 Konventioneller Batteriebus 3 Schnellladefähiger Batteriebus 2 Diesel 5 Erdgas 5 Diesel/Elektro‐Hybrid 4 Wasserstoff/Elektro‐Hybrid 4

Tabelle 15: Evaluation des Kriteriums Flexibilität

4.4 Benutzerinnen und Benutzer 4.4.1 Komfort Das Kriterium Komfort lässt sich relativ leicht evaluieren: Elektrobusse mit einem Elektromotor sind die Referenz und besitzen einen maximalen Komfort. Die leise und geschmeidige Fahrweise dieser Busse ist schwer zu übertreffen.

Grundsätzlich sollen die Benutzerinnen und Benutzer möglichst ungestört befördert werden: Der Dieselbus hat diesbezüglich schlechte Karten, weil die Fahrgäste neben den kräftigen Vibrationen auch dem durch das Automatikgetriebe beim Beschleunigen und Verzögern verursachten Ruckeln, Gerüchen im Fahrgastraum, Hitze und Lärm ausgesetzt sind. Die Passagiere, die sich im Heck nahe beim Motor befinden, spüren die Unannehmlichkeiten am stärksten.

Auch beim erdgasbetriebenen Bus treten diese Probleme auf. Ursachen sind der Verbrennungsmotor und das Stufengetriebe (bei Elektrobussen nicht vorhanden).

Der Diesel/Elektro‐Hybrid schneidet besser ab: Je nach Aufbau kommt er beim Anfahren ohne den Dieselmotor aus, was den von den Reisenden wahrgenommenen Komfort verbessert. Bei laufendem Motor weist er aber die gleichen Mängel auf wie der Dieselbus.

Der Wasserstoff/Elektro‐Hybridbus rollt besonders geräuscharm und angenehm – sowohl hinsichtlich der Dynamik, da er über zwei Elektromotoren verfügt, als auch in puncto Lärm. Das geruchsfreie Fahrzeug ist nicht nur für die Passagiere ein Plus, sondern vor allem für die Personen ausserhalb des Busses, die zu Fuss oder mit dem Fahrrad unterwegs sind, und auch für Tiere.

Tabelle 16 umfasst die Evaluation des Kriteriums «Komfort».

Technologie Beurteilung Konventioneller Trolleybus 5 Batterietrolleybus 5 Konventioneller Batteriebus 5 Schnellladefähiger Batteriebus 5 Diesel 1 Erdgas 2 Diesel/Elektro‐Hybrid 3 Wasserstoff/Elektro‐Hybrid 4

Tabelle 16: Evaluation des Kriteriums Komfort

55 von 77

HE‐ARC / MHO Projekt Alternabus Juni 2019

4.4.2 Image Auch hier bildet der Dieselbus das Schlusslicht. Er hat bei den Benutzern einen schlechten Ruf und wird als umweltschädigend, lärmig und allgemein überaltert wahrgenommen. Man hat sich zwar an diese Technologie gewöhnt, doch laut Lesermeinungen in den Zeitungen wird es als äusserst angenehm empfunden, wenn die Diesel‐Technologie ersetzt wird. Dabei ist allerdings zu bedenken, dass die Menschen kaum auf die Technologie achten, wenn sie keine andere Wahl haben als den Bus zu nehmen, um zur Arbeit zu fahren.

Der Diesel/Elektro‐Hybrid leidet zwar wegen des Dieselmotors generell an einem Imageproblem, hat aber dank der zusätzlichen Elektromotorisierung einen besseren Ruf bei den Benutzerinnen und Benutzern. Das Wort «Hybrid» steht bei der Bevölkerung höher im Kurs als Wort «Diesel». Man müsste gezielt am Fahrzeug arbeiten, um dem Dieselbus durch Aufschriften oder ein passendes Dekor eine attraktivere «grünere» Aufmachung zu verleihen.

Gleiches gilt für den erdgasbetriebenen Bus: Die Benutzerinnen und Benutzer unterscheiden ihn nicht unbedingt vom Dieselbus und nehmen ihn nicht als speziell positiv wahr. Wie beim Diesel/Elektro‐Hybrid muss der Bus visuell attraktiver gemacht werden. Zwar wird schon einiges getan, aber es gibt noch Verbesserungspotenzial.

Abbildung 25: Ein mit Bio‐Erdgas angetriebener Bus wird «aufgemoppt».144 Der Trolleybus hat in der Öffentlichkeit ein gutes Image und findet bei der Bevölkerung Akzeptanz, obwohl sich der Hauptnachteil – die Oberleitungen – gerade in den Augen von Feriengästen, die oft kaum an dieses Verkehrsmittel gewöhnt sind, negativ auswirkt.

Schnellladefähige Batteriebusse sind erst seit Kurzem auf dem Markt und geniessen auch ein ausgezeichnetes Image, vor allem weil sie den Passagieren zusätzliche Funktionen anbieten: USB‐Anschlüsse zum Laden des Telefons, kostenloses WLAN usw. Wegen ihrer Anlaufschwierigkeiten verbreiten aber Presseartikel in der Öffentlichkeit noch negative Eindrücke. Angesichts der reellen Attraktivität der Technologie und der raschen Fortschritte dürfte dies jedoch bald der Vergangenheit angehören.

Auch Batterietrolleybusse bieten den Fahrgästen kleine Zusatzleistungen (WLAN, USB usw.). Sie geniessen ein ähnliches Image wie die Trolleybusse. Die Benutzerinnen und Benutzer bemerken keine Unterschiede gegenüber der Funktionsweise des konventionellen Trolleybusses – genau dies wird bezweckt.

144 http://www.gaz‐mobilite.fr/actus/bristol‐premier‐bus‐biogaz‐1684.html

56 von 77

HE‐ARC / MHO Projekt Alternabus Juni 2019

Tabelle 17 enthält die Evaluation des Kriteriums «Image».

Tabelle 17: Evaluation des Kriteriums Image

4.5 Wirtschaftlichkeit Da sich das Angebot laufend verändert, lässt sich diese Kategorie schwer genau evaluieren. Allerdings können Tendenzen und Implikationen der einzelnen Technologien an ihren Einsatzorten ermittelt werden. Mehrere Parameter fliessen in die Kostenberechnung ein:

 Anschaffung des Busses;  Anschaffung der Infrastruktur;  Wartung. 4.5.1 Fahrzeuganschaffungskosten Diese einmaligen Kosten hängen vom ausgewählten Bus‐Typ, der Grösse und den Optionen ab; unten folgt eine Auswahl:

Anschaffungskosten Technologie Modell Fahrzeug [kCHF] Trolleybus konventionell 1’100 – 1’300 Schnellladefähiger Batteriebus 18 [m] 1’300 10 [m] 300 Diesel 18 [m] 380 – 430 Erdgas 12 [m] 460 Diesel/Elektro‐Hybrid Standard 380 – 710 Wasserstoff/Elektro‐Hybrid Standard 2’000

Tabelle 18: Evaluation des Kriteriums Bus‐Anschaffungskosten Natürlich gibt es unendlich viele Möglichkeiten und Kombinationen. Die genauen Preise der Busse erfährt der Betreiber selbstverständlich via eine Ausschreibung. Die Anschaffungskosten des Busses sollten nicht das einzige Argument pro oder contra eine bestimmte Technologie bilden. Die Wartungs‐ und Infrastrukturkosten und die Lebensdauer des Gesamtpakets müssen mit einkalkuliert werden.

Die Batterien eines konventionellen oder schnellladefähigen Busses machen bis zu 30 % des Gesamtpreises des Busses aus und müssen in der Marktstudie berücksichtigt werden, weil sie gemietet oder gekauft werden können. Bei einem Elektrobus mit einem Preis von 700 kCHF kosten die Batterien in der Regel etwa 230 kCHF. Die Batteriemiete beträgt rund 4000 CHF/Monat, sodass der Break‐even‐Point bei ca. 57 Monaten liegt. Der Hauptunterschied zwischen klassischem Dieselbus und Batteriebus erklärt sich tatsächlich aus dem Preis der Batterien. Die zu Ungunsten des Elektrobusses bestehende Differenz bei der Anschaffung lässt sich noch nicht mit der Treibstoffeinsparung kompensieren. Die Batterien stehen erst in den Anfängen der Entwicklung und

57 von 77

HE‐ARC / MHO Projekt Alternabus Juni 2019

sind weder beispielhaft zuverlässig noch langlebig. Anschaffung, Ersatz und Recycling sind mit Kosten verbunden, die aber im Lauf der Zeit mit der Entwicklung der Technologie sinken sollten.

Tabelle 19 fasst die Evaluation des Kriteriums «Anschaffungskosten Fahrzeug» zusammen.

Technologie Beurteilung Konventioneller Trolleybus 2 Batterietrolleybus 3 Konventioneller Batteriebus 2 Schnellladefähiger Batteriebus 3 Diesel 5 Erdgas 4 Diesel/Elektro‐Hybrid 4 Wasserstoff/Elektro‐Hybrid 1

Tabelle 19: Evaluation des Kriteriums Fahrzeuganschaffungskosten 4.5.2 Anschaffungskosten Infrastruktur Auch in dieser Hinsicht ist der Diesel am preisgünstigsten: Er braucht nur eine Tankstelle und einen Speichertank (Tabelle 20).

Anschaffungskosten Technologie Modell Infrastruktur [kCHF] Ladestation 50 [kW] 42 – 48 Ladestation 150 [kW] 120 Schnellladefähiger Batteriebus «Flash»‐Ladestation 195 «Depot»‐Ladestation 290 Depotausrüstung 220 Oberleitung pro Kilometer 350 – 1’000 Trolleybus Unterwerk 970 Depotausrüstung 2'400

Tabelle 20: Anschaffungskosten Infrastruktur Der Trolleybus kann wegen der schwerfälligen Infrastruktur und des hohen Anschaffungspreises auf einer einzigen Linie kaum rentabel betrieben werden. Dagegen lohnt es sich, wenn mehrere Trolleybuslinien die Infrastruktur gemeinsam nutzen.

Gleiches gilt für den schnellladefähigen Elektrobus. Das Verlegen der Stromleitungen und der Bau der Starkstromanlagen für die Schnellladestationen ist ebenfalls zu berücksichtigen. Im Rahmen des Projekts TOSA entfallen die Gesamtkosten von 30 Millionen 145 Franken gleichmässig auf die Infrastruktur und die 12 beschafften Fahrzeuge. Die klassische elektrische Ausrüstung der Ladestationen entspricht rund 67 % der Infrastrukturkosten, während die Tiefbauarbeiten nur etwa 10 % des Gesamtbetrags ausmachen. Künftig könnten mehrere Linien diese Anlagen nutzen, um die Gesamtkosten zu senken.

Der Batterietrolleybus ist deswegen interessant, weil er die existierende (kostspielige) Anlage des Trolleybusses nutzt und so um hohe Infrastrukturkosten herumkommt.

Für bestimmte Bus‐Typen lassen sich die notwendigen baulichen Massnahmen nur schwer schätzen. Der Betreiber muss Fragen wie Anpassungen an die neuen Normen im Busdepot, Bau einer

145https://www.ge.ch/document/projet‐loi‐11720‐credit‐investissement‐deploiement‐technologie‐tosa‐ligne‐pilote‐transports‐ publics‐genevois/ telecharger

58 von 77

HE‐ARC / MHO Projekt Alternabus Juni 2019

Erdgasversorgungsstation usw., die der vorliegende Leitfaden nicht zufriedenstellend beantworten kann, selbst evaluieren.

Tabelle 21 umfasst die Evaluation des Kriteriums «Anschaffungskosten Infrastruktur».

Technologie Beurteilung Konventioneller Trolleybus 1 Batterietrolleybus 4 Konventioneller Batteriebus 3 Schnellladefähiger Batteriebus 2 Diesel 5 Erdgas 3 Diesel/Elektro‐Hybrid 4 Wasserstoff/Elektro‐Hybrid 2

Tabelle 21: Evaluation des Kriteriums Anschaffungskosten Infrastruktur 4.5.3 Nutzungskosten Ein deutlicher Pluspunkt des Dieselbusses gegenüber den Rivalen sind die hohen Treibstoffsubventionen des Bundes. Erdgas ist 30 % billiger als Diesel und damit preislich noch interessanter. Bei der Berechnung der Treibstoffkosten muss der Verbrauch der Busse (oben im Bericht definiert) ebenfalls einkalkuliert werden.

Auch die Nutzungskosten unterscheiden sich je nach Bus, sodass ein Vergleich der unterschiedlichen Technologien nur begrenzt relevant ist. Die Nutzungskosten eines Elektrobusses z.B. sind relativ gering, während bei einem Dieselbus im Laufe der Lebensdauer das Getriebe und andere teure Verschleissteile ausgewechselt werden müssen. Revision und Service sind ebenfalls einzukalkulieren. Die Wartungspläne werden vom Bushersteller geliefert. Einige Marken produzieren innerhalb der gleichen Technologie Busse, die mit weniger Wartung auskommen.

Tabelle 22 enthält einige Schätzungen zu den Nutzungskosten:

Nutzungskosten Technologie Modell [CHF/km] Diesel 12 [m] 0,5 18 [m] 0,9 – 1,2 Diesel/Elektro‐Hybrid ‐ 0,7 Erdgas 12 [m] 1,2 Trolleybus 18 [m] Gelenkbus 1 – 1,4

Tabelle 22: Nutzungskosten Tabelle 23 umfasst die Evaluation des Kriteriums «Nutzungskosten».

Technologie Beurteilung Konventioneller Trolleybus 3 Batterietrolleybus 3 Konventioneller Batteriebus 2 Schnellladefähiger Batteriebus 3 Diesel 4 Erdgas 3 Diesel/Elektro‐Hybrid 4 Wasserstoff/Elektro‐Hybrid 2

Tabelle 23: Evaluation des Kriteriums Nutzungskosten

59 von 77

HE‐ARC / MHO Projekt Alternabus Juni 2019

4.6 Zusammenfassung der Evaluation Die Zusammenfassung der in diesem Kapitel evaluierten Kriterien für alle ausgewählten Technologie‐ Varianten wird in den «Radar»‐Darstellungen unten gezeigt:

Abbildung 26: Darstellung der Evaluation der Hybrid‐Technologien nach den Kriterien von Kapitel 4

Abbildung 27: Darstellung der elektrischen Technologien nach den Kriterien von Kapitel 4 Generell ist festzustellen, dass Kompromisse eingegangen werden müssen. Es ist auffallend und gleichzeitig naheliegend, dass es kaum möglich ist, ein wirtschaftliches Antriebsmittel ohne Qualitätseinbussen und ohne Umwelt‐ und Lärmbelästigung zu finden. Dies wird sich in den nächsten Jahren ändern, doch die Unternehmen des öffentlichen Verkehrs müssen finanzielle Anstrengungen unternehmen, damit die Benutzerinnen und

60 von 77

HE‐ARC / MHO Projekt Alternabus Juni 2019

Benutzer bessere Bedingungen geniessen als in einem Dieselbus. Sobald dieser Schritt getan ist, erschliessen sich interessante Vorteile:

Die finanziellen Aspekte – das Mass aller Dinge – müssen langfristig über die Gesamtlebensdauer des Produkts evaluiert werden, denn genau hier machen die «sauberen» alternativen Technologien eine gute Figur.

Positiv zu werten ist, dass die alternativen Technologien alles in allem interessante, facettenreiche und an unterschiedliche Betriebsbedingungen angepasste Lösungen bieten. Aus der Vielzahl der Lösungen sticht jedoch keine Universallösung hervor: Die Evaluation der Kriterien in diesem Kapitel zeigt stark unterschiedliche Bewertungen. Das folgende Kapitel identifiziert die relevanten Technologien entsprechend verschiedenen Szenarien oder Nutzungsprofilen des Bus‐Netzes.

61 von 77

HE‐ARC / MHO Projekt Alternabus Juni 2019 5. Untersuchte Szenarien

Unten werden relevante Nutzungsszenarien für die verschiedenen Busse aufgestellt und evaluiert, um konkrete Anwendungsbeispiele für alternative Technologien zu zeigen. Davon ausgehend lassen sich die interessantesten Optionen herausschälen. Ziel ist es, einen Bedarf zu definieren und die dafür am besten geeigneten Technologien zu identifizieren.

Abbildung 28: Darstellung der untersuchten Szenarien Die Grafiken mit den Resultaten befinden sich im Anhang dieses Berichts.

5.1 Stadtbuslinie mit grosser Kapazität Dieses Szenario stellt eine Linie dar, die durch das Zentrum einer grossen Stadt wie z.B. Genf fährt und auf der «Megabusse» in dichtem Verkehr eingesetzt werden. Unten folgt der Bedarf des Szenarios:

 sehr grosse Kapazität;  Standard‐Leistungsbedarf;  hohe Verfügbarkeit;  Reichweite je nach befahrener Stadtstruktur wenig wichtig;  optische Auswirkung wichtig;  minimale Umwelt‐ und Lärmbelastung.

Der Trolleybus scheidet von vorneherein aus, weil eine minimale optische Auswirkung hier wichtig ist. Der Dieselbus wird wegen der Abgase und Unannehmlichkeiten aus der Liste der möglichen Optionen gestrichen. Die Auflage, über 160 Personen befördern zu müssen, beeinflusst die Auswahl entscheidend, denn damit wird die Bandbreite von Technologien wie Wasserstoff/Elektro‐Hybrid oder Erdgas überschritten. Deshalb sind Busse wie die Doppelgelenkbusse in Betracht zu ziehen, die möglichst viele Personen befördern können. Wegen der hohen verlangten Verfügbarkeit entfällt auch der vollelektrische Bus, denn das Aufladen über Nacht dauert zu lange. Ohnehin existieren keine vollelektrischen Megabusse.

Städte, die bereits über Oberleitungen verfügen, fahren mit dem Batterietrolleybus am besten: In der Doppelgelenk‐Formation befördert er maximal viele Fahrgäste, er muss nachts nicht lange aufgeladen werden und wirkt sich visuell nicht stärker aus als der existierende Trolleybus. An heiklen Orten könnte ein Teil der Oberleitungen sogar abgebaut werden, um das Ortsbild optisch zu entlasten. Ein weiterer Vorteil liegt in der minimalen Umwelt‐ und Lärmbelastung.

In Städten ohne bestehende Oberleitungen ist der Diesel/Elektro‐Hybrid‐Doppelgelenkbus heute für dieses Szenario am besten geeignet. Dies mag überraschen, aber die in diesem Szenario verlangte Transportkapazität schränkt die Auswahl stark ein. Der Nachteil des Diesels wird durch den elektrischen Teil stark kompensiert.

62 von 77

HE‐ARC / MHO Projekt Alternabus Juni 2019

Ideal wäre die Kombination Erdgas/Elektro‐Hybrid. Mit dem verfügbaren Kapazitätsangebot kann dieser Bedarf leider nicht effizient gedeckt werden. Dagegen dürften sich schnellladefähige Elektrobusse mit sehr grosser Kapazität gegenüber dem Hybrid rasch durchsetzen, sobald sie auf den Markt kommen. Diese Busse sind wie oben erwähnt für Ende 2018, wahrscheinlicher für 2019, vorgesehen.

Tabelle 24 beschreibt die beiden bestmöglichen Optionen für das erste Szenario.

Auswahl A Auswahl B Batterietrolleybus Diesel/Elektro‐Hybrid

Tabelle 24: Empfehlung Szenario 1

5.2 Stadtbuslinie mit Steigungen Zur Simulation einer Situation wie in Lausanne spielt sich dieses Szenario auf einer stark ansteigenden Strasse mit leicht verringerter Kapazität in der Stadt ab. Eigenschaften:

 hohe Kapazität (120 bis 140 Personen);  hoher Leistungsbedarf;  hohe Verfügbarkeit;  starke optische Auswirkung;  minimale Umwelt‐ und Lärmbelastung.

Unter diesen Umständen ist kein Doppelgelenkbus notwendig. Der Diesel/Elektro‐Hybrid kommt wegen seines in starken Steigungen fatalen Leistungsmangels nicht in Frage. Diesel‐ und Erdgasmotoren kommen ebenso wenig in Betracht, weil ihre Lärm‐ und Abgasemissionen mit dem modernen städtischen Verkehr unvereinbar sind. Die Auswahl hängt erneut davon ab, ob es bereits Oberleitungen gibt, weil in diesem Szenario wegen des Bedarfs an hoher Momentanleistung ein elektrischer Antrieb ausgewählt wird. Der Batterietrolleybus ist wieder Favorit, sofern bereits Oberleitungen existieren.

Falls nicht, sind schnellladefähige Batteriebusse die beste Wahl. Vollelektrobusse scheiden auch aus: Das Angebot an Gelenkbussen ist aus den unter Ziffer 3.1.3 erklärten Gründen quasi inexistent. Ganz anders verhält es sich mit dem schnellladefähigen Bus, der als leichtes Verkehrsmittel eine maximale Personenzahl befördert kann.

Auch der Wasserstoff/Elektro‐Hybrid ist zu berücksichtigen. Falls eine mit erneuerbaren Energien (z.B. Sonne oder Wasserkraft) betriebene Wasserstoffherstellungsanlage genutzt bzw. gebaut werden kann, könnte der Wasserstoff/Elektro‐Hybrid, der verfügbar, geräuscharm und emissionsfrei ist, mit dem schnellladefähigen Batteriebus rivalisieren. Die Technologie entwickelt sich jedoch weniger schnell als angenommen. Wegen der Komplexität geht zudem ein höheres technologisches und vor allem finanzielles Risiko damit einher. Zudem reicht die Motorleistung heute für starke Steigungen noch nicht aus, obwohl die Hersteller wie unter Ziffer 4.1.1 erwähnt an leistungsfähigeren Brennstoffzellen arbeiten.

Tabelle 25 umfasst die beiden möglichen Optionen für das zweite Szenario.

Option A Option B Batterietrolleybus Schnellladefähiger Batteriebus

Tabelle 25: Empfehlung Szenario 2

63 von 77

HE‐ARC / MHO Projekt Alternabus Juni 2019

5.3 Zubringerlinie zu Verknüpfungspunkt im Stadtgebiet In diesem Szenario gelten andere Voraussetzungen, nämlich eine Linie des Typs Überland‐Minibus mit folgenden Eigenschaften:

 geringe Kapazität (20 bis 30 Personen);  Aktionsradius von mittlerer Bedeutung;  Umwelt‐ und Lärmbelastung von mittlerer Bedeutung.

Grosse Fahrzeuge wie der Trolleybus und der Batteriebus scheiden in diesem Szenario automatisch aus. Schnellladefähige Elektrobusse existieren heute nicht in der Minibus‐Version. Das Hauptproblem der elektrischen Minibusse ist die geringe Reichweite von 60 bis 120 km. Sofern die für den Linienbetrieb erforderliche tägliche Kilometerleistung unter der Reichweite des Minibusses liegt, ist dieses Verkehrsmittel eindeutig von Interesse. Auch der Einsatz als Schultransport wäre für kurze Strecken denkbar.

Der Diesel ist hier wegen der grossen Reichweite und Flexibilität führend. Erdgasbetriebene Minibusse sind zwar wenig verbreitet, wären aber mit ihrer grossen Reichweite der perfekte Kandidat gegenüber dem Diesel, wenn eine finanziell interessante Treibstoffversorgung aufgebaut werden kann.

Der Wasserstoff/Elektro‐Hybrid erweist sich hier als sehr erfolgversprechend. Seine Reichweite – gleich oder sogar grösser als jene des Diesels – wird perfekt genutzt146. Einzig der Kostenfaktor spricht gegen die Auswahl dieser Option.

Tabelle 26 beschreibt die beiden möglichen Optionen für das dritte Szenario.

Option A Option B Wasserstoff/Elektro‐Hybrid Erdgas

Tabelle 26: Empfehlung Szenario 3

5.4 Überlandlinie Dieses Szenario betrifft den Verkehr auf dem Land über lange Strecken und auf relativ flachem Gelände:

 mittlere Kapazität (80 Personen);  mittlerer Leistungsbedarf;  grosser Aktionsradius (etwa 300 km);  Umwelt‐ und Lärmbelastung von mittlerer Bedeutung.

In diesem Szenario kommen Oberleitungen naturgemäss nicht in Frage. Der Trolleybus und der Batterietrolleybus sind deshalb von vorneherein eliminiert. Falls eine andere Version als der Gelenkbus verfügbar wäre (was leider noch nicht der Fall ist), wären schnellladefähige Batteriebusse eventuell denkbar. Dieselbusse oder Erdgas‐Busse kämen für dieses Szenario durchaus in Betracht, aber da dies ja auch für andere Antriebsmittel gilt, wäre es nicht ratsam, in einer Zukunftsvision darauf zu setzen. Auch der Diesel/Elektro‐ Hybrid könnte den Bedarf decken, doch angesichts der wenigen und weit auseinanderliegenden Haltestellen auf dem Land scheint ein Bus, der auf der Basis der Rückgewinnung von Bremsenergie funktioniert, keine interessante Alternative.

In diesem Szenario erweist sich der Elektrobus endlich als sinnvoll. Er besitzt eine für Strecken ohne grosse Steigungen geeignete Reichweite und bewältigt einen ununterbrochenen Tagesbetrieb. Auch die hohen

146 http://www.automobile‐propre.com/breves/hyundai‐h350‐fuel‐cell‐minibus‐hydrogene/

64 von 77

HE‐ARC / MHO Projekt Alternabus Juni 2019

Leistungsreserven sprechen für den Elektrobus, weil überall auf dem Land unebenes Gelände anzutreffen ist. Mit seinem geringen Fahrgeräusch ist er in einer ruhigen und naturnahen Umgebung – in kleinen Dörfern auf dem Land – besonders attraktiv.

Der Wasserstoff/Elektro‐Hybrid ist auch in diesem Szenario im Vorteil. Bei den Kriterien des Szenarios werden Kapazitätsbereich, Leistung und Reichweite berücksichtigt. Als starkes Plus auf dem Land ist zu werten, dass der Bus nur Wasserdampf ausstösst. Allein die Kosten könnten einen Betreiber davon abhalten, auf diese Technologie zu setzen, zumal Überlandlinien einen geringen Kostendeckungsgrad aufweisen.

Tabelle 27 enthält die beiden möglichen Optionen für das vierte Szenario.

Option A Option B Elektrisch Wasserstoff/Elektro‐Hybrid

Tabelle 27: Empfehlung Szenario 4

5.5 Gebirgslinie Zur Simulation der Bedingungen auf einer für das Wallis oder Graubünden typischen Bergstrecke werden hier 12 Meter lange Standard‐Busse mit folgenden Eigenschaften eingesetzt:

 mittlere Kapazität (80 Personen);  hoher Leistungsbedarf;  grosser Aktionsradius (über 400 km);  starke optische Auswirkung;  Umwelt‐ und Lärmbelastung von mittlerer Bedeutung;  ausgeprägtes winterliches Klima.

Das Schlüsselargument ist auch hier die Reichweite. Der Bus muss relativ lange Strecken ohne Energienachschub zurücklegen können, und das gebirgige Gelände erfordert eine starke Momentanleistung, um die Höhenunterschiede zu bewältigen.

Der schnellladefähige Elektrobus ist heute für diesen Bedarf klar nicht geeignet: An entlegenen Orten nahe beieinanderliegende Ladestationen zu bauen, ist angesichts der dafür notwendigen Logistik und Tiefbauarbeiten schwer vorstellbar. Aufgrund der verlangten Kapazität und der optischen Auswirkung erfüllt weder der Trolleybus noch der Batterietrolleybus diesen Bedarf. Der Diesel/Elektro‐Hybrid ist wegen der geringen verfügbaren Leistung ebenfalls eine Fehlbesetzung. Gleiches gilt für den vollelektrischen Bus, dessen Reichweite ungenügend ist. Das Klima als zusätzlicher Umstand bewirkt, dass Elektrobusse sich noch weniger eignen, weil ihre Leistung mit sinkenden Temperaturen abnimmt. Auch der Wasserstoff/Elektro‐Hybrid ist heute für dieses Szenario wegen der mangelnden Leistung nicht geeignet. Falls die Technologie sich weiterentwickelt, könnte er dank seiner grossen Reichweite dem Szenario entsprechen.

Damit bleiben der Diesel‐ und der Erdgas‐Bus: Sofern eine Gasversorgung möglich ist, sollte der erdgasbetriebene Bus bevorzugt werden, denn er erzeugt weniger Emissionen als der Dieselbus, obwohl Letzterer dank der Euronorm VI relativ «sauber» geworden ist. Erdgas geniesst in der Öffentlichkeit einen besseren Ruf. Mit Bio‐CNG liesse sich die Umweltbelastung zusätzlich verringern. Vielleicht wäre es denkbar, in den Dörfern an der Busstrecke Abfälle zu verwerten und zu recyceln, um lokal Treibstoffe für die Busse herzustellen, die diese Ortschaften bedienen. Damit könnte man diese Art Busbetrieb maximal rentabilisieren und den Gemeinwesen gleichzeitig interessante Neuerungen anbieten.

Ansonsten bleibt der Dieselbus in diesem Szenario dank seiner Reichweite, Benutzerfreundlichkeit und Kosten weiterhin die Referenz.

65 von 77

HE‐ARC / MHO Projekt Alternabus Juni 2019

Tabelle 28 beschreibt die beiden möglichen Optionen für das letzte Szenario.

Option A Option B Erdgas oder Bio‐CNG Diesel

Tabelle 28: Empfehlung Szenario 5

66 von 77

HE‐ARC / MHO Projekt Alternabus Juni 2019 6. Energiewende

Die Energiewende hin zur Nutzung von erneuerbaren und sauberen Energien oder zumindest der Verzicht auf fossile Brennstoffe stellt eine grosse Herausforderung für die Gesellschaft und besonders für das Verkehrswesen dar. Wie die vorliegende Studie zeigt, ist die Umstellung auf neue Technologien möglich. Leider halten viele Hindernisse die Unternehmen immer noch davon ab; einige werden unten nicht erschöpfend aufgelistet.

6.1 Hindernisse 6.1.1 Kosten Kosten werden – verständlicherweise – häufig als Argument gegen alternative Antriebsmittel angeführt. Eine neue Technologie braucht Zeit, um sich zu entwickeln und zu verbreiten, damit die Kosten sinken. Häufig wird mit den Anschaffungskosten der Busse argumentiert, wobei nicht nur die anfänglichen Kosten, sondern auch die Lebensdauer und die Wartungskosten zu berücksichtigen sind. 6.1.2 Lebensdauer der Batterien eines Elektrobusses Die Batterielebensdauer ist tatsächlich ein Problem. Die mit der Zeit abnehmende Reichweite stellt die Verkehrsunternehmen vor grosse Schwierigkeiten, weil der Bus das anfängliche Pflichtenheft nicht mehr erfüllt und den ganzen täglichen Betrieb bzw. die geplante Strecke von A nach B nicht mehr bewältigen kann. 6.1.3 Rohstoffe, Recycling und Verkehr Der Abbau der Rohstoffe für die Herstellung der Batterien und das Recycling werfen ethische Probleme auf. Es ist allseits bekannt, dass bei der Gewinnung der (schadstoffhaltigen) Bestandteile der Batterien systematisch Menschenrechte verletzt werden. Welche Verantwortung tragen die Unternehmen und auf einer anderen Ebene die Benutzerinnen und Benutzer, die durch die Nutzung der Verkehrsmittel womöglich Kinderarbeit oder Sklaverei stillschweigend akzeptieren?

Die Logistik wird mit der Zunahme der zu recycelnden Batterien ebenfalls problematisch. Heute gibt es nur wenige Recycling‐Zentren und die Schweiz muss ihre Abfälle häufig exportieren, insbesondere nach Frankreich. Die extrem schweren Batterien werden in umweltbelastenden Schwerfahrzeugen transportiert. Alle diese Aspekte sind bei der Einführung von Batteriebussen zu bedenken. 6.1.4 Politik In bestimmten Fällen behindert auch die Politik die Energiewende, z. B. wegen des mangelnden Willens oder weil sie den Verkehrsunternehmen die falschen Verkehrsmittel aufzwingt. Allerdings sind sich die Politikerinnen und Politiker in den meisten Fällen bewusst, dass unbedingt «saubere» Mobilitätslösungen gefunden werden müssen.

Dabei stehen sie u.a. vor dem Dilemma, eine saubere Mobilität mit zufriedenstellender Energieeffizienz zu einem attraktiven und kurzfristig erträglichen Preis anzubieten. Die häufig gegensätzlichen Ansprüche vermischen sich mit andern Interessen, z.B. Energieunabhängigkeit oder gesundheitliche Interessen. 6.1.5 Risiken und Sicherheit Die neuen Technologien bringen z.B. in Bezug auf den Wasserstoff oder die Batterien neue Risiken mit sich. Diese Risiken betreffen sowohl die Fahrgäste als auch die Personen, die in oder an den Fahrzeugen arbeiten.

67 von 77

HE‐ARC / MHO Projekt Alternabus Juni 2019

6.1.6 Flexibilität und Zuverlässigkeit Alternative Antriebsmittel können sich heute nur schwer gegen den Diesel behaupten, der wegen seiner Flexibilität und möglicherweise seiner Zuverlässigkeit der Goldstandard bleibt. Dieselbusse können nach dem Auftanken am Morgen ein ganzes Tagespensum unterbrechungsfrei absolvieren. Dank dieser Flexibilität kann man auf zusätzliche Busse verzichten. Dieselbusse haben sich auch als zuverlässig bewährt, was auf die übrigen Technologien nicht unbedingt zutrifft. 6.1.7 Gesetzgebung für Batterietrolleybusse Für Unternehmen, die auf den Batterietrolleybus setzen, wird die Energiewende durch eine gesetzliche Regelung erschwert. Danach darf eine Trolleybus‐Linie nur dann ohne Oberleitung verlängert und von Batterietrolleybussen bedient werden, wenn der zusätzliche Abschnitt höchstens 50 % der elektrifizierten Linie beträgt. 6.1.8 Fehlende Kenntnisse Die Kenntnisse und Informationen der Entscheidungsträger über technologische Alternativen zum Diesel und deren Auswirkungen lassen zu wünschen übrig. Zwar wurden viele Studien durchgeführt, aber die Gemeinden und die kleinen Verkehrsunternehmen haben oft nicht alle Karten in der Hand.

6.2 Vorschläge 6.2.1 Kosten Es wäre möglich, öffentliche Subventionen zur Förderung der alternativen Antriebsmittel einzuführen bzw. zu erhöhen. Eine für die öffentliche Hand kostengünstigere Lösung bestünde darin, umweltbelastende Antriebe mit Abgaben oder Sanktionen zu belegen; einige Städte praktizieren dies z.B. mit Fahrverboten für umweltbelastende Autos in Innenstädten. Die Vergünstigungen und Rückerstattungen für fossile Brennstoffe müssten reduziert werden, um ihre Attraktivität zu verringern.

Um die Anschaffungskosten der Busse zu senken, können die öffentlichen Verkehrsunternehmen ihre Ausschreibungen und Bestellungen vermehrt koordinieren, um von einer grösseren Standardisierung und von Flottenrabatten zu profitieren. Ähnlich wäre es denkbar, Ersatzteillager gemeinsam zu führen, um bei der Anschaffung eines Busses nicht zahlreiche Ersatzteile kaufen zu müssen. 6.2.2 Lebensdauer von Elektrobusbatterien Ziel ist es, Absprachen mit den Batterieherstellern zu finden, um z.B. die Batterien nach fünf bis sechs Jahren zu einem geringeren Preis einzutauschen. So könnte die anfängliche Reichweite gewahrt und die künftige Entwicklung der Batterie‐Technologie ausgenutzt werden. Vielleicht ist der Hersteller ja in fünf Jahren in der Lage, bessere Batterien anzubieten. Es gibt bereits mögliche Verträge mit den Herstellern, in denen mittels einer Monatspauschale eine Performance‐Garantie vereinbart wird147.

Um die Batterien zu schonen, können sie bei der Nutzung auch weniger entladen werden. Gemeint ist hier der Ladezustand: Wenn die Batterie in einer Bandbreite von 70 bis 100 % betrieben wird, verlängert sich ihre Lebensdauer verglichen mit stärkeren Entladezyklen. Kehrseite der Medaille: Es braucht eine grössere Batterie, um die gleiche Kapazität zu behalten und in dieser engeren Bandbreite arbeiten zu können. Dieser Parameter muss bei der Auswahl der Batterien analysiert werden.

147 https://www.volvobuses.be/content/dam/volvo/volvo‐ buses/markets/french/Fact_sheet_Hybrid_Battery_Contract_ServicePortfolio_FR_2015_00719.pdf

68 von 77

HE‐ARC / MHO Projekt Alternabus Juni 2019

6.2.3 Probleme: Rohstoffe und Batterie‐Recycling Bei der Problematik der Rohstoffe müssen Lieferanten gesucht werden, die von einem anerkannten und respektierten Ethik‐Gremium zertifiziert sind. Eventuell könnte ein schweizerisches Label und der Ägide des Bundes in Betracht kommen.

Das Batterie‐Recycling muss in der Schweiz z.B. durch Vereinbarungen mit Recyclingunternehmen attraktiver gestaltet werden. Die Batterien dürfen nicht in den Wasserläufen der armen Länder enden. Die Bewältigung des Recycling‐Problems im Land selbst würde eine sorgfältige und umweltschonende Behandlung der toxischen Produkte gewährleisten. Die mit den neuen Energietechnologien verbundenen Tätigkeiten könnten Arbeitsplätze für eine Nachfrage schaffen, die mit dem Aufkommen der Elektrobusse stark zunehmen wird. Für dieses Argument liesse sich leicht werben, weil die Öffentlichkeit dafür sehr empfänglich ist.

Daneben könnte man Batterien z.B. in Privathäusern (Solarzellen, «Smart Grid» usw.) oder in Grossunternehmen ein zweites Leben verleihen. Eine Batterie mit einer Kapazitätseinbusse von 30 % kann nicht mehr in einem Bus, aber anderswo genutzt werden: Die Post setzt Batterien mit zu wenig Kapazität, um noch auf ihren zwei‐ und dreirädrigen Elektrofahrzeugen verwendet zu werden, in Gebäuden ein148. 6.2.4 Politik Zwischen den verschiedenen Beteiligten vor Ort müssen substantielle Debatten geführt werden, um den Energiewandel zu beschleunigen. Es sollte ein nationaler Aktionsplan mit fundierten Kenntnissen erstellt werden, der auf eine abgestimmte Entscheidungsfindung abzielt. Jede Agglomeration hat ihre eigenen Besonderheiten, aber die technologischen und energetischen Entscheidungen betreffen alle Verkehrsunternehmen, die bei diesem Übergang eine wichtige Rolle zu spielen haben.

Zudem könnten vom BAV vorgeschriebene Massnahmen den Unternehmen des öffentlichen Verkehrs Anreize bieten, die mit fossilen Brennstoffen angetriebenen Busse auszumustern. Anders als in einigen Nachbarländern wird heute kein wirklicher Druck ausgeübt, im Gegenteil: Mit der Rückerstattung der Mineralölsteuer auf Treibstoffen handelt der Bund den jüngst vom Volk angenommenen Zielen der ES 2050 zuwider und verfolgt eine überholte Politik.

Falls der Bund beschliessen sollte, den öV nicht länger von der Mineralölsteuer und vom Mineralölsteuerzuschlag zu befreien, müsste er die Abgeltungen an die öV‐Unternehmen erhöhen, damit sie die neuen Steuern überhaupt zahlen können. Abgeltungen stammen von Bund und Kantonen, doch die Steuer betrifft nur den Bund. Einmal angenommen, dass die Steuer den konzessionierten Transportunternehmen nicht zurückerstattet würde, dann würde der Bund die gesamten Steuern einnehmen und trotzdem nur einen Teil der auf Bund und Kantone aufgeteilten Abgeltung leisten. Der Verzicht auf die Rückerstattung der Abgaben könnte zwar die Kantone veranlassen, die Busse zu elektrifizieren, aber vielleicht auch, jegliche Veränderung zu bekämpfen. 6.2.5 Sicherheit Die Sicherheit der Fahrgäste und des Personals erfordert eine strikte und systematische Anwendung der bestehenden Normen und gegebenenfalls die Anpassung an neue Normen durch die Einrichtung eines Kontrollsystems. ISO‐Normen werden in der Industrie einstimmig eingehalten und ermöglichen ein effektives Risikomanagement.

148 https://www.post.ch/de/ueber‐uns/unternehmen/verantwortung/ein‐zweites‐leben‐fuer‐postrollerbatterien

69 von 77

HE‐ARC / MHO Projekt Alternabus Juni 2019

Die Anwendung von Sicherheitsnormen bedeutet beispielsweise, einen grösseren Abstand zwischen den Fahrzeugen bei der Lagerung im Depot einzuhalten, was den Platzbedarf für die Buslagerung erhöht. Dies muss bei der Umstellung auf Alternativen zum Diesel berücksichtigt werden.

Gleichzeitig ist es notwendig, die Nutzer auf den Betrieb von Bussen in Verbindung mit einer Technologie aufmerksam zu machen, die ein Bild der Gefahr vermittelt (Wasserstoff, Gas), und sie über die Massnahmen zur Begrenzung der Risiken zu informieren. 6.2.6 Flexibilität und Zuverlässigkeit Das Argument, wonach Busse aufgrund des Antriebsmittels wenig zuverlässig sind, wird oft übertrieben. Wie bei jeder neuen Technologie können «Kinderkrankheiten» auftreten. Wie im Kapitel Stand der Technik erwähnt, werden Busse der neuen Generation in vielen Ländern erfolgreich eingesetzt. Die jüngsten Erfahrungen in der Schweiz und die Rückmeldungen zeigen, dass die «Testphase» der neuen Technologien hinter uns liegt. Die Verkehrsunternehmen befinden sich heute in der Phase der Marktstudien und Ausschreibungen, sind aber häufig orientierungslos. Diese Feststellung hat im Übrigen die vorliegende Studie veranlasst. 6.2.7 Gesetzgebung zu Batterietrolleybussen Die Situation muss rasch geklärt werden. Je mehr Zeit verstreicht, desto stärker wird die Reichweite der Batterien mit der technologischen Entwicklung zunehmen, sodass die Höchstgrenze von 50 % der per Oberleitung elektrifizierten Linie kaum mehr einzuhalten ist und für die Unternehmen eine Umstellung auf diese Technologie weniger attraktiv wird.

Oberhalb der 50 % gilt ein Batterietrolleybus als Trolleybus und benötigt eine neue Zulassung. Die beiden Technologien müssen im Gesetz angemessen getrennt behandelt werden. 6.2.8 Fehlende Kenntnisse Der vorliegende Bericht und der Praxisleitfaden sollen den Marktakteuren helfen, die richtigen Entscheidungen zu treffen. Wie in den Schlussfolgerungen des Berichts gefordert wird, ist diese Arbeit noch zu vertiefen.

Die befragten Expertinnen und Experten haben in den Interviews deutlich den Bedarf an neutraler Information und Hilfsmitteln bei der Entscheidungsfindung geäussert.

70 von 77

HE‐ARC / MHO Projekt Alternabus Juni 2019 7. Schlussfolgerung

7.1 Feststellungen Heute fehlt eine Universallösung für das Problem eines Ersatzes des Diesel‐Verbrennungsmotors als Antriebsmittel von Bussen im öffentlichen Verkehr. Die Technologien, die auf dem Markt sind bzw. auf den Markt kommen, sind je nach Verhältnissen der Linien und Verkehrsnetze von unterschiedlichem Interesse. Die vorliegende Studie nennt jeweils mehrere Standard‐Situationen (in der Studie als Szenarien bezeichnet) und evaluiert für jede die Vor‐ und Nachteile der jeweiligen Technologie.

Der Dieselmotor stellt heute immer noch die kostengünstigste und bewährteste Technologie dar. Unternehmen, die andere Antriebsmittel testen, sind durch sonstige Argumente wie z.B. das Image oder den Willen, die Energiewende einzuleiten, motiviert. Im Vorgriff auf die Entwicklung des politischen, rechtlichen und wirtschaftlichen Rahmens, die sie erahnen, ohne sie zu kennen, experimentieren sie und tun sich schwer damit, eine Flottenstrategie festzulegen, die Entscheidungen mit langjährigen Konsequenzen erfordert.

Glücklicherweise kommen heute verschiedene alternative Technologien zur Reife, sodass in absehbarer Zukunft auf den Diesel verzichtet werden kann. In diesem Bereich bestehen Hindernisse für den Energiewandel, die in den vorangegangenen Kapiteln weitgehend erläutert werden.

Um die Umstellung auf alternative Dieselantriebe zu beschleunigen, wäre es zum einen notwendig, die CO2‐ Emissionen in den für Busse geltenden Emissionsnormen zu berücksichtigen. Andererseits wäre es wünschenswert, die CO2‐Steuer auf Kraftstoffe (und damit auf den Verkehr) und nicht nur auf fossile Brennstoffe auszudehnen.

Solange die Behörden, die Verkehrsdienste beauftragen, keine Anforderungen an die Aufgabe von Dieselbussen an Serviceverträge stellen, wird es für Unternehmen allein schwierig sein, den Übergang zu alternativen Antriebsarten zu vollziehen. Diese Forschung hat gezeigt, dass es schwierig ist, die richtigen technologischen Entscheidungen zu treffen, so dass es offensichtlich ist, dass Studien, Projekte und letztendlich Entscheidungen gemeinsam von lokalen Behörden und Unternehmen des öffentlichen Verkehrs getroffen werden müssen.

Abbildung 29: Projekt Elektrobus auf eigener Spur149

149 http://www.leparisien.fr/espace‐premium/seine‐et‐marne‐77/bus‐metro‐tram‐gares‐voici‐les‐nouveautes‐pour‐vos‐transports‐ 06‐10‐2016‐6178811.php

71 von 77

HE‐ARC / MHO Projekt Alternabus Juni 2019

7.2 Methodische Analyse von reellen Fällen Die wichtigste zu teilende Beobachtung ist, dass die Vielfalt der Versorgungssituationen, der Betriebsprofile und der bestehenden Bedingungen der öffentlichen Verkehrsnetze zwangsläufig zu Lösungen führt, die von Fall zu Fall zu prüfen sind, um Dieselbusse zu ersetzen. Diese Arbeit hat jedoch zur Entwicklung von Standardprofilen geführt, die für einige Technologien eindeutig besser geeignet sind als für andere.

Die Empfehlungen für die verschiedenen untersuchten Betriebsbedingungen werden in der folgenden Tabelle zusammengefasst:

Betriebsprofil Wichtigste Eigenschaften Empfohlene Optionen

sehr grosse Kapazität

hohe Verfügbarkeit Batterietrolleybus

Starke optische Auswirkung Diesel/Elektro‐Hybrid

Städtische Hauptlinie Minimale Umwelt‐ und mit grosser Kapazität Lärmbelastung

Grosse Kapazität

Hoher Leistungsbedarf

Batterietrolleybus hohe Verfügbarkeit

Schnellladefähiger Batteriebus Starke optische Auswirkung

Städtische Hauptlinie mit starker Steigung Minimale Umwelt‐ und Lärmbelastung

Wasserstoff/Elektro‐Hybrid

Geringe Kapazität Erdgas

Quartier‐ oder Zubringerlinie (ev. elektrisch)

Mittlere Kapazität Elektrisch

Aktionsradius wichtig Wasserstoff/Elektro‐Hybrid Regionale Linie mit geringer Steigung

Mittlere Kapazität Erdgas oder Bio‐CNG

Aktionsradius wichtig Diesel

Regionale Linie mit starker Steigung

Tabelle 29: Zusammenfassung der Empfehlungen je nach Betriebsbedingungen

72 von 77

HE‐ARC / MHO Projekt Alternabus Juni 2019

7.3 Perspektiven Der vorliegende Bericht wird durch einen Praxisleitfaden ergänzt. Der Leitfaden richtet sich an das Management der Verkehrsunternehmen. Er soll den politischen Entscheidungsträgern einfache Informationen über die im jeweiligen Kontext geeignete Technologie liefern.

Damit schliesst er eine akute Lücke. Später soll ergänzend ein interaktives und skalierbares Tool angeboten werden, das laufend aktualisiert und z.B. an die technischen Fortschritte und die Kostenentwicklung angepasst werden kann. Heute fehlt ein solches Tool zur Entscheidungshilfe.

Schliesslich empfehlen wir die Einsetzung einer Beratungs‐«Task‐Force», in Zusammenarbeit mit der Kommission Technik und Betrieb Bus (KTBB) des VöV. Sie könnte die Entscheidungsträger in unterschiedlichen Städten treffen, die Situation untersuchen und den Verkehrsunternehmen, Behörden und Benutzern massgeschneiderte Lösungen vorschlagen. Die Task Force würde aus einigen Schlüsselakteuren bestehen, die Fortschritte in diesem Bereich vorantreiben, und hätte den Auftrag, die Kenntnisse zu verwerten und Empfehlungen an die öffentliche Hand und die Unternehmen des öffentlichen Verkehrs zu richten.

73 von 77

HE‐ARC / MHO Projekt Alternabus Juni 2019 8. Anhänge

8.1 Vergleich der Technologien 8.1.1 Hybrid

Abbildung 30: Vergleich der Technologien Hybrid, Erdgas und Diesel nach den Kriterien von Kapitel 4

74 von 77

HE‐ARC / MHO Projekt Alternabus Juni 2019

8.1.2 Elektrisch

Abbildung 31: Vergleich der Technologien Elektrisch und Diesel nach den Kriterien von Kapitel 4

75 von 77

HE‐ARC / MHO Projekt Alternabus Juni 2019

8.2 Poster

Abbildung 32: Poster für das Seminar des VöV

76 von 77

HE‐ARC / MHO Projekt Alternabus Juni 2019

Abbildung 33: Poster (deutsche Version) für das Seminar des VöV

77 von 77