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Das goldene Jahrzehnt des Busses

Gastbeitrag von busplaner-Chefredakteur Claus Bünnagel

Dank der technischen Verbesserungen bei den Batteriebussen ist die Angst vor den riesigen Herausforderungen des Mobilitätswandels im Zuge von „Learning by doing“ deutlich geringer geworden. Man nimmt sich auch in anderen Verkehrsunternehmen mittlerweile des Unausweichlichen an und krempelt die Ärmel hoch. Mehr noch: Der Wandel hin zur Elektromobilität wird mittlerweile als echte Chance für den ÖPNV angesehen.

Trotz der coronabedingten Rückgänge der Fahrgastzahlen im Jahr 2020 spricht vieles dafür, dass eine goldene Dekade vor dem (Stadt-)Bus liegt. Der S-Bahn-Bau bietet durch die langen Planungshorizonte nur Perspektiven für die Zeit ab 2030. Um die überfällige Verkehrswende rasch anzuschieben, reagieren die Verkehrsunternehmen bereits. Aktuell betreibt beispielsweise die Hamburger Hochbahn 1.500 Busse. Bis 2030 sollen es 2.500 bis 3.000 sein, also annähernd eine Verdoppelung des Fuhrparks.

Fördertöpfe werden aufgefüllt

Gertrud Sahler
Das Bundesumweltministerium mit seiner Leiterin der Abteilung Verkehr, Gertrud Sahler, peilt bis zum Jahr 2023 eine Fördersumme von 650 Mio. Euro für 1.500 E-Busse an. Foto: Claus Bünnagel

Um die Ausweitung der Busfuhrparks zu ermöglichen, ist ein deutlicher Ausbau der Regionalisierungsmittel möglich. Gertrud Sahler, Leiterin der Abteilung Verkehr im Bundesumweltministerium, peilt bis zum Jahr 2023, wenn sich ihr Ministerium aus der Förderung zurückzieht und es dann auf Bundesebene nur noch einen Fördertopf und somit eine sinnvolle Bündelung der Mittel gibt, eine Fördersumme von 650 Mio. Euro für 1.500 E-Busse an. Das dürfte allerdings bei weitem nicht ausreichen, um die elektromobile Verkehrswende im ÖPNV zu realisieren. Staatssekretärin Dr. Tamara Zieschang (Bundesverkehrsministerium) stellt daher 620 Mio. Euro als zusätzliche Mittel in Aussicht. Allerdings schließt die künftige neue Förderrichtlinie auch mit Wasserstoff oder Biomethan betriebene Busse mit ein. Auf EU-Ebene wird allerdings bereits weit größer gedacht. Im Moment ist europaweit ein Fördervolumen von rund 8,5 Mrd. Euro in 63 Projekten für die Elektromobilität vergeben. Als größte Wirtschaftsmacht in der EU sind die Aufwendungen der Bundesrepublik für E-Busse vergleichsmäßig also deutlich zu gering.

Größer denken beim Bus

Prof. Henning Kagermann
„An Elektromobilität geht kein Weg vorbei“, sagt NPM-Vorsitzender Prof. Henning Kagermann. Foto: Claus Bünnagel

MdB Daniela Kluckert, stellvertretende Vorsitzende des Verkehrsausschusses, fordert daher, dass man „anfangen sollte, wieder groß zu denken bei den Busverkehren“. Die Unternehmen im ÖPNV sollten mit finanzieller Unterstützung gestärkt werden, auch die kleineren in der Region. Gerade für diese sei es im Moment sehr schwierig an Fördermittel heranzukommen. Trotz der gesteigerten Aufmerksamkeit für den Bus werde auch seine Elektrifizierung ein „mühseliger Prozess“ bleiben, prophezeit Prof. Henning Kagermann, Vorsitzender des Lenkungskreises Nationale Plattform Zukunft der Mobilität (NPM). „An Elektromobilität geht kein Weg vorbei, auch wenn ich für Technologieoffenheit bin“, betont Kagermann. Andere Technologien hätten zu lange „Entscheidungshorizonte“. „Vieles davon ist erst nach 2030 realisierbar“, führt er aus. Das gelte auch für die Brennstoffzellentechnologie – angesichts von Kosten für Wasserstofftankstellen von 1 bis 2 Mio. Euro und des teuren Treibstoffs. Auch autonome Busse sähe man in größerer Anwendung erst „frühestens in 15 Jahren“.

Gut Ding braucht Weile

Umspannwerk_Pixabay/Max Mann.jpg
Für die Errichtung eines 110-kV-Umspannwerks gehen leicht vier bis viereinhalb Jahre ins Land. Foto: Pixabay/Max Mann

Der Zeithorizont wird demnach eine immer wichtigere Größe für die Elektromobilisierung des ÖPNV. Denn mit der ohnehin schon schwierigen E-Bus-Beschaffung, der langwierigen und mühseligen Beantragung von Fördermitteln sowie Lieferzeiten bei vielen Stromern von neun bis zwölf Monaten, ist es noch längst nicht getan. Lange Genehmigungs- und Umsetzungszeiträume müssen auch bei den nötigen Infrastrukturmaßnahmen bedacht werden. Für die Errichtung eines 110-kV-Umspannwerks gehen leicht vier bis viereinhalb Jahre ins Land, für Schnellladestationen auf der Strecke meist zwei bis drei Jahre. Noch langfristiger muss man für H2-Anlagentechnik kalkulieren, nämlich gut viereinhalb Jahre. Die Nettokosten dabei sind enorm: rund 420.000 bis 650.000 pro Elektrosolo bzw. -gelenkbus (vor Förderung), 120.000 bis 250.000 Euro für einen Schnelllademast samt Trafo, 20.000 Euro für ein Depotladegerät, 10.000 bis 100.000 Euro pro Einheit für die Investition in die Werkstatt (etwa für Dacharbeitsplätze), 40.000 bis 80.000 Euro für Aus- und Weiterbildung der Mitarbeiter sowie 50.000 bis 150.000 Euro für eine Wechselbatterie nach ca. sechs bis zehn Jahren Einsatzzeit des E-Busses.

Herausforderung auch für Private

Goettingen
In Deutschland gehen immer mehr elektrifizierte Busse an den Strom. Foto: Claus Bünnagel

Die EU macht mit der Richtlinie 2019/1161 EU, besser bekannt als Clean Vehicles Directive (CVD), Druck auf die europäischen Verkehrsunternehmen, den Fuhrpark auf emissionsarme bzw. -freie Busse umzustellen. Bis 2. August 2021 muss die Umsetzung der Richtlinie in deutsches Recht erfolgt sein. Ab da gelten folgende verpflichtende Beschaffungsquoten in Deutschland: Bis 31.12.2025 müssen 45 % der beschafften Busse emissionsarm sein, davon 22,5 % emissionsfrei. Im Zeitraum vom 1.1.2026 bis 31.12.2030 steigt die Quote auf 65 %, davon 32,5 % emissionsfreie Fahrzeuge. Ändert sich an der gängigen Förderpraxis nichts, ist schon jetzt abzusehen, dass gerade viele mittelständische private Busunternehmen kaum in den Genuss beispielsweise einer 80-%-Förderung der Mehrkosten eines Elektrobusses durch das Bundesumweltministerium kommen. Zum einen waren die Töpfe in jüngster Zeit meist ausgeschöpft durch Großanträge kommunaler Verkehrsunternehmen. Zum anderen muss die Förderung mindestens für sechs Busse beantragt werden, und außerdem ist die Antragsstellung extrem aufwendig und gerade für kleinere und mittelgroße Unternehmen nur schwer zu stemmen. Viele Busbetriebe werden sich also nach Alternativen umsehen müssen. Eine Lösung könnte der Umbau von älteren Diesel- in Elektrobusse darstellen. Erste Anbieter offerieren eine solche Möglichkeit, der Weg dorthin ist aber grundverschieden. Die e-troFit GmbH aus Ingolstadt, hundertprozentige Tochter des Garchinger Technologieunternehmens in-tech, möchte zukünftig mit zertifizierten Partnerwerkstätten zusammenarbeiten, deren geschulte Mitarbeiter die Umrüstung vornehmen. Ein Vorteil dieser Lösung: Da die Werkstätten in der Regel dort ansässig sein werden, wo e-troFit-Kunden ihre Busse einsetzen, ist auch für die spätere Wartung gerade des Hochvoltantriebs immer ein Spezialistenteam vor Ort. Auch interessant: Das Unternehmen CM Fluids baut Diesel - zu elektrisch angetriebenen Biomethanbussen um. Es nutzt dabei die Erzeugnisse aus Biomethananlagen, von denen viele heute kaum noch wirtschaftlich arbeiten, da Strom aus Fotovoltaik und Windkraft immer günstiger wird. Sie suchen daher neue Absatzmöglichkeiten und könnten spielend die gesamte Busflotte in Deutschland mit Biomethan versorgen.

Elektrische Wende auch im Reise- und Fernbus?

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Die großen Bushersteller in Europa haben heute alle E-Busse im Sortiment. Foto: Claus Bünnagel

Die Überlegungen gehen der Bus- und Batteriehersteller aber schon über den ÖPNV-Sektor hinaus. Viele Zellen kann man mindestens mit 0,8 C laden. So erreicht man nach rund einer Stunde einen Ladestand von 80 % – und 70 % in einer Dreiviertelstunde, der gesetzlichen Ruhezeit eines Reisebusfahrers nach viereinhalb Stunden Fahrt. Andere Hochleistungsbatteriesysteme mit bis zu 300 kWh Kapazität könnten schon in wenigen Jahren auf den Markt kommen, die mit mehreren C schnellgeladen werden können, so dass mehrere kurze Stopps von wenigen Minuten eingelegt werden können, um die Batterien mit Energie zu versorgen. So ließe sich die Ruhezeit, wie es ja gesetzlich vorgesehen ist, in drei 15-Minuten-Pausen zum Laden stückeln. Denn es gibt in der Ladetechnik natürlich keinen Stillstand. So arbeitet die CCS-Initiative CharIN, ein Zusammenschluss von Audi, BMW, Daimler, Mennekes, Opel, Phoenix Contact, Porsche, TÜV SÜD und VW, in der High Power Commercial Vehicle Charging Task Force (HPCVC) gegenwärtig an der Hochleistungsladung für elektrische Nutzfahrzeuge – Lkw und Busse – mit einer Ladeleistung von 1 bis 3 MW. Ein wichtiger Aspekt ist die Kühlung von NMC-Batteriezellen. Ihr Wohlfühlbereich liegt bei rund 25°C. Dann hat sie nach 360 Vollzyklen, was in etwa einem Jahr bei Depotladern entspricht, noch eine maximal erreichbare Ladekapazität (SOC) von mehr als 98 %. Bei einem geringfügig höheren Temperaturlevel von 35°C ist der SOC dann bereits auf 95 % gefallen. Die Thermofrage ist also eine entscheidende Größe für die Reichweite.

Energiebereitstellung kein Problem

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Die Hochbahn will ihren Elektrofuhrpark in Hamburg deutlich ausweiten und peilt in den nächsten Jahren weitere Zukäufe u.a. des Mercedes-Benz eCitaro an. Foto: Daimler AG

Heute beträgt der Investitionsbedarf für einen ÖPNV-Fuhrpark von 115 Euro-6-Bussen, was der mittleren Flottengröße entspricht, rund 35 Mio. Euro bei der Annahme von 80 Gelenkbussen. Für die gleiche Anzahl von E-Bussen schlügen circa 42,4 Mio. Euro nach 80-%-Förderung zu Buche. Das ist aber dann längst nicht alles. Denn nach sechs bis zehn Jahren stände eben der Batterietausch an, was Aufwendungen von rund 13,75 Mio. Euro nach derzeitigem Stand erforderte. Außerdem müssten voraussichtlich 30 Einheiten, davon 20 Gelenkbusse, mehr angeschafft werden, um mit den reichweitenschwächeren E-Bussen die Bedienung der Linien erfüllen zu können, was zusätzliche 10,96 Mio. Euro nötig machen würde. Hinzu kommen Investitionen in Ladestationen, Netzanschluss und Trafostationen (ca. 15 Mio. Euro) sowie die Ertüchtigung und Erweiterung von Betriebshof und Werkstatt (ca. 5 Mio. Euro). Summa Summarum würde die Umstellung vom Dieselbetrieb auf eine gleichwertige E-Bus-Flotte also etwa 87,11 Mio. Euro kosten, was einem Faktor von 2,5 entspricht. Es gibt allerdings auch eine gute Nachricht: Der Gesamtenergiebedarf der Betriebshöfe für eine komplett elektrifizierte Flotte von knapp 1.800 Einheiten wie etwa in Hamburg benötigt rund 132 GWh im Jahr. Umgerechnet auf eine rund 40.000 Einheiten starke deutsche ÖPNV-Linienflotte von Stromern hieße das einen Energieaufwand von rund 2,5 TWh. In der Relation: Deutschland hat 2020 knapp 489 TWh Strom produziert, davon gut 247 TWh oder 50,5 % aus erneuerbaren Quellen. Die Energiebereitstellung sollte also, sofern die nötige Infrastruktur aufgebaut ist, kein Problem darstellen.

Praxisbeispiel Köln

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In Köln liegt die Verfügbarkeit der E-Gelenkbusse mittlerweile bei hervorragenden 96 bis 97 %, der Maximalverbrauch bei guten 2,62 kWh. Foto: Claus Bünnagel

Doch sind auch die Fahrzeuge praxistauglich? Gute Daten zu dieser Frage liefert die KVB in Köln, die seit Ende 2016 acht E-Gelenkbusse mit schnellladefähigen LFP-Batterien auf der Linie 133 laufen hat. Nach drei Jahren im Dauereinsatz liegt die Restkapazität noch zwischen 91,8 und 93,4 %. Im Durchschnitt haben die Fahrzeuge 7,3 % Batteriekapazität oder 11,3 kWh verloren, mithin also ein Verlust von durchschnittlich 2,4 % im Jahr. Nach drei Jahren ist damit die Reichweite der Fahrzeuge im Schnitt um 4,46 km reduziert, was bei den Gelegenheitsladern allerdings nicht das ganz große Problem darstellt, da sie sich mit 450 kW Leistung am Schnelllademast innerhalb von nur zwölf Minuten weitestgehend mit Energie versorgen lassen. Schreibt man den jährlichen Verlust an nutzbarer Kapazität fort, dürften die E-Gelenkbusse nach frühestens rund sieben bis acht Jahren bei einem verbleibenden Wert von 80 % angelangt sein – ein kritischer Punkt, an dem zu entscheiden ist, ob der weitere Einsatz mit der ersten Batterie noch sinnvoll ist, um die nötigen Umläufe leisten zu können. Nach der ersten Lernkurve bei Bushersteller und Betreiber steigt mittlerweile auch die Verfügbarkeit der Fahrzeuge. Die Busse 1 bis 8 konnten sich bis Ende 2018 auf 84 % steigern, die neu angeschaffte neunte Einheit liegt bei einer Verfügbarkeit von 96 bis 97 % und damit auf dem Niveau eines Dieselpendants. Auch in Sachen Verbrauch stellten sich im Laufe der Jahre Verbesserungen ein. Der Maximalwert im Winter bei Temperaturen von unter –10°C und Stau liegt mittlerweile bei 2,62 kWh, erzielt im kalten Februar 2018. Ein Jahr zuvor hatten die Busse noch bis maximal 3,17 kWh Energie benötigt. Im Sommer mit Klimaanlageneinsatz und Stau werden in der Spitze 1,7 kWh verbraucht, ohne Bedarf von Thermomanagement 1,5 kWh. Klimatisierung bei warmen Temperaturen stellt also eine eher zu vernachlässigende Größe dar. Im Verlauf des Jahrs 2021 werden weitere 53 VDL-Busse in Köln eingesetzt, die das Land Nordrhein-Westfalen mit 60 % und das Bundesumweltministerium mit 20 % der Mehrkosten in Relation zu einem dieselbetriebenen Fahrzeug fördern. Die neue Generation wird dann bereits einen im Schnitt 0,3 bis 0,4 kWh reduzierten Energiekonsum pro Kilometer aufweisen, was die Einsatzmöglichkeiten natürlich deutlich erweitert.

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