Technische Universität Berlin

Kriegt die Bahn noch den Anschluss?

Ein Blick auf den Zustand des Eisenbahnverkehrs in Deutschland aus wissenschaftlicher Sicht

Seit 24 Jahren ist Prof. Dr.-Ing. Markus Hecht Leiter des Fachgebiets Schienenfahrzeuge am Institut für Land- und Seeverkehr der Technischen Universität Berlin. Er hat in dieser Zeit die Höhen und Tiefen des deutschen Eisenbahnverkehrs miterlebt. Im Interview erklärt er, welchen Herausforderungen das umweltfreundliche Verkehrsmittel in Deutschland gegenübersteht.

Herr Hecht, nicht nur in den vergangenen Streiktagen, auch sonst ist das Schimpfen über die Bahn fast zum Volkssport geworden. Halten Sie uns doch einmal ein Plädoyer für dieses Verkehrsmittel!

Die Bahn ist eigentlich ein Wunder an Raumeffizienz. Theoretisch können Sie 80.000 Personen pro Stunde und Richtung mit unserem Bahnsystem befördern, alle fünf Minuten fährt irgendwo ein Güterzug mit einer Ladung von bis zu 4.000 Tonnen los. In den USA ziehen Loks auch schon mal 30.000 Tonnen, diese Züge sind dann allerdings auch mehr als zwei Kilometer lang. Wenn Sie von den wenigen Elektroautos absehen, sind Bahnen mit elektrischem Antrieb die einzigen Verkehrsmittel, die null Emissionen auf ihrer Fahrtstecke verursachen. Und die Energieeffizienz ist sehr hoch: Sie haben auf der Schiene einen geringen Rollwiderstand, der Luftwiderstand ist sehr gering, weil die Waggons im Windschatten der Lok fahren, und über die sogenannte Rekuperation können Sie beim Bremsen eine Menge Energie zurückgewinnen.

Ich habe allerdings mal gehört, dass Reisebusse noch energieeffizienter sein sollen?

Es gibt eine Untersuchung vom Umweltbundesamt, die das behauptet. Das Problem ist allerdings, dass bei der Bahn die Erzeugung von CO2 im Prinzip zweimal gezählt wird. Einmal in den Statistiken der Energiebranche, bei der Stromerzeugung der Kraftwerke. Und dann nochmal bei der Bahn selbst. Wenn man es genauso machen wollte wie bei den Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor, dann dürfte man die Kohlendioxidemissionen nur einmal für das Kraftwerk zählen und der elektrische Bahnverkehr wäre komplett CO2-frei.

Wie sieht es denn momentan aus in der Aufteilung zwischen Straße und Schiene?

Der Anteil der Schiene ist immer noch erschreckend gering. Bei den Personenkilometern hat die Bahn gerade mal einen Marktanteil von acht Prozent. Im Güterverkehr sind es immerhin 17 Prozent der Tonnenkilometer. Insgesamt ist der innerdeutsche Verkehr auf Schiene und Straße für 180 Millionen Tonnen CO2-Äquivalente pro Jahr verantwortlich. Man schätzt, dass davon 40 Millionen Tonnen mit Hilfe der Bahn eingespart werden könnten. Einmal durch eine Verlagerung des Personenverkehrs von der Straße auf die Schiene, zum Beispiel durch eine höhere Zuverlässigkeit der Bahn und Kapazitätserhöhungen durch Doppelstockwagen. Zum anderen dadurch, dass die Bahn noch energieeffizienter wird.

Wie könnte die Energieeffizienz denn weiter gesteigert werden?

Ein wichtiger Beitrag wäre der weitere Ausbau des Schienennetzes mit elektrischen Oberleitungen. Was viele nicht wissen: In Deutschland sind erst 61 Prozent der Streckenkilometer elektrifiziert. Und nach heutigem Planungsstand werden wir 2030 erst bei 64 Prozent angelangt sein. Im letzten Koalitionsvertrag dagegen hatte man sich vorgenommen, dass bis 2025 schon 70 Prozent des Schienennetzes mit Oberleitungen bestückt sein sollten.

Sind das denn nicht einfach nur unbedeutende Nebenstrecken, auf denen noch Dieselloks fahren?

Man darf sich hier nicht davon täuschen lassen, dass im Personen-Fernverkehr tatsächlich fast 100 Prozent der gefahrenen Kilometer elektrisch zurückgelegt werden. Insgesamt muss die Bahn nämlich noch gut ein Drittel der gefahrenen Zugkilometer mit Dieselmotoren bewältigen, hauptsächlich im Güter- und vor allem im Nahverkehr. Dieselloks haben gegenüber E-Loks nur ein Drittel des Wirkungsgrades, zudem können Sie die Bremsenergie gar nicht oder nur zu einem sehr geringen Teil nutzen, bei E-Loks dagegen können durch diese Rekuperation bis zu 90 Prozent der Bremsenergie wiedergewonnen werden. Oft fahren auch Dieselloks einen Großteil ihrer Strecke auf eigentlich elektrifizierten Trassen, einfach weil das Umspannen der Loks zu zeitaufwändig wäre.

Woran lieg es denn Ihrer Meinung nach, dass die Bahn da so weit hinten ist im Plan?

Da kommen wir jetzt auf ein grundsätzliches, strukturelles Problem, das auch noch für andere Schwierigkeiten verantwortlich ist: Es fehlen die Anreize für die richtigen Entscheidungen. Die Bahn ist ja eine Holding, es gibt DB Fernverkehr, DB Cargo, DB Netz und so weiter. Und Geld sparen schont das Budget jeder einzelnen Tochtergesellschaft – egal, wieviel Schaden im Gesamtsystem das anrichtet. Das spielt zum Beispiel bei der Elektrifizierung eine Rolle, weil die dafür verantwortliche DB Netz zwar die Investitionen für den Ausbau vom Bund oder den Ländern bekommt, für den Unterhalt der Strecken aber selber verantwortlich ist. Und der ist bei elektrifizierten Strecken eben größer. DB Netz ist vertraglich verpflichtet, jährlich etwa eine halbe Milliarde Euro Gewinn an den Bund abzuführen. Da vermeidet man natürlich gerne höhere Kosten. Die schweizerische Eisenbahngesellschaft hat dagegen ein Gewinnverbot. Da sind übrigens 100 Prozent der Strecken elektrifiziert.

Die Schweiz ist aber auch das Eisenbahnland schlechthin und hatte durch die Wasserkraft schon immer viel Strom zur Verfügung.

Das ist richtig. Aber auch Indien wird bis 2023 vollständig elektrifiziert sein. In Deutschland ist das alles zugegebenermaßen ziemlich aufwändig – das gibt es Anhörungsverfahren für die Anwohner*innen, teilweise müssen Schallschutzwände errichtet werden, oft auch Brücken und Tunnel umgebaut. Aber die DB Netz will auch nichts aus der Hand geben und hat auf der anderen Seite wenig Planungskapazitäten. Hier sollte man mehr Mut haben, auch bei der Planung auf Fremdfirmen zu setzen.

Sie sagten, dass die falschen Anreize im System sich auch an anderer Stelle auswirken.

Nehmen sie die für den reibungslosen Bahnverkehr dringend notwendige Erhöhung der Überholstellen auf eingleisigen Strecken. Das Ausbauprogramm der Bahn aus dem Jahr 2017 hat 70 Stellen identifiziert, wo solche Überholspuren eingerichtet werden müssten. Von DB Netz gebaut wurden bisher 12. Die Gründe für diesen Verzug sind ähnlich wie bei der Elektrifizierung – denn wirklich gebraucht werden die Überholstellen von DB Fernverkehr und den Güterbahnen, nicht von DB Netz. Strukturelle Fehler finden sich übrigens auch im Detail. So verringern sich die Boni der Manger*innen, wenn die Züge zu spät kommen. Klingt eigentlich gut, doch das führt dazu, dass man Züge bei Problemen gern mal ganz ausfallen lässt. Die verschwinden dann nämlich aus dem System und gehen in die Verspätungsstatistik nicht ein.

Kommen wir nochmal auf die Fahrgastzahlen zurück. Wie könnte es der Bahn denn gelingen, mehr Fahrgäste zu gewinnen? Nicht nur aus Deutschland, sondern aus ganz Europa?

Zunächst muss man hier vielleicht erwähnen, dass von 2009 bis 2019 die Zahl der Passagiere im gesamten Personenverkehr auf der Schiene um fast 40 Prozent gestiegen ist; 2009 war allerdings ein tiefer Wert durch die Wirtschaftskrise, 2020 kam der Einbruch durch Corona. Das Zusammenwachsen des europäischen Bahnsystems ist immer noch eine Herkulesaufgabe. Fast aberwitzig mutet da an, dass es nach einer europäischen Harmonisierung der Bahnsteighöhen jetzt nur noch zwei gibt: 76 Zentimeter bei uns – und 55 Zentimeter bei allen anderen Ländern!

Was ist da die Folge?

Das Einsteigen dauert länger: zehn Minuten für einen vollumfänglichen Fahrgastwechsel im Fernverkehr bei einem Einstieg über Stufen, drei bei ebenem Einstieg auf der richtigen Höhe. Vom Einsteigen von Rollstuhlfahrenden gar nicht zu reden. Die Schweiz hat deshalb in manchen Zügen schon Wagons mit zwei Türhöhen, die einen Türen gehen in der Schweiz und im übrigen Europa auf, die anderen im Spezialfall Deutschland. Dabei wäre eine Angleichung in Deutschland durchaus möglich.

Was sollte noch geschehen, damit die Bahn den Anschluss an die Zukunft nicht verpasst?

Für die europäischen Städteverbindungen brauchen wir moderne und gut getaktete Nachtzüge, um mit dem Flugverkehr konkurrieren zu können. Die Fahrpläne sollten generell so gestaltet sein, dass an den großen Knotenpunkten möglichst zu allen vollen und halben Stunden die Züge eintreffen, der sogenannte Deutschlandtakt. Das macht zum Beispiel die Schweiz so, auch im internationalen Verkehr, und das ermöglicht wesentlich bessere Anschlüsse – sprich mehr zufriedene Fahrgäste. Die Reduzierung von Gleisen, wie etwa von 18 auf 8 bei Stuttgart21, ist für dieses System natürlich Gift.

Gibt es auch technische Innovationen, die der Bahn weiterhelfen würden?

Über Batterie- und Wasserstoffzüge könnten wir jetzt nochmal so ein Interview führen. Die werden allerdings nur wichtig, wenn wir bei der Elektrifizierung wirklich nicht in die Gänge kommen. Automatische Kupplungen für den Güterverkehr, die sogenannte Digitale Automatische Kupplung, bringen mehr Sicherheit und sparen viel Zeit. Bei uns kuppeln immer noch Rangierer die Züge manuell zusammen. Und natürlich die Modernisierung von Stellwerken. Bei uns gibt es mehr als 500, die unterschiedlich alt sind und schlecht miteinander kommunizieren. Gibt es da Verständigungsprobleme, gehen sofort alle Signale auf Rot. Ich kann leider nicht anders, als hier nochmal das Bahnparadies Schweiz anzuführen. Bei denen laufen all die Daten in nur fünf Stellwerken zusammen – und die managen das ganze Land mit sehr hoher Zuverlässigkeit.

Das Interview führte Wolfgang Richter.

Das Fachgebiet Schienenfahrzeuge an der TU Berlin

Wie können Züge leiser rollen? Wie kann ihre Wartung effizienter geplant werden? Wieviel Energie lässt sich durch Optimierung der Fahrweise sparen? Und wie schnell sind automatische Kupplungen? Mit solchen Fragen beschäftigt sich das Fachgebiet Schienenfahrzeuge unter Leitung von Prof. Dr.-Ing. Markus Hecht. Dazu messen die Forschenden hochgenau die Rauheit und das Profil von Rad und Schiene und simulieren die Schallausbreitung in Wagons und Fahrwegen. Algorithmen berechnen aus Messdaten von Sensoren im Zug, wann Risse an Achsen oder Fehler an Federn auftreten könnten und planen damit die Wartungsintervalle. Das Team untersucht zudem Sensoren, die untereinander kommunizieren und ihre Daten gesammelt an eine Webcloud schicken, um zum Beispiel bei Güterzügen Temperatur, Feuchtigkeit und Innendruck von Kesselwagen engmaschig zu überwachen.

Aktuell kooperiert das Fachgebiet mit der DB Cargo AG über drei Jahre, um ein Testfeld für die Automatisierung der sogenannten Bremsprobe aufzubauen. Bei der Bremsprobe wird die Funktionsfähigkeit des Bremssystems überprüft. Es ist ein elementarer und zeitaufwändiger Arbeitsschritt der Zugvorbereitung, und dessen Automatisierung würde zur Erhöhung der Leistungs- und Wettbewerbsfähigkeit des Schienengüterverkehrs beitragen. Ziel ist die flächendeckende Einführung in Deutschland und später ganz Europa, das Projekt läuft bis Januar 2024.

Eines der wichtigsten Innovationsprojekte im Güterverkehr ist die Einführung der Digitalen Automatischen Kupplung. Neben dem vollständig automatischen Verbinden zweier Wagons ermöglicht sie die Versorgung von Güterwagen mit Strom und den Austausch von Daten über den gesamten Zugverband hinweg. Vor der europaweiten Einführung sind umfangreiche Versuche notwendig, die ein großes Industriekonsortium aus den deutschen, österreichischen und schweizerischen Bahnen sowie mehreren Güterwagen-Betreibern von 2020 bis 2022 durchführt. Das Fachgebiet Schienenfahrzeuge begleitet diese Versuche wissenschaftlich.

Studierende aller natur- und ingenieurwissenschaftlichen Fachrichtungen sind am Fachgebiet willkommen, insbesondere wenn sie auch Spaß an Mechanik, Physik und Konstruktionslehre haben.