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Der Schienenpersonenverkehr (SPV) muss im Rahmen einer erfolgreichen Mobilitätswende an Bedeutung gewinnen. Bisher werden auf vielen Strecken noch Dieselzüge eingesetzt.Diese Strecken werden nun teilweise mit Oberleitungen ausgerüstet, oder mit Batterie- und Brennstoffzellenzügen ausgestattet. 

In NRW sind wie im Bundesdurchschnitt knapp 40 Prozent der Nahverkehrsstrecken noch nicht mit Oberleitungen versehen, weshalb dort bislang Diesel eingesetzt wird. Einige Strecken sollen nun mit Oberleitungen nachgerüstet werden, doch bei weitem nicht alle, denn der Bau einer Oberleitung kostet im Durchschnitt 1–1,5 Millionen Euro pro Kilometer. Zudem müssen die Oberleitungen in den Folgejahren gewartet werden. Beides verursacht Kosten, welche sich nur bei stärker befahrenen Strecken rechnen. Das Kompetenzcenter Integraler Taktfahrplan NRW schätzt, dass langfristig rund 80 Prozent der Zugstrecken in NRW elektrifiziert sein werden. Zudem wird diskutiert, stillgelegte Strecken zur Stärkung des Schienenpersonennahverkehrs wieder zu reaktivieren. Auch diese sind nicht elektrifiziert, da die Wirtschaftlichkeit dieser Trassen schon immer gering war.

Für diese Strecken kommen sowohl batterieelektrische als auch brennstoffzellenelektrische Züge infrage. Aktuell geht es bei den Entwicklungen vorrangig um elektrische Triebwagen (EMU „Electrical Multiple Units“) für den Personennahverkehr. An Güterlokomotiven wird abgesehen von Rangierlokomotiven bislang wenig entwickelt, da diese einen sehr hohen Energiebedarf verbunden mit hoher Leistung haben, was hohe Herausforderungen an die Energiespeicherung der Fahrzeuge stellt. Die verfügbaren Güterlokomotiven sind daher immer Hybridlokomotiven, bei denen ein Dieselgenerator oder eine Traktionsbatterie auf kurzen Streckenabschnitten ohne Oberleitung die Energieversorgung übernimmt.

Reichweite und Energiebedarf als Argument für den Einsatz von Brennstoffzellen

Anders als bei Straßenfahrzeugen war auf der Schiene bei Personenzügen der Brennstoffzellenantrieb der Vorreiter. Diese Fahrzeuge werden auch als HEMU (“hydrogen electric multiple units” = wasserstoffelektrischer Triebwagen) bezeichnet. Der Coradia iLint von Alstom wurde 2016 präsentiert und nahm 2018 den Fahrgastbetrieb in Norddeutschland auf. Dieser Triebwagenzug erreichte unter optimalen Streckenbedingungen bis zu 1.000 Kilometer Reichweite mit einer einzigen Tankfüllung, durchschnittlich sind es 600 Kilometer. Auch zwischen Cuxhaven und Buxtehude sind 14 dieser Züge im Einsatz (RB 33). 

Batterieelektrische Triebwagen (BEMU, „battery electric multiple units“) erzielen diese Reichweiten nicht, sind aber laut der Landesnahverkehrsgesellschaft Niedersachsen (LNVG) im Betrieb günstiger. Die Reichweite des Siemens Mireo Plus B wird mit 80–120 Kilometern (zweiteiliger bzw. dreiteiliger Zug) angegeben. Daher werden auf den zu befahrenden Strecken immer wieder rund fünf Kilometer lange Abschnitte mit Oberleitungen gebaut, unter denen die Batterie während der Fahrt nachgeladen werden kann. Eine weitere Möglichkeit ist, die Batterie zur Überbrückung nicht-elektrifizierter Streckenabschnitte dient, auf ansonsten mit Oberleitungen versehenen Strecken. Außer Alstom und Siemens bietet bislang nur Stadler vergleichbare Fahrzeuge an. Bei den Güter- und Rangierlokomotiven gab es bislang nur einzelne Prototypen, die nicht in die Serie überführt wurden. In NRW gibt es erste Ansätze zur Entwicklung einer Brennstoffzellenhybrid-Rangierlok.