Busfahrt mit Biogas
Von Friedrich List
Der Wandel zu einem klimaneutralen Verkehrssystem macht sich auch beim ÖPNV bemerkbar. Immer mehr Betreiber setzen auf Alternativen zu Diesel oder Benzin. Mehr und mehr Busse fahren mit Batterien, Brennstoffzellen, Wasserstoff oder Erdgas. Allerdings verursacht der Verkehrssektor immer noch ein Fünftel der gesamten Treibhausgasemissionen in Deutschland und sorgt für einen dementsprechenden Anteil am Ausstoß von Feinstaub und anderen Schadstoffen.
Optimistische Branchenstudie
Während die Politik sich stark auf die Elektromobilität fokussiert, bieten sich auch andere Möglichkeiten. Nach einer Studie von Prof. Ralph Pütz und Dr. Frank Snaga bietet Gas, speziell Biogas auf jeden Fall eine gute Alternative zu anderen Verbrennungsmotoren, selbst zu Batteriemotoren oder Brennstoffzellen. Prof. Pütz ist Spezialist für Nutzfahrzeugtechnik an der Universität Landshut, Snaga arbeitet für die Unternehmensberatung PricewaterhouseCoopers. Auftraggeber war die Initiative Zukunft Gas, ein Interessenverband der deutschen Gasindustrie.
Gegenstand der Studie waren verschiedene Antriebslösungen für Busse. Als Grundlage diente eine durchschnittliche Busflotte von 20 Fahrzeugen mit den Antrieben Diesel, Dieselhybrid, Erdgas, Biomethan, Brennstoffzellenhybrid und Batterieelektrisch. In die Untersuchung einbezogen wurden neben dem Betrieb und der Herstellung die Kosten für Instandhaltung, Kraftstoff- bzw. Energiebereitstellung. Die Kostenbewertung umfasste dann die gesamten Aufwendungen, einschließlich der Ausgaben für die entsprechende Infrastruktur und der externen Kosten von Auswirkungen auf die Umwelt. Außerdem betrachteten die beiden Experten die Emissionen von CO₂, NOx und sonstigen Schadstoffen während des Fahrbetriebs.
Schwarz auf Weiß
Dieser Beitrag ist zuerst in unserer Magazinreihe „IT-Unternehmen aus der Region stellen sich vor“ erschienen. Einen Überblick mit freien Download-Links zu sämtlichen bereits verfügbaren Einzelheften bekommen Sie online im Pressezentrum des MittelstandsWiki.
Im Ergebnis haben die Autoren Biogas als die wirtschaftlichste und umweltfreundlichste Alternative zum Diesel ermittelt. Dafür nennen sie vier Gründe: Erst ist Biogas aus nachhaltiger Produktion bereits heute in so großen Mengen verfügbar, dass alle ÖPNV-Busse damit fahren könnten. Zweitens fallen im Vergleich zum Diesel lediglich 3 bis 4 % Mehrkosten an. Drittens sind strombetriebene Busse teuer und nur wegen der massiven öffentlichen Förderung mittelfristig wirtschaftlich. Viertens leisten weder die aktuell genutzten Strombezugsquellen einen Beitrag zum Klimaschutz, noch bringt das Erhöhen der Stromnachfrage einen aktuellen Umweltnutzen.
Technisch gesehen sind Biomethan (aus Agrarabfällen), synthetisches Methan (aus Power-to-Gas-Anlagen) oder eine Mischung aus Biomethan und Erdgas kein Hindernis. Allerdings gibt es regulatorische Feinheiten, die dazu führen könnten, dass erneuerbare Kraftstoffe bei der Berechnung von Treibhausgasemissionen von Fahrzeugen wie fossile Kraftstoffe bewertet werden.
Der Einführungsbeitrag beginnt in Berlin – die Bundeshauptstadt ist experimentierfreudiger Vorreiter neuer Mobilitätskonzepte. Gute Beispiele meldet der Report auch aus Hamburg und Dresden. Teil 2 begibt sich dann in den Westen nach Nordrhein-Westfalen; dort hat das Zukunftsnetz Mobilität NRW viele Projektfäden in der Hand. Eine wichtige Rolle spielt hier der öffentliche Personennahverkehr, denn immer mehr Verkehrsbetriebe lassen ihre Busse mit Biogas fahren. Teil 3 geht zu den Ursprüngen der Automobilindustrie und sieht sich an, wie sich Baden-Württemberg und insbesondere Stuttgart die Zukunft der Mobilität vorstellen. Teil 4 berichtet aus dem benachbarten Flächenland Bayern, Teil 5 fährt über die Grenze nach Österreich. Außerdem gibt es bereits einen Report zu mobilen Stauwarnanlagen und intelligentem Verkehrsmanagement sowie zu autonomen Schiffen, Wasserstoffprojekten, Business-Bikes, Stadtseilbahnen sowie Lufttaxis und Urban Air Mobility.
Biogasbusse aus Bayern
Ein Start-up mit Sitz im bayerischen Rohrbach macht sich diese Erkenntnisse bereits zu eigen. Dr.-Ing. Hans Friedmann gründete 2015 im bayerischen Rohrbach das Unternehmen CM Fluids, mit dem Ziel, das Potenzial von Biogas als Treibstoff zu bergen. Friedmann ist Verfahrensingenieur mit Schwerpunkt Biotechnologie. Sein Konzept: Biomethan wird in flüssigen Treibstoff umgewandelt und treibt dann entsprechend umgerüstete Stadtbusse und Müllfahrzeuge an. Denkbar sind auch andere Nutzfahrzeuge mit Biogasmotor.
CM Fluids rüstet Busse auf ein Hybridsystem um und produziert auch selbst Biomethan. Nach der Umrüstung erzeugt ein Biogasmotor Strom für einen Elektromotor; außerdem wird ein Teil der mechanischen Bremsenergie ebenfalls in Strom für den Antrieb umgewandelt. Dafür hat CM Fluids seinen eigenen Motor entwickelt, den CMF drive, der wiederum auf einem patentierten Entwurf des Fraunhofer-Instituts für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF basiert. Das Fraunhofer-Design nutzt einen kleinen Gasmotor, der bei konstanter Drehzahl im Punkt des maximalen Wirkungsgrades arbeitet und über einen Generator eine Pufferbatterie lädt. Diese wiederum versorgt die elektrische Antriebsachse und alle Nebenaggregate. Das Konzept brachte dem Unternehmen 2020 den 1. Platz beim Innovationspreis der deutschen Gaswirtschaft ein.
Laut CM Fluids spart die hauseigene Antriebslösung je nach Fahrprofil im Vergleich zum Dieselbus bis zu 50 % Kraftstoff ein. Zudem dient die Motorwärme zur Klimatisierung des Innenraums. So entstehen nicht nur weniger Abgase – diese Antriebslösung ist auch wesentlich leiser als ein Diesel.
Mit dem CM drive lassen sich Nutzfahrzeuge, speziell solche mit Dieselmotor, nachrüsten. Das könnte eine gute Alternative für Betreiber älterer Dieselbusse oder -Lkw sein, denn die europäische Clean Vehicles Directive schreibt Fuhrparkbetreibern im städtischen und kommunalen Umfeld vor, mindestens 45 % ihrer Neufahrzeuge emissionsfrei fahren müssen. Mit einer Umrüstung könnten auch ältere Fahrzeuge weiter ihren Dienst versehen.
Energie aus der Landwirtschaft
Friedmann und sein Team sehen im Biogas ein beträchtliches Potenzial verborgen. „Deutschland hat 100 Milliarden Euro in Biogas investiert, Europa sogar noch mehr. Deshalb sollten wir dieses Potenzial nutzen und sogar noch ausbauen. Biogas ist eine regionale Energiequelle, von der die Landwirtschaft profitiert. Es macht Europa in seiner Energieversorgung unabhängiger und hilft, die Nachhaltigkeits- und Emissionsziele zu erreichen,“ sagte Friedmann gegenüber dem Online-Magazin der Europäischen Investitionsbank. Tatsächlich weist Deutschland mit 9500 Anlagen die höchste Dichte von Biogasanlagen in ganz Europa auf. Das gesamte zurzeit produzierte Biogas könnte etwa 20 % des deutschen Dieselmarkts ersetzen, schätzt Friedmann. Zudem wären 5 % des vorhandenen Biogases ausreichend, um alle Stadtbusse in Deutschland zu betreiben.
CM Fluids betrachtet nicht nur die unmittelbar vom Fahrzeug ausgestoßenen Emissionen. Man hat in Rohrbach vielmehr die gesamte Kette unter die Lupe genommen, sozusagen von der Quelle des Treibstoffs bis zum Verbrauch im Fahrzeug. Nach Einschätzung der Tüftler ist der CO₂-Fußabdruck von Biomethan wesentlich geringer als der von Diesel oder Strom aus dem Netz. Bei Biomethan liegt der CO₂-Fußabdruck bei 0,27 kg CO₂-Äquivalente pro Kilometer, der von Diesel beträgt 1,21 kg CO₂-eq/km, und der von Netzstrom bringt es auf 0,59 kg CO₂-eq/km.
Bei der Reichweite hat ein Biomethanbus sogar gegenüber dem Diesel die Nase vorn. Er fährt bis zu 825 km weit, während der Diesel im Durchschnitt 670 km schafft. Ein Wasserstoffbus erreicht 400 km, ein E-Bus mit Batterie nur 200 km.
Um 100 km weit zu fahren, tankt ein CMF-Bus zwei Minuten. Der Dieselbus ist mit einer Minute natürlich schneller, aber die anderen brauchen deutlich länger. Tanken mit gasförmigem Wasserstoff dauert etwa zehn Minuten, das Nachladen der Batterie dagegen vier bis sechs Stunden.
Im August 2020 wurde am Flughafen München der erste von CM Fluids auf Biogas umgerüstete Passagierbus in Betrieb genommen. (Bild: Stephan Görlich – Flughafen München)
Testfeld Flughafen München
Der erste von CM Fluids umgerüstete Bus befördert seit August 2020 Passagiere über den Münchener Großflughafen. Das Fahrzeug ist ein 20 Jahre alter Mercedes-Bus. Mit einer Tankfüllung Biomethan kommt er 800 km weit, dafür muss er rund fünf Minuten lang tanken – in etwa so lang wie ein Dieselbus. Wichtig ist hier auch, dass der Schadstoffausstoß des Fahrzeugs deutlich niedriger ist – es verursacht 90 % weniger Feinstaub und 60 % weniger Stickoxide.
Der Flughafen München will auf lange Sicht seine gesamte Fahrzeugflotte klimaneutral betreiben. Dieser Wechsel soll bis 2030 abgeschlossen sein. Bereits heute fahren zahlreiche Vorfeldfahrzeuge entweder batterieelektrisch oder mit Wasserstoff. Wenn sich der Biogasbus bewährt, dürften die Umrüstung älterer Fahrzeuge und der Kauf neuer Busse mit diesem Antrieb folgen.
Die Stadt Augsburg hat ihre Busse und Bahnen schon 2011 auf klimagerechten Betrieb umgestellt. 2017 erhielt die Stadt für ihr Verkehrskonzept den Internationalen busplaner Nachhaltigkeitspreis. Die Straßenbahnen beziehen Strom aus Wasserkraft, während die 88 Busse der Stadt mit Biogas aus Agrarabfällen fahren. Das Gas selbst wird in zwei Bioraffinerien der Firma Verbio produziert. Die Anlagen verarbeiten pro Jahr 40.000 t Stroh, das von Bauern aus der Region angeliefert wird. Das Stroh wird in Gärbehältern durch Bakterien zersetzt, wodurch zunächst Biogas mit geringem Methangehalt entsteht. Das wird im nächsten Produktionsschritt gereinigt und zu Biomethan in Erdgasqualität veredelt. Biomethan kann ganz normal durch das Erdgasnetz geschickt werden – in diesem Fall nach Augsburg, damit es dort Biogasbusse antreiben kann.
Augsburger Modell macht Schule
Auch andere Städte der Republik sind dem Augsburger Beispiel gefolgt. So hat die Stadt Koblenz im vergangenen Jahr beschlossen, dem Augsburger Beispiel zu folgen. Also begannen die Koblenzer Verkehrsbetriebe (koveb) Ende 2020 damit, die ersten von insgesamt 27 Gelenkbussen und zwei Solobussen mit Biogasantrieb in Betrieb zu nehmen. Diese Biomethanfahrzeuge nutzen zudem einen hybriden Antrieb. Dabei wird die Bremsenergie als elektrischer Strom überwiegend zurückgewonnen und über eine Pufferbatterie wieder ins Antriebssystem gespeist. So sollen die Fahrzeuge der Reihe MAN Lion’s City G weniger Sprit verbrauchen und auch weniger Abgase produzieren. Die Busse werden durch eine eigens errichtete Biogastankstelle der koveb versorgt.
In Straubing nahmen die dortigen Stadtwerke Anfang April 2021 ihre ersten Biomethanbusse in Betrieb. Als erste Fahrzeuge dieser Art rollen nun drei Mercedes-Gelenkbusse über die Straßen der Gäubodenstadt, gefolgt von zwei MAN-Solobussen. Bis 2024 soll dann die gesamte Flotte von 14 Bussen auf Biogasantrieb umgerüstet sein. Die Busse tanken zur Zeit an einer mobilen Tankstelle auf dem Gelände eines Gaswerks. Die Stadt sucht nach einer Lösung, um auch privaten Haltern von Gasfahrzeugen in Stadt und Kreis das Tanken von Biomethan zu ermöglichen.
Die nächste Kommune, die derartige Busse beschafft, könnte Ingolstadt sein. Hier hat die ÖDP im Stadtrat einen entsprechenden Antrag eingebracht. Die Fraktion plädiert dafür, dass Ingolstadt dem Augsburger Beispiel folgt, und begründet das damit, dass in Ingolstadt nicht genug Ökostrom zur Verfügung stehe. Außerdem werde durch den Wegfall von Strom aus Kohle und Kernkraft zunächst einmal mehr Strom importiert werden. Auch würde die von der Stadt angestrebte Einführung von Elektrobussen viel größere Anpassungen der Infrastruktur erfordern. So müssten Ladestation errichtet und es müsste die Stromversorgung entsprechend angepasst werden. Die langen Ladezeiten der E-Busse schlügen ebenfalls negativ zu Buche. Um die angestrebte Klimaneutralität zu erreichen, sei auch ein Überschuss an lokal produziertem Strom aus Windkraft nötig. Der sei aber nicht zu erwarten.
Auch in anderen deutschen Städten, etwa in Köln, Gießen und Oldenburg, werden Biogas-Busse entweder gerade eingeführt oder sind bereits in der Erprobungsphase.
Förderung für nachhaltigen ÖPNV
Im Zuge der Mobilitätswende legen der Bund und einige Länder Förderungen für einen nachhaltigen Personennahverkehr auf. So genehmigte die EU Anfang September 2021 ein Förderprogramm der Bundesregierung, mit dem Verkehrsbetriebe dabei unterstützt werden sollen, ihre Fahrzeugflotten auf nachhaltige Antriebssysteme umzustellen. Die Bundesregierung will mit ihrem Förderprogramm „Klimafreundliche, alternative Antriebe von Bussen im Personenverkehr“ Busse mit verschiedenen Antrieben fördern, also solche mit Batterie-, Brennstoffzellen- oder Oberleitungsantrieb. Auch Biomethanbusse der Fahrzeugklassen M2 und M3 werden gefördert, ebenso Machbarkeitsstudien und die zum Betrieb notwendige Infrastruktur. Allerdings zielt das Programm eher auf Fahrzeuge mit Elektroantrieb.
Bis 2024 stellt der Bund dafür 1,25 Milliarden Euro bereit, ab 2025 sollen dann weitere Mittel folgen. Im Rahmen des Programms übernimmt der Bund 80 % der Investitionsmehrkosten für einen Ökobus gegenüber einem vergleichbaren Dieselfahrzeug. Hinzu kommen 40 % der Investitionskosten für die nichtöffentliche Infrastruktur, die der Betreiber errichten muss.
Blick in den Biogas-Showroom
Aktuell haben alle großen Lkw-Hersteller Busse und andere Nutzfahrzeuge mit Biogasantrieb im Angebot. Die Anschaffungskosten liegen je nach Typ in etwa auf demselben Niveau wie die eines Diesels.
So bietet MAN schon seit vielen Jahren Busse mit Erdgasantrieb an, die auch mit Biomethan fahren können. Die bekannte Typfamilie ist die bereits erwähnten Lion’s City G, die es sowohl in Soloausführung wie auch als bis zu 18 m lange Gelenkbusse gibt. Angetrieben werden sie von eigenentwickelten Motoren. Zudem sind auch Varianten mit Hybridsystem verfügbar. Mercedes-Benz hat den Gitaro G im Angebot. Auch Iveco, Scania und der relativ junge polnische Hersteller Solaris haben derartige Busse in ihrem Portfolio.
Allerdings besetzen diese Fahrzeuge zumindest auf dem deutschen Markt aktuell nur eine Nische. Immer noch fahren 95 % der rund 35.000 Linienbusse hierzulande mit Diesel. Dagegen ist die Zahl der Erdgasbusse eher klein: In Betrieb sind rund 1100 dieser Transporter.
Dabei hätte Biomethan als Fahrzeugsprit nicht nur in Sachen Klimaneutralität, geringer Feinstaubbelastung und niedrigem Geräuschpegel seine Vorteile. Es ist außerdem ein einheimischer Treibstoff aus nachwachsenden Rohstoffen, die in der Landwirtschaft ohnedies anfallen. Er muss also nicht eigens importiert werden. Es ist in vielen Fällen auch möglich, bei der Herstellung Agrarabfälle aus der engeren Region zu verwenden. Sollte das schwierig sein, kann man das Biomethan durch das vorhandene Erdgasnetz zum Verbraucher schicken.
Fernbus über die Steuergrenze
Jedoch stößt der Einsatz von Bussen im Fernverkehr hierzulande immer noch an Grenzen. Flixbus erprobt gerade auf mehreren Fernstrecken Biomethanbusse. Aber nach Firmenangaben dürfte sich eine klimaneutrale Fernbusverbindung in Deutschland im Moment nicht rechnen: Flixbus verweist darauf, dass für die Fernbusse ein höherer Mehrwertsteuersatz gelte als für andere Verkehrsmittel. So sind bei Dieselloks geringere Mehrwertsteuern fällig, und für einen Flug von Berlin nach Prag entfallen sie sogar komplett. Flixbus hatte beispielsweise überlegt, auf der Strecke Marburg–Düsseldorf einen Biogasbus fahren zu lassen. Nun aber findet diese Erprobung in den Beneluxstaaten und in Skandinavien statt. Die neuen Busse verkehren zwischen Amsterdam und Brüssel sowie zwischen Stockholm und Oslo.
Friedrich List ist Journalist und Buchautor in Hamburg. Seit Anfang des Jahrhunderts schreibt er über Themen aus Computerwelt und IT, aber auch aus Forschung, Fliegerei und Raumfahrt, u.a. für Heise-Print- und Online-Publikationen. Für ihn ist SEO genauso interessant wie Alexander Gersts nächster Flug zur Internationalen Raumstation. Außerdem erzählt er auch gerne Geschichten aus seiner Heimatstadt.
