Strategie für die Nutzung von Wasserstoff im öffentlichen Nahverkehr

Kurzfassung

Die Dekarbonisierung des öffentlichen Nahverkehrs ist ein wichtiger Bestandteil des Übergangs zu klimaneutralen Mobilitätssystemen. In diesem Zusammenhang stellen Wasserstoffbusse eine potenzielle Alternative zu herkömmlichen Dieselbussen dar, insbesondere für Linien mit hoher Tageslaufleistung und betrieblichen Anforderungen, die mit batterieelektrischen Fahrzeugen nur schwer zu erfüllen sind. In dieser Masterarbeit wird ein methodischer Ansatz zur Analyse von Wasserstoffversorgungsstrategien für den öffentlichen Busverkehr entwickelt und anhand der Fallstudie Eberswalde angewendet. Die Studie kombiniert Verkehrssimulation, Nachfrageschätzung und mathematische Optimierung. Zunächst werden bestimmte, in der Region Eberswalde ausgewählte Buslinien mithilfe von SUMO modelliert und simuliert, um die täglich zurückgelegten Kilometer und den entsprechenden Wasserstoffbedarf zu ermitteln. Auf der Grundlage dieser Ergebnisse wird ein Optimierungsmodell als Standortproblem mit Kapazitätsbeschränkungen formuliert. Das Modell ermittelt die geeigneten Standorte für Tankstellen, ordnet den ausgewählten Tankstellen Buslinien zu und bewertet verschiedene Wasserstoffversorgungsoptionen. Die Optimierung wird in Python unter Verwendung von Pyomo implementiert und mit Gurobi gelöst. Es werden mehrere Versorgungsszenarien verglichen, darunter ein Diesel-Referenzfall, zentral gelieferter grauer Wasserstoff, dezentral erzeugter grüner Wasserstoff durch Elektrolyse vor Ort sowie zentral gelieferter grüner Wasserstoff. Die Bewertung basiert auf zwei Hauptzielen: den Gesamtbetriebskosten und den CO₂-Emissionen. Die Ergebnisse zeigen, dass wasserstoffbasierte Lösungen die direkten Emissionen im Vergleich zum Dieselbetrieb deutlich reduzieren können, während die wirtschaftliche Machbarkeit stark von den Wasserstoffproduktionskosten, den Infrastrukturinvestitionen, den Transportkosten und der Nutzung von Tankstellen abhängt. Grüner Wasserstoff bietet das größte ökologische Potenzial, während seine Kostenwettbewerbsfähigkeit weiterhin stark von den Strompreisen und den Investitionskosten für Elektrolyseure abhängt. Die Arbeit zeigt, dass die Kombination aus einer auf Simulationen basierenden Bedarfsabschätzung und einer auf Optimierung basierenden Infrastrukturplanung einen nützlichen Ansatz zur Entscheidungsunterstützung für die strategische Umstellung von Busflotten darstellt. Gleichzeitig unterstreichen die Ergebnisse, wie wichtig es ist, bei der Bewertung von Wasserstoff als Energieträger für den öffentlichen Nahverkehr betriebliche Einschränkungen, Versorgungskonzepte und langfristige Kostenentwicklungen zu berücksichtigen.