mini|Brennstoffzellen-Wasserstoffzug Siemens Mireo Plus H auf der InnoTrans 2022 mini| iLint-Triebwagen der Regionalverkehre Start Deutschland unterwegs zur Wasserstofftankstelle im Industriepark Höchst
Unter Brennstoffzellenantrieb von Triebfahrzeugen werden die wesentlichen Bauteile Brennstoffzelle, Traktionsbatterie (Akkumulator) und Fahrmotor sowie ihr Zusammenwirken in Triebfahrzeugen verstanden. Durch die Reaktion von Wasserstoff und Luftsauerstoff in Brennstoffzellen entsteht elektrische Energie, um die Fahrmotoren zu betreiben.
Mit Wasserstoff betriebene Fahrzeuge, umgangssprachlich auch als Wasserstoffzug bezeichnet, international auch als Hydrogen-electric multiple unit (HEMU oder H2MU) oder Fuel-Cell electric multiple unit (FCEMU) bezeichnet, sind umweltfreundlich, sofern der Kraftstoff nachhaltig erzeugt wird. Sie haben insbesondere auf längeren Nebenstrecken, wo die Elektrifizierung nicht möglich oder unwirtschaftlich ist, das Potenzial als umweltfreundlicher Ersatz von Dieseltriebwagen und -lokomotiven.
In der englischen Sprache ist Hydrail ein Überbegriff für Triebfahrzeuge mit Brennstoffzellenantrieb oder mit Wasserstoffverbrennungsmotor.
Funktion mini|iLint auf einer Demonstrationsfahrt auf der Rurtalbahn. Die beim Bremsen gewonnene Energie wird in der Traktionsbatterie zwischengespeichert.
In den Brennstoffzellen reagieren in den Tanks gespeicherter Wasserstoff und Sauerstoff aus der Umgebungsluft zu Wasser. Dabei entstehen Wärme und vor allem elektrische Energie, die der Traktionsbatterie zugeführt wird. Diese werden zur Erhöhung der Beschleunigung sowie als Puffer zur Speicherung der beim Bremsen anfallenden Energie verwendet. Die Batterie treibt je nach Leistungsbedarf einen oder mehrere Fahrmotoren an.
Der durch die Rekuperationsbremse erzeugte Strom dient ebenfalls zum Laden der Traktionsbatterie.
Nicht nur die Antriebsenergie, sondern auch die Energie für die Versorgung der Hilfsbetriebe werden aus der Brennstoffzelle bezogen.
Vor- und Nachteile Wasserstofftriebzüge haben eine deutlich höhere Reichweite als batterieelektrische Fahrzeuge, weshalb sie für lange Abschnitte ohne Oberleitung geeignet sind. Als Ersatz von Dieseltriebwagen im deutschen Schienenpersonennahverkehr sind Batterietriebzüge jedoch oft besser geeignet, weil die meisten oberleitungslosen Streckenabschnitte kürzer als 70 Kilometer sind. Nachteilig wirken sich hier der geringere Wirkungsgrad und die höheren Anschaffungskosten der Brennstoffzellentechnik im Vergleich mit elektrischen Fahrzeugen aus. Zudem sind Brennstoffzellenfahrzeuge noch oft weniger zuverlässig. Der Betriebsstoff grüner Wasserstoff ist Stand 2025 nur begrenzt verfügbar, weshalb häufig auf aus fossiler Energie gewonnenen Wasserstoff (ggf. als blauer Wasserstoff) ausgewichen werden muss.Sind Wasserstoffzüge ein millionenteurer Flop?. In: Tagesschau.de, 26. April 2025. Abgerufen am 26. April 2025.
Zwar erreichen Fahrzeuge mit Brennstoffzellen deutlich größere Reichweiten und das Betanken nimmt weniger Zeit in Anspruch als das Laden der Akkumulatoren von Batterietriebzügen. Demgegenüber erreichen Akkumulatortriebwagen eine deutlich bessere Energieeffizienz und können ihre Energiespeicher auch während der Fahrt nachladen, wenn ein Teil der Fahrstrecke elektrifiziert ist. Eine vom VDE im Jahr 2020 veröffentlichte Studie zur Bewertung klimaneutraler Alternativen zu Dieseltriebwagen kommt zum Ergebnis, dass die Kosten für einen Triebwagen mit Brennstoffzellen jährlich um 2 Millionen Euro höher sind als für einen Akkutriebwagen. Brennstoffzellen erreichen eine Lebensdauer von 4 bis 8 Jahren und müssen somit über die übliche Lebensdauer von Schienenfahrzeugen (30 bis 40 Jahre) mehrmals erneuert werden. Auch Akkumulatoren müssen nach 8 bis 15 Jahren getauscht werden. Dies wirkt sich sowohl bei Zügen mit Brennstoffzellen wie auch bei Akkumulatortriebwagen negativ auf die Lebensdauerkosten aus. Auch die Wartungskosten sind bei Antrieb mit Brennstoffzelle erheblich höher als bei reinem Batteriebetrieb.
Auch Aufbau einer Infrastruktur für die Betankung und der Ersatz der Brennstoffzellen ist mit hohen Kosten verbunden. Bislang in der Realisierung befindliche Projekte in Deutschland decken ihren Bedarf hauptsächlich mit Nebenproduktwasserstoff aus der chemischen Industrie.Land Hessen fördert Infrastruktur für Hessens erste Wasserstofftankstelle in Frankfurt-Höchst Pressemitteilung, Rhein-Main-Verkehrsverbund, abgerufen am 27. Mai 2022
Wird der für den Betrieb benötigte Wasserstoff aus Erdgas oder mittels Elektrolyse mit Strom aus dem Netz (EU-Strommix) gewonnen, sind die CO2-Emissionen von Wasserstoff- und Dieselantrieb in etwa vergleichbar. Grüner Wasserstoff hingegen gilt als wertvolles Gut, das gezielt zur Dekarbonisierung eingesetzt werden sollte. Er erziele bei der chemischen Industrie und in der Stahlproduktion den größeren Effekt als im Bahnverkehr, weil es dort für den Wasserstoff keine Alternativen gebe.
Steffen Obst von Stadler Rail erklärte 2023, dass Wasserstoffzüge ihre Vorteile vor allem im Ausland auf langen Strecken mit mehr als 200 km hätten, wo Akkuzüge bisher nicht wirtschaftlich seien. Auch in Deutschland gebe es einen Markt, da in manchen Ausschreibungen explizit Wasserstoffzüge gefordert würden. Dort, wo Wasserstoffzüge aber nicht vorab vorgegeben würden und nur ein potenziell CO2-freier Antrieb Bedingung sei, setze sich fast überall der Akkutriebzug gegen den Wasserstoffzug durch. Auch das schnellere Tanken von Wasserstoffzügen sei in der Praxis kein Vorteil. Zwar könne ein Wasserstoffzug binnen 15 Minuten Treibstoff für etwa 500 bis 600 Kilometer tanken, während ein Akkuzug im gleichen Zeitraum nur 50 bis 150 Kilometer schaffe. Da ein Akkuzug in Europa selten mehr als 80 km ohne Fahrdraht zurücklegen müsse, bis er wieder unter Oberleitung nachladen könne, sei dieser Vorteil aber im Realbetrieb irrelevant. Die Lebensdauer der Brennstoffzellen bezifferte er mit etwa drei Jahren.
Eine Alternative zu einem Triebfahrzeug mit Brennstoffzellenantrieb ist ein Wasserstoffverbrennungstriebwagen mit einem Wasserstoffverbrennungsmotor, der erstmals 2024 als Prototyp des RS Zero von Stadler Rail realisiert wurde.
Hersteller Alstom mini|iLint der EVB in Hildesheim Hauptbahnhof
Alstom gilt als Pionier auf dem Gebiet der mit Brennstoffzellen angetriebenen Züge. Der französische Hersteller hat den sogenannten iLint auf Basis der Coradia-LINT-Züge mit Brennstoffzellenantrieb entwickelt und diesen am 20. September 2016 vorgestellt. Die Höchstgeschwindigkeit beträgt 140 km/h und die Reichweite zwischen 600 und 800 Kilometer. Von Mitte September 2018 bis Ende Februar 2020 waren zwei Brennstoffzellen-Züge im Elbe-Weser-Netz der EVB im Raum Bremervörde, wo die Wasserstofftankstelle steht, im Pilotbetrieb unterwegs.Eineinhalb Jahre erfolgreicher Probebetrieb der weltweit ersten beiden Wasserstoffzüge, nächste Projektphase beginnt Pressemitteilung Alstom, 19. Mai 2020 Nach Herstellerangaben handelt es sich um den weltweit ersten Personenzug in Serienfertigung, der von einer Wasserstoff-Brennstoffzelle angetrieben wird. Drei Monate nach dem Start waren Hersteller und Betreiber mit deren Betrieb auf der knapp 100 Kilometer langen Strecke zwischen Cuxhaven und Buxtehude noch zufrieden. Nach einem Sturmschaden an der Wasserstofftankstelle, musste die Zahl der Fahrzeugumläufe im Dezember 2023 zeitweise reduziert werden.https://www.lok-report.de/news/deutschland/aus-den-laendern/item/46426-niedersachsen-sturmschaden-an-wasserstoff-tankstelle-evb-erhaelt-zugbetrieb-weitgehend-aufrecht.html Im September 2024 musste aufgrund von Problemen in der Wasserstoffzulieferung die Zahl der Fahrzeugumläufe reduziert werden, sodass neben kürzeren Kompositionen auch fünf Diesel-betriebene Fahrzeuge eingesetzt werden. Auf der Regionalbahnstrecke zwischen Frankfurt und Brandoberndorf waren nach wenigen Monaten Betrieb die meisten Züge bereits nicht mehr in Betrieb, wegen technischer Probleme. Ein Notfallplan mit Schienenersatzverkehr wurde eingerichtet. Seit Januar 2025 werden die Wasserstofffahrzeuge auf der Linie RB 15 Bad Homburg–Brandoberndorf durch gemietete Lint 41 der DB Regio mit Dieselantrieb ersetzt. So wird ein Teil der Flotte vorübergehend zur Generalüberholung beim Hersteller freigesetzt. Die RB 12 Frankfurt–Königsstein wird weiterhin mit iLint betrieben.
Die Landesnahverkehrsgesellschaft Niedersachsen hat 14 Brennstoffzellen-Züge bestellt, die ab Sommer 2022 Reisende zwischen Cuxhaven, Bremerhaven, Bremervörde und Buxtehude befördern sollen. Sie ersetzen sukzessive die bisherigen Lint-41-Dieseltriebwagen. Dies ist der erste dauerhafte Wasserstoffzug-Linienverkehr der Welt.Wasserstoffzug-Website der Eisenbahnen und Verkehrsbetriebe Elbe-Weser EVB Am 24. August 2022 wurde der offizielle Start des Wasserstoff-Regelbetriebs in Bremervörde bei einer feierlichen Zeremonie u. a. mit dem niedersächsischen Ministerpräsidenten Stephan Weil bekanntgegeben.NDR-Bericht über die Wasserstoffzug-Weltpremiere Weitere Absichtserklärungen liegen von den Bundesländern Nordrhein-Westfalen, Baden-Württemberg und Hessen vor. Durch den Verkehrsverbund Rhein-Ruhr und das Land Thüringen mussten Ausschreibungen zur Fahrzeug- und Wasserstoffbereitstellung abgebrochen werden, da veranschlagte Bereitstellungskosten in den Ausschreibungen nicht eingehalten wurden.Kostenexplosion: Notbremse für Wasserstoff-Zugprojekt im Schwarzatal, MDR Thüringen, 20. Dezember 2021→ Hauptartikel: Alstom Coradia LINT, Abschnitt iLint
Die vier französischen Regionen Bourgogne-Franche-Comté, Grand Est, Auvergne-Rhône-Alpes und Okzitanien bestellten 2020 insgesamt 14 Régiolis-Wasserstoffzüge bei Alstom. Die Züge können mit 1500 Volt Gleich-, 25 Kilovolt Wechselspannung oder mit Wasserstoff betrieben werden und Geschwindigkeiten bis 160 km/h erreichen. Die Reichweite einer Wasserstofffüllung beträgt 400 bis 600 Kilometer.→ Hauptartikel: Alstom Coradia Polyvalent, Abschnitt Wasserstoffzüge
Ferrovie Nord Milano bestellte bei Alstom Coradia Stream mit Brennstoffzellenantrieb für einen Einsatz auf der Bahnstrecke Brescia–Iseo–Edolo in Italien. Im Oktober 2023 wurde der erste Triebzug vorgestellt.→ Hauptartikel: Alstom Coradia Stream, Abschnitt Brennstoffzellenantrieb
Stadler Rail mini|Triebwagen des Typs Stadler Flirt H2, produziert für die San Bernardino County Transportation Authority; ausgestellt auf der Innotrans 2022