Die Luftfahrtbranche arbeitet daran, den Luftverkehr der Zukunft umweltschonender zu gestalten. Im Kurzstreckensegment kann das zeitnah gelingen. Bis es soweit ist, zählt das Flugzeug aber noch zu den klimaschädlichsten Verkehrsmitteln. Bahnfahren wird im Gegensatz dazu oft als "klimaneutrale Alternative" dargestellt. Dass dem nicht so ist, zeigt die Serie "Umweltmythos Bahn" auf. Ein Blick auf die Umweltbilanz des neuen Star-Alliance-Intermodalpartners Deutsche Bahn.
Ganzheitliche Betrachtung
Es ist eine Binsenweisheit, die schon Tausende Male bemüht wurde: Eine vier Kilometer lange Startbahn reicht im Wesentlichen als Infrastruktur aus, um Menschen in die ganze Welt zu befördern. Vier Kilometer Schienen führen dagegen nicht weit... Zusammen mit dem Fakt, dass Beton und Stahl zu den größten Klimakillern überhaupt gehören, ist das eine wichtige Erkenntnis, die bei der Betrachtung der Klimawirkungen aus dem Bahnsystem selten betrachtet wird.
Eine Studie der Friedrich-Naumann-Stiftung in Zusammenarbeit mit der Universität St. Gallen zeigt nun, wie umweltschädlich Zugfahren unter Berücksichtigung weiterer Parameter neben dem Strom- und Dieselverbrauch tatsächlich ist.
Die bereits im April 2021 veröffentlichte Studie untersucht dazu die klimarelevanten Auswirkungen verschiedener Verkehrsmittel eigenen Angaben nach erstmals ganzheitlich.
Wenn es um die Bewertung der Umweltverträglichkeit eines Verkehrssystems geht, dürfe man nicht nur die Antriebsenergie betrachten und vergleichen, fasst Hauptautor Dr. Klaus Radermacher von der KRBE GmbH seine Motivation zur Studie im Gespräch mit airliners.de zusammen.
Die Forscher berücksichtigten daher neben den Antriebsemissionen unter anderem auch die Emissionen, die beim Bau, dem Betrieb und der Instandhaltung der jeweils notwendigen Wege-, Knotenpunkt- und Steuerungsinfrastruktur entstehen.
"Die Tatsache, dass zur Erbringung einer Verkehrsleistung jedweder Art immer auch Infrastrukturen notwendig sind, wurde bislang weitgehend ignoriert", so der Wissenschaftler, der eine Methodik für die "ganzheitliche ökologische Bilanzierung von Verkehrssystemen" entwickelt und mit seiner Arbeit bereits in Ländern wie Schweden oder Österreich viel Beachtung gefunden hat.
Eine ganzheitliche Betrachtung inklusive aller notwendigen Infrastrukturkomponenten sei aber zwingend erforderlich, um eine wirklich klimaschonende Mobilität in der Zukunft zu realisieren, so Radermacher. In Deutschland sei das in der Öffentlichkeit bislang noch nicht wirklich angekommen.
Eine Million Tonnen CO2 für die Strecke Köln - Frankfurt
Ein Hauptaugenmerk der Untersuchungen, die unter dem Titel "Ganzheitliche ökologische Bilanzierung von Verkehrssystemen" erschienen ist, liegt auf den Materialien, die in den Bau der Infrastruktur der betrachteten Verkehrsträger fließen.
Im Luftverkehr sind das im Wesentlichen die Flughäfen und die Anlagen für die Flugsicherung – bei der Bahn die Bahnhöfe, Stellanlagen und das gesamte Schienennetz.
Die angenommene Umweltfreundlichkeit der Eisenbahn relativiert sich dabei sehr schnell. Vor allem der Bau und die Instandhaltung der Schieneninfrastruktur erzeugen der Studie zufolge extreme Mengen an Klimagasen, die sich auf Jahrzehnte hinaus negativ auf die Gesamtbilanz auswirken und bei traditionellen Verkehrsmittelvergleichen meist übersehen würden.
Die Forscher rechnen in der Studie für die Hochgeschwindigkeitstrasse Köln - Frankfurt exemplarisch vor, wie die Bahn 700 Kilometer Schienen legen musste, um die Neubaustrecke von rund 170 Kilometern Länge für den ICE-Verkehr zu realisieren.
Allein für den Gleiskörper wurden demnach 550.000 Kubikmeter Beton verbaut. Rechnet man mit 0,35 Tonnen CO2 je Kubikmeter Beton, entspricht das rund 193.000 Tonnen an CO2-Emissionen. Oft werden die Emissionswerte für die Betonherstellung aber auch noch deutlich höher angesetzt.
Für die Herstellung des Schienenstahls kamen den Forschern zufolge weitere 84.000 Tonnen CO2 hinzu.
Die größten Emissionen fielen aber bei den Brücken- und Tunnelbauwerken an: Rund 850.000 Tonnen berechnen die Forscher für diesen Teil, sodass allein für den Bau dieser einen ICE-Strecke insgesamt weit mehr als eine Million Tonnen CO2 angefallen sind.
Die Studie weist darauf hin, dass dies nur der CO2-Ausstoß für die Produktion der genannten Materialien ist. Energie- und damit schadstoffintensiv sei zudem der Transport der Materialien bis zur Baustelle. Der Produktionsort von Stahl liege nicht selten Tausende Kilometer entfernt. Über eine Bauzeit von sieben Jahren wurden den Angaben nach zudem mehrere Millionen Liter Diesel-Kraftstoff verbraucht, um die neue Hochgeschwindigkeitsstrecke zu errichten.
Das Fazit der Forscher fällt entsprechend ernüchternd aus:
"Das Verkehrssystem Schiene stellt sich aufgrund der immensen CO2-Belastungen für Wege- und Knotenpunktinfrastruktur als deutlich weniger umweltfreundlich heraus, als gemeinhin angenommen wird."
Treibhausgasemissionen unterscheiden sich stark
Die kompletten Treibhausgasemissionen der gesamten Wegeinfrastruktur für die Bahn lassen sich im Nachhinein allerdings nicht genau abschätzen. Aufgrund fehlender umfangreicherer Daten seien keine allgemeingültigen Aussagen möglich, heißt es in der Studie. Je Streckenkilometer würden aber schätzungsweise CO2-Emissionen zwischen mehreren Hundert Tonnen bis hin zu Zehntausenden Tonnen anfallen.
Nicht elektrifizierte Strecken ohne Brücken oder Tunnelbauwerke kommen dabei deutlich besser weg als Hochgeschwindigkeitsstrecken mit ihrer "festen Fahrbahn" sowie den zahlreichen Brücken und Tunnelbauwerken aus Stahlbeton. Auch auf vielbefahrenen Strecken resultiert dies in CO2-Belastungen im mittleren bis oberen zweistelligen Grammbereich pro Personenkilometer.
Einzelne Teilstrecken können bei ihren Emissionen aber deutlich abweichen – und zwar nach oben. Sehr genau wurden beispielsweise bereits im Vorfeld der Bauarbeiten für "Stuttgart 21" die Emissionen aus der Verlegung des Bahnhofes in den Untergrund untersucht (Vieregg-Rössler). Demnach muss man mit 27.000 Tonnen CO2 pro Tunnelkilometer rechnen, was sich für das Gesamtvorhaben auf über zwei Millionen Tonnen CO2 addiert.
Die Studienautoren machen dazu eine einfache Rechnung auf: Selbst wenn der Bahnhof auch in Zukunft regelmäßig von 225.000 Fahrgästen täglich genutzt wird, stehen noch im Jahr 2050 rund ein Kilogramm CO2 pro Fahrgast in der Ökobilanz, und zwar bei jedem Losfahren, Wiederankommen und selbst nur beim Umsteigen.
Flugzeuge benötigen deutlich weniger Infrastruktur
Interessant ist hier der direkte Vergleich mit dem Luftverkehr. Der Bau einer vier Kilometer langen und 60 Meter breiten Start- und Landebahn verursacht den Erhebungen zufolge rund 42.000 Tonnen CO2. Wie schon beim Gleiskörperbeton rechnen die Autoren hier mit 350 Kilogramm CO2 pro Kubikmeter Beton. Die Betonschicht beträgt in dem Rechenbeispiel 50 Zentimeter.
Die Emissionen aus den zum Teil riesigen Vorfeldflächen an Flughäfen lassen sich dagegen nur überschlägig abschätzen. Die Dicke der Betonschicht ist hier laut der Baufirmen je nach Nutzungszweck stark unterschiedlich, was auch für die eingesetzten Materialien an sich gilt.
Damit auch schwere Flugzeugtypen ohne Probleme operieren können, wurden beispielsweise die Flugbetriebsflächen auf dem neuen Berliner Flughafen mit einem bis zu 130 Zentimeter hohen Aufbau gefertigt. Die eigentliche Betonschicht beträgt dabei aber "nur" 40 Zentimeter, darunter befinden sich zum Teil mit Zement verdichtete Schichten aus Sand, Kies und Schotter in verschiedenen Zusammensetzungen.
Insgesamt 1,1 Millionen Kubikmeter Beton wurden so am Berliner Flughafen für die fast 1,7 Millionen Quadratmeter Start- und Landebahnen, Rollwege und Vorfelder verbaut.
Das entspricht rund 385.000 Tonnen CO2. Das ist ohne Frage viel, entspricht aber gerade einem Fünftel (!) der Emissionen, die allein beim S21-Neubau der Tunnelröhren (ohne Bahnhof) in Stuttgart anfallen.
Nur 30 Jahre Nutzungsdauer für ICE-Trassen
Die CO2-Emissionen aus dem Bau von Bahninfrastrukturen wurden in Studien lange Zeit regelmäßig auf 60 bis 100 Jahre heruntergebrochen. Bei Hochgeschwindigkeitsstrecken der Bahn weiß man aber inzwischen, dass die Lebensdauer der Gleisinfrastrukturen eher 30 Jahre beträgt.
Die ICE-Strecken, auf denen Ende der 1980er-Jahre die ersten ICE-Züge unterwegs waren, wurden jedenfalls nach rund 30 Jahren von der Bahn faktisch neu gebaut, mitsamt der Schienen, eines festen Betongleisbetts ("feste Fahrbahn"), der Oberleitungsmasten, der Elektrifizierung und der Steuerungstechnik.
Für die Beispielstrecke der Forscher zwischen Frankfurt und Köln ergeben sich damit wahrscheinlich schon nach 30 Jahren der Nutzung erneut im Wesentlichen die kompletten CO2-Emissionen – mit Ausnahme der Tunnel und Brücken.
Zur Erinnerung: Der Gleisbau allein hat rund 200.000 Tonnen CO2 verursacht. Zum Vergleich: Damit könnte man die Start- und Landebahnen am Flughafen München in den kommenden 3000 Jahren noch 100-mal sanieren.
Sanierung von Flughäfen einfacher
Die Sanierung von Flughäfen ist im Vergleich relativ ressourcenschonend möglich. Dabei tragen sogenannte Kaltfräsen die Asphalt- oder Betonoberfläche in der Regel nur wenige Millimeter tief ab. Deckschicht und Binderschicht der Flächen werden dann aufgefüllt und neu profiliert. Das Volumen des neu dafür verwendeten Materials und die Emissionen daraus fallen entsprechend gering aus.
Während Beton auf Flughafenflächen laut Bauindustrie bis zu 40 Jahre hält und darum vor allem an Großflughäfen zum Einsatz kommt, entscheiden sich kleinere Flughäfen oft für eine günstigere Asphaltierung. Die Lebensdauer beträgt hier aber mit 15 bis 20 Jahren auch nur rund die Hälfte der Zeit.
Als der Flughafen München während Corona die Grundsanierung der Start- und Landebahnen erstmals nach 30 Jahren in Angriff nahm, mussten laut Ausschreibung lediglich rund 6000 Kubikmeter Betondecke erneuert werden, was Betonemissionen von 2100 Tonnen CO2 entspricht.
Nur bei stärkerer Beschädigung muss auf den Pisten und Vorfeldern tiefer gefräst werden, erläutert beispielsweise die Wirtgen-Grup das Prozedere der Flughafensanierung. Je nachdem, wie schwer Ober- und/oder Unterbau beschädigt sind, können dann aber auch nur einzelne Abschnitte neu gebaut werden.
Auf die Nutzung kommt es an
Mit den neuen Erkenntnissen zur geringen Haltbarkeit der Eisenbahnhochgeschwindigkeitstrassen sind die Ergebnisse älterer Studien zum Thema, wie sie etwa vom Öko-Institut vor zwölf Jahren im Auftrag des Umweltbundesamtes aufgelegt wurde, zumindest in Teilen nur noch mit Vorsicht zu genießen.
Hierbei werden nur für die Stahlschienen selbst mit 30 Jahren Nutzung gerechnet, für den Rest der Infrastruktur wird eine Nutzungsdauer von 60 oder sogar 100 Jahren angenommen. Entsprechend gering fallen die angenommenen CO2-Emissionen pro Passagierkilometer in dieser Studie aus.
Kommt die neue Studie der Friedrich-Naumann-Stiftung für die im Detail betrachtete Hochgeschwindigkeitsstrecke Köln - Frankfurt auf 35 bis 47 Gramm CO2 pro Passagierkilometer bei 500 Millionen Fahrgästen in 30 Jahren, berechnet die alte Studie auf derselben Beispielrelation im Passagierfernverkehr folgerichtig auch nur 16 Gramm pro Passagier und Kilometer an CO2-Infrastrukturemissionen.
Insgesamt ergeben sich so im Gesamtnetz der Deutschen Bahn selbst bei der Öko-Institut-Betrachtung 64 Tonnen CO2-Emissionen, die pro Gleiskilometer und Jahr betrachtet werden müssen ("HGS Köln-Frankfurt"):
![Spezifische CO2-Äquivalent-Emissionen pro Gleiskilometer und pro Verkehrsleistung für verschiedene Verkehrsarten und Streckentypen für Bau und Unterhalt des DB-Netzes im Jahr 2008 [Berechnungen des Öko-Instituts]., © Öko-Institut](https://img.airliners.de/2022/08/unbenannt-2-2Lm45R__original__824)
Allerdings verrechnet das Öko-Institut die Emissionen aus dem Bau der Strecken im Gesamtnetz auch noch auf verschiedene Nutzer. Dem Nahverkehr werden je nach Streckenart acht bis 23 Gramm CO2 pro Passagier und Kilometer zugerechnet, der Güterverkehr bekommt einen Anteil von fünf bis 13 Gramm.
Die Unterschiede ergeben sich dabei aus der Art und der Nutzung einer Strecke – eine Unterscheidung, die die Studie der Friedrich-Naumann-Stiftung nicht anreißt –, die sich natürlich bei Flughäfen ganz genauso darstellt. Auch die Flughafeninfrastruktur wird nicht nur von Passagierflugzeugen im Linienbetrieb, sondern auch von Frachtmaschinen und sogar privaten Flugzeugen, Helikoptern und so weiter benutzt.
Infrastrukturemissionen sind bei der Eisenbahn wesentlich
Eine weitere Annäherung zu den echten Emissionen im Bahnverkehr gibt es beim Umweltbundesamt. In einer 2013 veröffentlichten Studie zeigen die Wissenschaftler auf, wie hoch der Anteil der CO2-Emissionen aus dem Bau und dem Unterhalt der Infrastruktur sowie der Fahrzeuge im Vergleich zu den Emissionen aus dem Fahrbetrieb ist.
Für Bau und Betrieb der Infrastruktur im Personenfernverkehr (PVF) gibt diese Berechnung im Durchschnitt 21 Gramm CO2 pro Personenkilometer an. Das sind rund ein Drittel der Emissionen aus dem Betrieb.
Die tatsächlichen Stromemissionen ohne Berücksichtigung der Ökostromwerbeumrechnung der Bahn liegen dem Umweltbundesamt zufolge derzeit bei 50 Gramm pro Kopf und Kilometer im Personenfernverkehr:
Fazit: 34 Kilogramm CO2 pro Person für Frankfurt - Köln und zurück
Eine Fahrt im ICE verursacht also allein durch die großen Mengen an Klimagasemissionen aus dem Bau der benötigten Hochgeschwindigkeitsinfrastruktur erhebliche Umweltschäden.
Auf der Beispielrelation zwischen Köln und Frankfurt und zurück ergeben sich je nach Annahmen zur Nutzungsdauer und der tatsächlichen Passagieranzahl zwischen 5,4 Kilogramm (laut Öko-Institut) und 15,9 Kilogramm CO2 (Friedrich-Naumann-Stiftung) pro Passagier an CO2-Emissionen allein aus dem Bau der Infrastruktur.
Rechnet man die vom Umweltbundesamt als realistisch betrachteten Bahnemissionen im Fernverkehr hinzu, so sind das für die Beispielrechnung 17 Kilogramm. Ein weiteres Kilo entfällt auf die in der Studie ebenfalls kurz angerissenen Emissionen aus dem Betrieb der Bahnhofsinfrastruktur.
Der Betrieb von Aufzügen, Rolltreppen, Beleuchtung und so weiter an den Bahnhöfen verursacht nach Angaben der Bahn jährlich 189.000 Tonnen CO2-Emissionen. Das ergibt umgerechnet auf die Transportleistung laut der Forscher der Friedrich-Naumann-Stiftung 2,3 Gramm CO2 pro Kilometer. Für den Flughafen Frankfurt kommen die Wissenschaftler bei den CO2-Emissionen aus dem Betrieb übrigens auf nur 1,7 Gramm pro Passagier und Kilometer, was dennoch einem in etwa vergleichbarem Wert entspricht.
Insgesamt verursacht eine Bahnfahrt auf der Beispielrotation somit rund 34 Kilogramm CO2, wenn man diese Reise ganzheitlich betrachtet.
Infrastruktur wichtiger Faktor der Bahnemissionen
Die Emissionen aus dem Bau der Infrastruktur sind auf der betrachteten Beispielstrecke damit ungefähr genauso hoch wie die Emissionen aus dem derzeitigen Strommix der Bahn. Doch selbst wenn sich diese Emissionen aus der Stromerzeugung zukünftig weiter senken lassen, bleiben die bereits erfolgten Emissionen für den Bau der Infrastruktur aber noch über Jahrzehnte in der Atmosphäre.
Damit ergibt sich für die CO2-Emissionen aus dem Bau der Bahninfrastruktur der Faktor zwei auf die Emissionen für den Antrieb. Eine Hochgeschwindigkeitstrasse in den Niederlanden zu bauen, wo Tunnel mangels Berge komplett entfallen und Brücken nur über Kanäle und Grachten notwendig sind, ist dabei natürlich etwas Anderes als eine Strecke durch den Westerwald, den Taunus oder den Thüringer Wald.
Besonders hohe Emissionen fallen bei den Tunnelbauten etwa durch die Alpen an. Rund vier Millionen Tonnen CO2 für das Bauwerk des Gotthard-Basistunnels, umgelegt auf die aktuell etwa vier Millionen Nutzer über 50 Jahre hochgerechnet, belastet laut der Studie jeden Nutzer mit 20 Kilogramm CO2 pro Fahrt, was für den 57 Kilometer langen Streckenabschnitt mehr als 350 Gramm pro Personenkilometer bedeutet.
Die Gleisanlagen sind damit für die Bahn ungefähr das, was die Kondensstreifen für den Luftverkehr sind: Unterschiedlich stark schädlich je Situation, aber insgesamt ein wesentlicher Bestandteil der Klimawirkung. Das sollte nicht unbeachtet bleiben, wenn es um die Zukunft der Mobilität in Deutschland geht.
Fliegen kann man den kleinen Hüpfer zwischen Frankfurt und Köln schon lange nicht mehr. Dass dem bald vielleicht wieder so ist, sobald neue Regionalflugzeuge solche Strecken elektrisch bedienen können, ist das Thema in der nächsten Folge dieser Serie. Dann geht es um die Frage, ob diese neuen Flugzeuge insgesamt umweltschonender fliegen können, als die Bahn fährt.
