2. Unsere Vision: Erneuerbar, wenig CO2, effizient – und weiterhin zuverlässig
ÖV-Busse spielen eine wichtige Rolle nicht nur im Alltag der Bevölkerung, sondern auch bei der Erreichung klimapolitischer Ziele. Sie verursachen rund 2.3% der CO2-Emissionen im Strassenverkehr. Im Gegensatz zur Mehrheit der privaten Fahrzeuge, welche eigentliche «Stehzeuge» sind, befördern Busse fast rund um die Uhr Passagiere. Die Umstellung auf nachhaltige Antriebstechnologien ist deshalb bei ÖV-Busse viel wirkungsvoller. Bedingung ist, dass die solche Antriebstechnologien verfügbar, verlässlich und finanzierbar sind.
In den meisten europäischen Ländern ist die Umstellung von ÖV-Bussen auf Alternativantriebe bereits beschlossen. Die «Clean Vehicle Directive» der EU schreibt allen Mitgliedstaaten vor, zunehmend Busse ohne direkte Emissionen zu beschaffen. Auch in der Schweiz sind die ersten Batteriebusse im Einsatz – insbesondere in den Städten. Der Bestand an Elektrobussen in der Schweiz beträgt aktuell rund 5% der Gesamtflotte.
Mit der vorliegenden Busstrategie formulieren auch die im Agglomerations- und Überlandverkehr aktive VZO die Eckpunkte der VZO-Busstrategie mit vier Säulen:
Erneuerbar. Wir wollen langfristig nur noch erneuerbare, CO2-freie Energie zum Antrieb unserer Busflotte einsetzen. Dies bedingt den Wechsel von Diesel zu Strom (für Batteriebusse) oder zu aus erneuerbarem Strom hergestelltem Wasserstoff (für Brennstoffzellenbusse mit Elektroantrieb). In der Forschung wird auch die Herstellung flüssiger Treibstoffe aus erneuerbarem Strom (Power-to-Liquid-Konzept) diskutiert. Dies kann für Flugzeuge, Schiffe oder den Fernverkehr in Zukunft eine Rolle spielen, wird aber für unsere ÖV-Busse weder rechtzeitig verfügbar noch aufgrund aktueller Technologieentwicklungen notwendig sein.
Wenig CO2. Damit wir Passagiere von A nach B bringen können, braucht es neben unseren Bussen auch Busdepots und Werkstätten. Für eine vollständige Darstellung von Umweltbelastungen werden Lebenszyklus-Analysen eingesetzt: Sie berücksichtigen Herstellung, Betrieb und Entsorgung von Fahrzeugen, Gebäuden und Infrastrukturen. Damit die VZO komplett CO2-frei werden könnte, müssten unsere Fahrzeuge und Gebäude vollständig mit erneuerbarer Energie hergestellt werden. Selbst für die Strassen, auf welchen wir fahren, müsste dies gelten. Allerdings kann die VZO dies nicht direkt beeinflussen. Unsere Vision ist daher, unsere Busse mit erneuerbarer, CO2-freier Energie zu betreiben und jene Technologien einzusetzen, die gesamthaft aus Lebenszyklus-Perspektive gesehen, am wenigsten CO2 und andere Treibhausgase emittieren. Dabei achten wir auf ein angemessenes Verhältnis der Kosten zu eingespartem CO2. Während die vollständige Elektrifizierung der Busflotte schrittweise zu vollziehen ist, ist es denkbar schon heute die Emissionen unserer Dieselbusse als Zwischenlösung kompensieren. Langfristig geht es zudem um mehr als CO2: Busse mit Elektromotoren sind deutlich leiser und stossen lokal keine Feinpartikel und Stickoxide aus.
Energieeffizient. Wir achten schon lange auf einen möglichst geringen Energieverbrauch und veröffentlichen jährlich einen Umweltbericht. Mit dem Umstieg auf erneuerbare Energie bleibt der Fokus auf Energieeffizienz bestehen, was auch aus schweizerischer Gesamtsicht nötig ist: Die Energiestrategie des Bundes sieht die Abschaltung der AKW vor. Diese sind durch neue erneuerbare Energie (z.B. Strom aus Photovoltaik oder Windturbinen) zu ersetzen. Gleichzeitig werden neben der weitgehenden Elektrifizierung des Strassenverkehrs auch fossile Heizungen (Erdöl und Gas) grösstenteils durch elektrisch betriebene Wärmepumpen abgelöst. Berechnungen des Bundesamts für Energie zeigen, dass hohe Energieeffizienz in allen Anwendungen unabdingbar sein wird, um diese doppelte Herausforderung zu meistern.
Zuverlässig. Unser sehr hohes Niveau an betrieblicher Zuverlässigkeit soll trotz Umstellung auf neue Busantriebe und damit einhergehenden betrieblichen Anpassungen gehalten werden.
Ein Batteriebus hat mit seiner Batterie einen höheren, energetischen Produktionsaufwand als ein Dieselbus mit Verbrennungsmotor. Das ist der Preis für die hohe Effizienz des Elektromotors (braucht Strom aus der Batterie) im Vergleich zur schlechten Effizienz eines Verbrennungsmotors.
An diesem Vergleich zeigt sich, dass es zukünftig noch wichtiger als heute ist, die gesamte Ökobilanz
(Herstellung, Betrieb und Entsorgung des Fahrzeugs, sowie Erzeugung, Transport und Speicherung der Antriebsenergie, inkl. Tank- oder Lade-Infrastruktur) zu betrachten. Auch der Abbau von Rohstoffen – für die Batterie, wie auch für alle anderen Fahrzeug- und Infrastruktur-Komponenten – fliesst in jede Ökobilanz ein.
Sehr wichtig für die Ökobilanz ist das Recycling. Schon heute schreiben EU-Richtlinien vor, wie Altfahrzeuge rezykliert werden müssen. Wenn künftig die Batterien aus Elektroautos in grosser Zahl anfallen, werden dafür spezialisierte Recycling-Anlagen nötig. Entsprechende Verfahren werden aktuell erforscht und erste Pilotanlagen getestet.
Batteriebusse haben bereits heute Klimaschutzvorteile: Der Energie- und CO2-Aufwand für die Batterie wird durch Einsparungen beim Fahren wettgemacht. Dies gilt auch dann, wenn das Fahrzeug mit europäischem Durchschnittsstrom (Mix aus erneuerbaren und nicht-erneuerbaren Energien) betrieben wird. Werden Batteriebusse mit erneuerbarem Strom betrieben, ergeben sich deutlich höhere Klimaschutzvorteile. Im Vergleich zum Elektroauto haben Batteriebusse eine klar günstigere Ökobilanz, weil sie pro Personenkilometer weniger Strom und Batteriekapazität benötigen, und diese Batterie den ganzen Tag über im Einsatz ist.
Für die Ökobilanz von Batteriebussen müssen die neusten Entwicklungen berücksichtigt werden. Zum Bus von morgen gehört die Batterie, das Recycling und der Stromerzeugungsmix von morgen. Solche Studien werden für die Schweiz bald verfügbar sein: Die VZO wird sich an Studien des Bundesamts für Energie, des Verbandes öffentlicher Verkehr VöV, der EMPA und des ETH-Bereichs orientieren. Mit den Säulen «Erneuerbar – Wenig CO2
– Energieeffizient – Zuverlässig» stellt die VZO-Busstrategie sicher, dass auch die gesamte Ökobilanz positiv ausfällt, heute und morgen.
3. Zwischenbilanz VZO-Busstrategie (September 2024)
Seit 2020 verfügen die VZO über eine Dekarbonisierungsstrategie. Die Strategie wird periodisch auditiert. Mit dieser Zwischenbilanz soll geprüft werden, ob sich die VZO hinsichtlich ihrer formulierten Ziele auf Kurs befinden, oder ob wesentliche Abweichungen oder Umsetzungslücken erkennbar sind.
Erreichte Etappenziele: Im November 2021 starteten die VZO erstmalig einen Ausschreibungsprozess für Elektrobusse. Die entsprechende Submission wurde im Dezember 2021 veröffentlicht. Innerhalb dieses Beschaffungsprozesses testeten die VZO im Frühjahr 2022 Elektrobusse unterschiedlicher Anbieter auf ihrem Streckennetz. Im Juni 2022 haben die VZO den Beschaffungsprozess abgeschlossen und die ersten drei Fahrzeuge bestellt. Seit Anfangs 2024 verkehrt ein Elektro-Gelenkbus und zwei Elektro-Standardbusse (eCitaro 1. Generation von Mercedes) auf dem Liniennetz der VZO. Die drei Fahrzeuge können aufgrund ihrer beschränkten Reichweite nur auf kurzen Umläufen in der Hauptverkehrszeit Linien eingesetzt, und aufgrund ihrer Höhe nur in den Busgaragen Wetzikon und Rüti garagiert werden. Geladen werden die drei Busse mit mobilen Strom-Ladestationen in den Depots.
Der Start in die Elektrobus-Welt ist den VZO geglückt und entspricht dem vorgenommenen Strategiepfad. Die bisherigen Erfahrungen mit den Elektro-Bussen im Linienbetrieb sind gut, die Komplexität der Transformation jedoch grösser als angenommen. Der technologische Fortschritt bei den Elektrobussen, neue regulatorische Vorgaben der Besteller und nicht zuletzt die gemachten Lernprozesse mit den ersten Fahrzeugen erfordern eine Justierung der ersten Version der VZO-Busstrategie aus dem Jahre 2020.
Um im Jahr 2035 mehrheitlich nur noch mit elektrisch angetriebenen Bussen unterwegs zu sein und das damit gesetzte Strategieziel aus dem Jahr 2021 zu erreichen, dürften ab 2025 ausschliesslich nur noch Elektro-Busse angeschafft werden. Dieses Vorhaben aus der ersten Strategieversion erweist sich als sehr ambitioniert, weil insbesondere die Erstellung der Ladeinfrastrukturen an den Depotanlagen für den Elektrobusbetrieb mehr Zeit beansprucht als ursprünglich angenommen und sich die Entwicklung der Reichweiten weniger schnell entwickelt als erhofft. Batteriebusse sind derzeit noch nicht für alle Einsätze geeignet, weil die Reichweite zu wenig gross ist. Die Batterien werden ständig weiterentwickelt, leichter und leistungsfähiger. Wer heute seine Fahrzeugflotte auf einen Schlag - oder zu schnell - austauscht, verpasst den technischen Fortschritt der kommenden Jahre – und bindet sich an ein mit der Zeit unwirtschaftlicher werdendes Modell. Daraus folgend wird es für die VZO unumgänglich sein, auch nach dem Jahr 2025, nebst Elektrobussen vereinzelte Dieselbusse zu beschaffen. Die Ablösung der Dieselbusse durch Elektrobusse schreitet weiter voran, jedoch in etwas kleineren Schritten als anfänglich gedacht.
4. Strategieziel
Wir wollen unsere Dieselbusse bis spätestens 2040 weitgehend durch Fahrzeuge mit elektrischem Antrieben – oder noch entstehende CO2-freie Technologien - ablösen, sofern das der technische Entwicklungsstand der Batteriebusse zulässt. Die Umstellung auf eine CO2-freie Busflotte hat nach ökologischen, ökonomischen und betrieblichen Kriterien zu erfolgen.
Unsere Strategie zeigt auf, dass eine Umstellung auf neue Antriebstechnologien für VZO nur mit Partnern möglich ist und von zahlreichen Faktoren abhängig ist. Wir sind gemeinsam gefordert, um künftig unsere Fahrgäste zuverlässig, aber genauso klimaschonend ans Ziel zu befördern!
5. Die Kernfrage: Wann und wo werden die Busse aufgeladen?
Anfang 2024 umfasst die Busflotte der VZO 102 Busse: 3 Kleinbusse, 45 Standardbusse und 54 Gelenkbusse. Die ersten drei Elektrobusse – ein Gelenkbus und zwei Standardbusse – sind seit anfangs des Jahres im operativen Einsatz. Unter Berücksichtigung des prognostizierten Bevölkerungswachstums in unserem Marktgebiet steigt die Nachfrage nach Mobilität. Die VZO werden ihren Fahrplan weiter ausbauen. Damit wird sich die Flotte der VZO, unter der Annahme das pro Fahrplanwechsel durchschnittlich drei zusätzliche Busse benötigt werden, von 2024 bis 2050 um rund 40 Busse erhöhen.
Die Busse der VZO sind auf sehr unterschiedlichen Linien im Einsatz. Einige verkehren hauptsächlich im ländlichen Raum auf Strassen mit geringer Verkehrsdichte. Die Mehrheit der Buslinien bedient jedoch dicht besiedelte Gebiete mit zur Hauptverkehrszeit stark belasteten Strassen. Auf vielen Buslinien der VZO ist es deshalb eine tägliche Herausforderung den Fahrplan einzuhalten.
Der aktuelle, technologische Fortschritt bei Batterien für Strassenfahrzeuge ist beeindruckend. Jedes Jahr können sie bei gleicher Einbaugrösse etwas mehr Strom speichern. Bei den schwereren Gelenkbussen ist das Maximum aktuell bei 220 km – dafür werden dann aber auch Batterien mit einem Gewicht von rund 2.5 Tonnen benötigt, die im Fahrzeug untergebracht werden müssen.
Die Industrie geht aktuell davon aus, dass sich die Reichweiten bei Depotlader-Batterien bis ins Jahr 2030 auf 350 km entwickeln (Quelle: Monitoringbericht INFRAS). Der Zürcher Verkehrsverbund ZVV geht in seiner Dekarbonisierungsstrategie davon aus, dass bis 2032 Reichweiten von 320 bis 400 km Fahrleistung, ohne Nachladung, möglich sein werden. Die ZVV-Strategie definiert bezüglich des Ladekonzeptes eine klare Vorgabe an die Verkehrsunternehmen im Kanton Zürich: Die Ladung der Elektrobusse hat in den Depots, und nicht unterwegs an Bahnhöfen oder Endhaltestellen, zu erfolgen.
Die meisten VZO-Busse legen heute täglich 250 bis 350 km, einzelne bis 490 km, mit einer Tankfüllung zurück. Auch wenn man einberechnet, dass die Batterien in den nächsten Jahren weitere Fortschritte machen werden, zeigt sich: Wenn wir von Dieselbussen auf Batteriebusse wechseln, werden einige Busse ihr Tagespensum nicht schaffen, wenn wir ihre Batterien nur während der Nacht voll aufladen. Aufgrund des laufenden technischen Fortschritts darf damit kalkuliert werden, dass in späteren Umsetzungsphasen weitere Technologien in Frage kommen. Wir setzen aktuell den Fokus auf den batterie-elektrischen Antrieben, beobachten jedoch auch andere Antriebstechnologien aktiv.
Die Analyse des heutigen Einsatzes der VZO-Busse zeigt drei Gruppen auf:
- Etwa 80% unserer Busse fahren Tageseinsätze, für welche die Ladung über Nacht gemäss den zu erwartenden Reichweitenverbesserungen der Batterien, in Zukunft ausreichen sollte.
- Etwa 15% unserer Busse müssten – zusätzlich zur Ladung über Nacht – ihr Batteriepaket tagsüber mindestens einmal nachladen. Das kann wie folgt organisiert werden:
Die Busse könnten tagsüber, nach den Einätzen in der morgendlichen Hauptverkehrszeit ins Depot zurückkehren und dort nachgeladen werden, so dass die Batterien vor der abendlichen Hauptverkehrszeit wieder voll sind. Allerdings muss die Einsatzplanung unserer Busse bereits heute sehr viele Anforderungen berücksichtigen. Es wäre eine grosse Herausforderung, die Busse in der Zeit zwischen 9 und 16 Uhr alle abwechslungsweise ins Depot zu bringen und über mehrere Stunden nachzuladen. - Die restlichen 5% unserer Busse fahren täglich sehr viele Kilometer und auf Linien mit engem Fahrplan, so dass ein Laden über Nacht nicht ausreicht und tagsüber keine ausreichenden Zeitfenster zum Nachladen in einem Depot verfügbar sind. Nach heutigem Kenntnisstand ist noch offen, wie diese Busse zu elektrifizieren sind. Auch wenn es zur Findung der besten Lösung noch mehrere Jahre Zeit gibt, zeichnen sich folgende drei mögliche Richtungen ab:
- Man könnte – grob geschätzt – 10 heutige Dieselbusse durch 11 Batteriebusse ersetzen. Durch den weniger dichten Einsatz der einzelnen Busse gibt es genug Zeit, um die Busse tagsüber mit hoher Leistung im Depot nachzuladen. Natürlich braucht es für zusätzliche Busse auch entsprechende Stellfläche im Depot.
- Man könnte Elektrobusse mit Wasserstoff-Brennstoffzellen einsetzen. Die Herstellung einer Tankfüllung Wasserstoff aus erneuerbarem Strom braucht deutlich mehr Energie als eine Batterieladung. Anderseits sind nur kleine Batteriezwischenspeicher nötig. Würden einzelne Buslinien durch Elektrobusse mit Wasserstoff-Brennstoffzellen bedient, gäbe es dort keine Ladeinfrastruktur; Batteriebusse könnten dort nicht eingesetzt werden. Es würde zu einer geteilten Busflotte mit verschiedenen Antriebstechnologien und Infrastrukturen (Ladeinfrastruktur/Wasserstofftankstelle) kommen. Die Abstellanlagen müssten für die Anforderungen möglicher Wasserstoff-Leckagen ausgelegt werden.
- Synthetische Treibstoffe könnten sich für den Einsatz bei Linienbussen als eine spannende Ergänzung zum reinen Elektromotor entwickeln. Erste Startup-Unternehmen erforschen die Herstellung eines klimafreundlichen Ersatzes für Benzin und Dieselöl, welche mittels solarer Wärme hergestellt werden.
6. Die VZO-Busstrategie: In zwei Phasen zum Ziel
Wir möchten schrittweise vorgehen, um kontinuierlich die neuesten Erkenntnisse und den aktuellen technologischen Stand zu integrieren. Wichtig ist uns, voll alltags- und einsatzfähige Batteriebusse zu kaufen. Basierend auf der Analyse des heutigen Einsatzes unserer Busflotte umfasst unsere Busstrategie zwei Phasen:
Phase 1: Einstieg mit Batterie-Elektrobussen, welche nur im Depot laden. Weil das Laden nur im Depot erfolgt, sind wir unabhängiger und können schnell umsetzen. In dieser Phase werden wir uns wichtiges Wissen und Fähigkeiten zu Betrieb und Wartung von Batterie-Elektrobussen aneignen. Wir gehen davon aus, dass bis ins Jahr 2032 Elektrobusse mit einer Reichweite von 350 Kilometer erhältlich sind. Wenn dem dann so ist, könnten wir rund 70% bis 80% der Wagenumläufe mit einer Batterieladung abdecken.
Phase 2: Umstellung jener Busse auf Elektroantrieb, die heute nicht lange genug stillstehen, um nachgeladen werden zu können. Auch hier gibt es noch komplexe Fragen, für deren Klärung jedoch noch etwas Zeit bleibt: In Phase 2 sind noch ca. 15 bis 20 % unserer Busse zu elektrifizieren. Ab etwa dem Jahr 2032 werden wir basierend auf dem Stand der Technologie die Antriebs- und Lade-Technologie für Phase 2 festlegen. Damit bis ins Jahr 2040 auch Bus-Tageseinsätze über 350 Kilometer möglich sind, ist ein Quantensprung in der Batterietechnologie notwendig, oder alternative Technologien (z.Bsp. synthetischer Treibstoff) ihre Marktreife erlangt haben. Gemäss ZVV Dekarbonisierungsstrategie wäre es dann auch denkbar, dass der Fahrzeugreservebestand erhöht, und die Fahrzeuge mit leeren Batterien unter Tags durch ein vollgeladenes Fahrzeug ersetzt werden.
Heute wird der Treibstoff für unsere Busse zu 100% importiert. Mit dem Umstieg auf elektrifizierte Busse besteht die Chance, sie mit erneuerbarer Energie zu betreiben. Die VZO möchte dazu ausschliesslich zertifizierten Grünstrom einsetzen. Möglich ist auch die Beteiligung an entsprechenden Anlagen. Bereits heute sind die Dachflächen der Gebäude und Depots der VZO mit Photovoltaik-Anlagen ausgestattet. Auch der Einsatz von Batteriespeichern in den Busdepots könnte wirtschaftlich interessant sein und es uns erlauben, die Busse unter geringerer Belastung des Stromverteilnetzes zu laden und unsere Kosten für den Netzanschluss zu verringern.
7. Gemeinsame Herausforderungen: Wir sitzen alle im gleichen Bus
Um eine Busflotte sowohl zuverlässig wie auch kosteneffizient auf elektrische Antriebe umzustellen, braucht es die Abstimmung aller Akteure. Im Folgenden führen wir die wichtigsten Dimensionen auf.
Finanzierung der Mehrkosten bei der Anschaffung: Batteriebusse werden langfristig zwar gleich teuer wie herkömmliche Busse sein (teurer in der Anschaffung, günstiger in Betrieb und Unterhalt), aber da die Technologie noch jung ist, fallen bei der Beschaffung in den nächsten Jahren noch nicht amortisierbare Mehrkosten an. Zusätzlich muss die Ladeinfrastruktur in den Depots aufgebaut werden. Veränderungen bei den Rahmenbedingungen (Gesetzesänderungen, Fördermittel, Energiepreisentwicklung) können die Kostenentwicklung beeinflussen.
Energieversorger: Die VZO verfügt über vier Busdepots, für welche vier verschiedene Stromversorger zuständig sind. Nach heutigen Erkenntnissen mutieren die VZO zukünftig zu einem «Strom-Grossbezüger» (Netzebene 5). Dadurch zeichnen sich die VZO für den Bau und den Unterhalt der notwendigen Stromversorgungsanlagen in den Depots verantwortlich. Ebenso wird der Stromeinkauf am offenen Markt für die VZO eine neu zu erlernende Disziplin.
Durchfahrtshöhen: Batteriebusse sind heute von der Bauweise her etwas höher als Dieselbusse. Auf dem Liniennetz gibt es Streckenabschnitte, welche aufgrund von zu tiefen Unterführungen nicht passierbar sind. Die Garagierung in den Hallen der Busdepots Grünigen und Rüti ist mit den Batteriebussen der ersten Generation nicht möglich. Die Entwicklungen der Fahrzeughersteller sind sich dieser Herausforderung der Busunternehmer bewusst. Die Zweit-Generationen-Fahrzeuge, welche auf den Markt kommen, sind – zumindest von einzelnen Herstellern – nicht mehr höher als ein heutiger Dieselbus. Darauf gestützt haben die VZO entschieden, die Einstellhalle Grüningen nicht für rund 12 Mio. Franken zu erhöhen, stattdessen darauf zu setzen, in zukünftigen Busbeschaffungen nur diese Hersteller zu berücksichtigen, welche Elektrobusse in derselben Höhe wie die heutigen Dieselbusse anbieten.
Anpassungen im Betrieb zwecks Kostenoptimierung: Durch Anpassungen bei der Einsatzplanung der Busse lassen sich die Fahrzeugumläufe in ihrer Länge näher an die verfügbaren Reichweiten anpassen. Die punktuelle Optimierung des Fahrplans kann die kosteneffiziente Elektrifizierung der Busflotte ermöglichen.
Depots: Die vier Busdepots müssen für elektrische Busse angepasst werden. Dies führt bei jedem der Depots zu spezifischen Herausforderungen, welche etappenweise anzugehen sind. Die notwendigen Elektroinstallationen für den Elektrobusbetrieb wird auch beim Neubau von Depotanlagen zu Mehrkosten und zusätzlichen Anforderungen führen.
IT-Systeme: Für die Überwachung der Batterie-Ladesysteme und effizienten, sowie ökonomischen Ladevorgängen sind integrale IT-Systeme notwendig, welche den Datenaustausch zwischen der Betriebsplanung, Leistelle, Technik und der Garagierungsplanung sicherstellen.
Lieferfristen Materialien und personelle Ressourcen und Knowhow: Die Lieferfristen von Elektrobussen sind aktuell doppelt so lange wie für einen Dieselbus und betragen rund 1 ½ bis 2 Jahre. Genauso viel Geduld braucht es für die Lieferung von Trafo-Anlagen und die Sekundär-Ladeeinrichtungen. Für die Elektrifizierung der Depots sind wir zudem auf die Verfügbarkeit von entsprechenden Fachplanern angewiesen. Das Knowhow der Mitarbeitenden ist in den Fachbereichen Elektrifizierung, Strombeschaffung und Fahrzeugunterhalt zu entwickeln.
Elektrobusse und Dekarbonisierungsstrategie der VZO in den Medien:
