U-Bahnen und Züge sollen in Zukunft noch nachhaltiger unterwegs sein. Forschende aus Graz entwickeln mithilfe künstlicher Intelligenz (KI) und Maschinenlernen neue Systeme für die Klimatisierung der Waggons. Wichtig sind eine smarte Wartung und bessere Kältemittel.
Wer in ein paar Jahren in Österreich mit der Bahn oder in Wien mit der U-Bahn fährt, soll nicht zuletzt dank künstlicher Intelligenz komfortabel und umweltfreundlich ans Ziel gelangen. Die Weichen dafür wollen unter anderem jene Forschungseinrichtungen und Unternehmen stellen, die sich zur Virtual Vehicle Research GmbH mit Sitz in Graz zusammengeschlossen haben.
Ihnen geht es jedoch nicht um eine in den Siemens-Fabrikaten ohnedies vorgesehene vollautomatische Steuerung, sondern vielmehr um eine smarte Wartung der Klimaanlagen in den Garnituren. Hintergrund: Das Fahren mit der Bahn gilt als Angelpunkt einer klimaneutralen Mobilität.
Weder schwitzen noch bibbern
Wer jedoch in überhitzten Waggons schwitzen muss oder vor Kälte zittert, wird rasch auf andere, möglicherweise weniger umweltfreundliche Transportmittel umsteigen. Wie in anderen Forschungen (siehe Artikel oben) auch klar ist: Klimafreundliche Fortbewegung sollte stets die bequemste Option für die Menschen sein. Gerade die Temperaturregelung in Schienenfahrzeugen sei jedoch ein Bereich, in dem „grüne“ Lösungen noch viel Potenzial haben, heißt es. Einer der Kritikpunkte: Filter, Verdichter, Lüfter und andere Verschleißteile werden gewöhnlich in vorgegebenen Intervallen ausgetauscht, unabhängig vom tatsächlichen Zustand und der Funktionstüchtigkeit.
„Das ist teuer und nicht besonders ressourcenschonend“, sagt Peter Schrank von der Abteilung für Innovative Energy Management & Comfort Systems bei Virtual Vehicle. Er und sein Team wollen zu einer noch effizienteren und nachhaltigeren Klimatisierung von Zuggarnituren beitragen, um den ökologischen Fußabdruck des Reisens auf der Schiene weiter zu minimieren.
In einem aktuellen Forschungsprojekt, das von der Forschungsförderungsgesellschaft FFG unterstützt wird und bei dem Siemens Mobility Austria, der Klimaanlagenhersteller Liebherr aus Korneuburg sowie das Institut für Wärmetechnik der TU Graz mit an Bord sind, geht es darum, ein System zu entwickeln, das den laufenden Betrieb der Klimaanlagen beobachtet.
Wartungskosten sinken in der U-Bahn
Anhand der so gewonnenen Daten werden Anomalien frühzeitig erkannt und Voraussagen getroffen, wann eine Wartungsmaßnahme gesetzt, also beispielsweise ein Filter ausgetauscht werden muss. „Dahinter stecken neue Methoden des Maschinenlernens sowie künstliche Intelligenz in Kombination mit digitalen Zwillingen“, erklärt Schrank.
„Am Ende soll ein durchgehend digital vernetztes Instandhaltungskonzept stehen. Wir erwarten, dass die Wartungskosten von Klimaanlagen in Schienenfahrzeugen um mindestens 30 Prozent gesenkt und die positiven Umweltschutzauswirkungen aufgrund der Ressourceneinsparungen deutlich erhöht werden.“ Während der Entwicklungsphase werden Daten am Laborprüfstand und im laufenden U-Bahn-Betrieb gewonnen, um damit die künstliche Intelligenz zu trainieren. Die Forschenden gehen davon aus, die U-Bahn innerhalb der nächsten fünf Jahre mit dem System ausrüsten zu können.
CO2 kühlt im Railjet umweltfreundlich
Bereits auf Schiene ist ein weiteres FFG-Projekt: Ein mit einer Liebherr-Kälteanlage samt Wärmepumpenfunktion ausgestatteter Waggon eines ÖBB-Railjets war im täglichen Fahrbetrieb im Einsatz. Als Kältemittel wurde natürliches CO2 in einem geschlossenen Kreislauf verwendet. „Es zeigte sich gegenüber einer herkömmlichen elektrischen Klimaanlage, je nach Einsatzort, eine Verringerung des Stromverbrauchs um etwa ein Drittel“, fasst Schrank zusammen.
„Zudem haben übliche Kältemittel ein um mehr als tausendfach höheres Treibhausgaspotenzial und sind teuer.“ Was die Wissenschaftler besonders freut: „In den Ausschreibungen für neue Schienenfahrzeuge werden Wärmepumpen inzwischen vielfach bereits gefordert. Zumindest bei Fernzügen zeichnet es sich also ab, dass diese von uns mitentwickelte umweltfreundliche, energie- und kosteneffiziente Technologie zum Standard wird.“