Die Kohlenstoffdioxid-Emissionen des Schienenverkehrs sind rückläufig, während die Kohlenstoffdioxid-Emissionen im Transportsektor steigen [EEA16]. Die Schiene gilt prinzipiell als umweltfreundlicher Verkehrsträger, was sich insbesondere in ihren systembedingten energetischen Vorteilen begründet. Geringe Rollreibung zwischen Stahlrädern und (Stahl-)Fahrweg sowie zugbildungsbedingt positive Aerodynamikeigenschaften ermöglichen einen vergleichsweise niedrigen Fahrwiderstand, wodurch auch große Massen mit moderatem Energieeinsatz transportiert werden können [Hech11].

Eine Erhöhung der Personenkapazität sowie der Ausbau des Hochgeschwindigkeitszugverkehrs mit weniger Stationen führt somit ebenso zu einer höheren Energieeffizienz [WIN12; POR08]. Während diese Systemeigenschaften sowohl für Diesel- als auch Elektrotraktion gelten, verfügen oberleitungsgespeiste Triebfahrzeuge über weitere Effizienzmerkmale: Antriebseinheiten elektrischer Lokomotiven und Triebwagen weisen zumeist ein geringeres Gewicht auf als äquivalente Dieselaggregate, sodass die betreffende Fahrzeuggesamtmasse reduziert werden kann. Beschleunigungsvorgänge sind somit unter geringerem Energieeinsatz durchführbar. Mittels Rekuperationsbremsen kann Bremsenergie zurückgewonnen und in die Oberleitung oder in stationäre oder mobile Energiespeicher zurückgespeist werden. Auf diese Weise lassen sich gegenwärtig bis zu 13 Prozent des in der Bundesrepublik Deutschland anfallenden Bahnstrombedarfs wiedergewinnen [DBAG10m; DBAG07ai; DBAG13y].

Abbildung 1 und 2 stellen den spezifischen Energieverbrauch unterschiedlicher Verkehrsmittel des deutschen Personen- und Güterverkehrs einander gegenüber und belegen entsprechende Effizienzvorsprünge des Systems Bahn bei jeweils durchschnittlicher Fahrzeugauslastung.

Angesichts des bereits vorgezeichneten Entwicklungspfades intermodaler Wettbewerber sieht sich die Bahnindustrie umso dringlicher mit der Aufgabe konfrontiert, neue Lösungsansätze zu entwickeln und zu implementieren, die dazu geeignet sind, die bestehende ökologische Dominanz gegenüber anderen Verkehrsträgern auch weiterhin sicherzustellen. Vor dem beschriebenen Hintergrund finden vorrangig sowohl technische als auch eisenbahnbetriebliche Ansätze Berücksichtigung, die unter anderem auf einen Einsatz effektiverer Energierückgewinnungs- und verbrauchsärmerer Antriebssysteme ausgerichtet sind. Das Ende 2010 abgeschlossene EU-Forschungsprojekt "Railenergy" legt dabei nahe, dass mit Hilfe eines systemweiten Maßnahmenpaketes im europäischen Schienenverkehrssektor bis zum Jahre 2020 Effizienzsteigerungen von circa sechs Prozent realisiert werden können. Abgeschlossene Projektgruppen der Europäischen Kommission wie OSIRIS (Optimal Strategy to Innovate and Reduce energy consumption In urban rail Systems) und MERLIN (Sustainable and intelligent Management of Energy for smarter RaiLway systems in Europe: an Integrated optimisation approach) arbeiteten an Lösungen für Herausforderungen im Energiemanagement im europäischen Schienenverkehrssystem. Shift2Rail ist eine aktuelle Initiative, die aktiv an der Integration neuwertiger und energieeffizienter Technologien arbeitet [UNIFE16].