Betrieb und Bau klimaresilienter Eisenbahninfrastrukturen

Der Schienenverkehr ist ein energieeffizientes Verkehrsmittel mit relativ geringen Umweltauswirkungen und insbesondere geringeren Treibhausgasemissionen. Letzteres macht sie zu einem wichtigen Beitrag zur Umsetzung einer langfristigen CO2-neutralen Verkehrsstrategie in Europa. Dieses Potenzial kann jedoch nur realisiert werden, wenn die Eisenbahnen an die Auswirkungen des Klimawandels angepasst werden.

Eine der kritischsten Schwachstellen im Schienenverkehrssystem ist die geringe Flexibilität der Infrastruktur und des Betriebs bei Störungen. Das Schienenverkehrssystem hängt auch von anderen Arten von Infrastruktur ab. So beeinflussen beispielsweise Störungen in der Stromversorgung durch extreme Wetterereignisse direkt die Funktionalität des Schienenverkehrssystems. Aufgrund der langen Lebensdauer der Eisenbahninfrastruktur, die voraussichtlich mehr als 50 Jahre lang (und bei einigen Anlagen sogar länger) mit voller Kapazität betrieben wird, ist es angezeigt, Aspekte des Klimawandels in den langfristigen Planungs-, Planungs- und Managementprozess der Eisenbahn zu integrieren. Darüber hinaus wurden viele Eisenbahnen in der Vergangenheit unter Bezugnahme auf historische Klimabedingungen entworfen und gebaut, die sich aufgrund des Klimawandels von aktuellen und zukünftigen Bedingungen unterscheiden können. In der Vision des Rail Adapt Report (UIC, 2017) wird der Anpassungsprozess der Eisenbahn als Teil des Business-as-usual-Entwicklungsszenarios betrachtet. Somit haben die Anpassungskosten nur einen marginalen Einfluss auf die finanzielle Leistungsfähigkeit eines Eisenbahnunternehmens. Die Risiken des Klimawandels für die Eisenbahnindustrie wurden im Projekt ARISCC (Adaptation of Railway Infrastructure to Climate Change) ausführlich beschrieben, das vom Konsortium unter der Leitung der UIC (International Union of Railways) durchgeführt wurde. Die Ergebnisse von ARISCC umfassen Naturgefahrenkarten und einen Leitfaden zum integrierten Naturgefahrenmanagement im Schienenverkehr.

Eine neuere Überprüfung (Hagghi et al., 2025) hat bestätigt, dass Klimagefahren eine Vielzahl von Auswirkungen auf die Eisenbahnen haben können. Diese lassen sich in zwei Haupttypen einteilen: physische und operative Auswirkungen. Physische Auswirkungen sind direkte Schäden an der Eisenbahninfrastruktur. Dabei kann es sich um strukturelle (z. B. Schienen- und Schwellenschäden), geotechnische (z. B. Schäden am Ballastmaterial und an Hängen) und hydrologische (Ausfall in den Entwässerungssystemen, Überschwemmungen) Schäden handeln. Die operativen Auswirkungen umfassen Dienstunterbrechungen und -verzögerungen. Eine umfangreiche Literatur legt nahe, dass die Auswirkungen von Klimagefahren auf die Eisenbahninfrastruktur und den Eisenbahnbetrieb aufgrund des Klimawandels zunehmen.

Die gleiche Studie ergab, dass sowohl extreme Wetterereignisse (schwere Regenfälle, extreme Winde, Überschwemmungen und Stürme) als auch langsame Einsetzensprozesse (höhere Durchschnittstemperaturen) zu den am häufigsten untersuchten Klimagefahren gehören. Die am häufigsten berichteten Auswirkungen auf Eisenbahnen sind thermische Belastungen, Schienenknicken, überflutete Gleise, Erdrutsche auf Böschungen, Betriebsunterbrechungen und erhöhte Wartungsanforderungen.

Anpassungsansätze können darauf abzielen, die Robustheit der Eisenbahninfrastruktur zu erhöhen, indem die Anfälligkeit von Vermögenswerten für die Gefahren verringert wird und dadurch das Funktionieren auch unter ungünstigen Bedingungen ermöglicht wird. Dies kann zum Beispiel bedeuten, dass elektrische Systeme über den vorhergesagten Überschwemmungsniveaus angehoben werden. Anpassung kann auch versuchen, Redundanz im System zur Verfügung zu stellen, um Kontinuität des Betriebs zu ermöglichen, wenn ein Systemausfall auftritt. Es umfasst die Schaffung zusätzlicher oder alternativer Dienste. Schließlich kann die Anpassung Maßnahmen umfassen, die eine rasche Erholung ermöglichen, um die Infrastruktur und die Dienste rasch wiederherzustellen (Palin et al., 2021).

Die Wahl der Anpassungsmaßnahme hängt vom lokalen Kontext, der Exposition gegenüber bestimmten Gefahren, dem Vorhandensein anderer nicht klimabezogener Risiken, den gewünschten Anpassungsausgaben und -zielen sowie der Lebensdauer der Infrastruktur ab.

Ein Temperaturanstieg kann zu Schienenknicken, einem erhöhten Risiko von Vegetationsbränden, einem zunehmenden Bedarf an Kühlung und anderen Systemen für den Fahrgastkomfort führen. Die jeweiligen Anpassungsreaktionen sollten technische Lösungen (z. B. erhöhte Wärmebeständigkeit von Schaltern und des Sicherheitssystems) mit naturbasierten Lösungen (z. B. Vegetationsbepflanzung zum Schutz der Gleise vor direkter Sonneneinstrahlung) kombinieren.  

Starke Regenereignisse, Stürme und Winde können die Bodenstabilität beeinträchtigen, Erdrutsche, Felsstürze oder Lawinen auslösen und hauptsächlich Berggebiete betreffen. Es müssen bauliche Schutzmaßnahmen wie Deiche und Böschungen umgesetzt werden. Diese Maßnahmen können mehrere Vorteile haben, da sie auch Siedlungen oder andere Infrastrukturen wie Straßen oder Energieversorgungsnetze schützen können. Um die Windresilienz von Fahrleitungsmasten zu verbessern, kann die Anpassung umfassen, Bereiche in der Nähe von Gleisen und Fahrleitungen frei von gefährlichen Gegenständen zu halten. Naturbasierte Lösungen können Vegetationspflanzungen umfassen, um die Bodenerosion zu reduzieren und die Hänge zu verstärken.

Die Vegetation wird häufig als Pufferzone für Lärm und Umweltverschmutzung entlang der Gleise und auch zum Schutz der Gleise vor direkter Sonneneinstrahlung genutzt. Grüne Schienenkorridore können neben Gleisen geschaffen werden, um die Bewegung wildlebender Arten zu fördern. Um Betriebsausfälle zu vermeiden, die durch über die Gleise gefallene Bäume oder durch Waldbrände verursacht werden, sollte die Vegetationspflanzung und -pflege sorgfältig geplant werden. Dabei müssen die lokalen Klimabedingungen und die Projektionen zum Klimawandel berücksichtigt werden. Zum Beispiel kann die Verwendung von Pflanzen mit relativ hohem Feuchtigkeitsgehalt und geringem Gehalt an flüchtigen Ölen dazu beitragen, Waldbrände zu verhindern. Die Auswahl von Baumarten, die höherem Wind standhalten, sollte in sturmgefährdeten Gebieten in Betracht gezogen werden (Blackwood et al., 2022).

Die Umsetzung baulicher Maßnahmen für das gesamte Eisenbahnsystem ist sowohl aus wirtschaftlichen Gründen als auch aus Gründen des Natur- und Landschaftsschutzes oft nicht durchführbar. Daher besteht ein großer Bedarf an zusätzlichen (nicht-strukturellen) Maßnahmen zur Risikominderung, wie die Bereitstellung von Frühwarnsystemen, Verkehrsumlenkung, alternative Fahrpläne, intelligente Ersetzung von Diensten (z. B. Busverkehr), verbesserte Interkonnektivität zwischen verschiedenen Verkehrsträgern (Multimodalität).  Darüber hinaus ist die Bereitstellung von Echtzeitinformationen für Passagiere von grundlegender Bedeutung. 

Die Anpassung der Eisenbahninfrastruktur ist auch Teil der Lösungen zur Gewährleistung der Kontinuität der Lieferketten für den Geschäfts- und Industriesektor. Häufige Risiken, die die Kontinuität der Lieferkette im Zusammenhang mit dem Transport bedrohen, sind Verzögerungen oder Unterbrechungen wesentlicher Transportdienste, die durch extreme Wetterereignisse, Schienenknicken und Unfälle verursacht werden. Die Unterbrechung der Lieferkette könnte schließlich zu höheren Kosten führen. Dies kann sich auf den Käufer, Lieferanten oder die gesamte Lieferkette auswirken. Die Gewährleistung der Widerstandsfähigkeit der Eisenbahnen ist auch von entscheidender Bedeutung, um die Konnektivität von Reisezielen in Tourismusregionen sicherzustellen und somit auch zur wirtschaftlichen Entwicklung dieses Sektors beizutragen. 

Normalerweise verwalten Eisenbahnunternehmen, die auf nationaler Ebene tätig sind, die Umsetzung von Maßnahmen zur Erhöhung der Widerstandsfähigkeit des Eisenbahnverkehrs.  Diese Akteure werden von öffentlichen Verwaltungen unterstützt, die auf regionaler, nationaler oder sogar europäischer Ebene tätig sind (z. B. GD MOVE der Kommission). Diese bieten legislative, administrative und finanzielle Unterstützung für Anpassungsmaßnahmen. Unternehmen, die auf die Planung und den Bau von Transporten spezialisiert sind, führen die technische Umsetzung von Maßnahmen durch. . Alle diese Stakeholder werden von Forschungseinrichtungen und Beratungsunternehmen unterstützt, die Schwachstellenbeurteilung, Priorisierung von Maßnahmen, Machbarkeitsstudien und Kosten-Nutzen-Analysen anbieten. Akteure, die Wettervorhersage- und Frühwarnsysteme bereitstellen (z. B. UBIMET in Österreich), sind ebenfalls wichtige Akteure, die einbezogen werden müssen. Einige Studien haben gezeigt, dass Eisenbahnbetreiber und Interessenträger nur ein geringes Bewusstsein für Fragen des Klimawandels haben, was die Anpassung behindern kann.

Aufgrund der langen Lebensdauer der Eisenbahninfrastruktur muss die Durchführung von Anpassungsmaßnahmen Teil des gesamten Eisenbahnentwicklungsprozesses und/oder der Modernisierung sein. Ganz allgemein sollte sie in langfristige Verkehrsstrategien einbezogen werden, wobei davon auszugehen ist, dass die Eisenbahn eine wichtige Rolle spielen wird. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die erforderlichen Finanzmittel zur Verfügung stehen. Neben dem Mangel an Finanzmitteln hängen andere Faktoren, die die Entwicklung und Anpassung der Eisenbahn behindern können, mit möglichen Konflikten mit Umweltschutzzielen zusammen, die hauptsächlich mit der Fragmentierung der Landschaft zusammenhängen, und mit möglichen Konflikten mit lokalen Gemeinschaften, die über eine erhöhte Lärmbelastung und Landnahme besorgt sind.

Die vorteilhaftesten Anpassungsmaßnahmen sind diejenigen, die Synergien mit anderen Maßnahmen bieten, die zu zusätzlichen Vorteilen führen, z. B. Beitrag zum Klimaschutz, Förderung der nachhaltigen Entwicklung und Verbesserung des Schutzes der biologischen Vielfalt. In dieser Perspektive könnten naturbasierte Lösungen genutzt werden, um das Schienensystem auf vielfältige Weise anzupassen. Einige Bäume widerstehen höheren Windgeschwindigkeiten als andere, kleine mäandernde Wasserläufe könnten hohe Wasserstände besser puffern als künstliche Entwässerungssysteme, und die Auswahl geeigneter Vegetation in der Nähe des Eisenbahnkorridors könnte das Risiko von Bränden verringern.

Maßnahmen, die zu nachteiligen Umweltauswirkungen führen, sollten nicht in Betracht gezogen werden, es sei denn, dies ist durch Sicherheitsvorschriften vorgeschrieben. So sollte beispielsweise der verstärkte Einsatz von Klimaanlagen zur Kühlung von Innenräumen so weit wie möglich begrenzt werden, um die Produktion auf Treibhausgasemissionen zu beschränken. Maßnahmen zur Verringerung der Anfälligkeit für fallende Bäume durch die Einrichtung breiterer Eisenbahnkorridore können für einige andere Ziele kontraproduktiv sein. Ein breiterer Korridor kann zu größeren Temperaturunterschieden in der Gleiszone führen. Dies kann künftige Ziele zur Verringerung der Anfälligkeit für Brände oder Schienenknicken in Frage stellen, sofern diese Probleme nicht behoben werden.

Der Hauptvorteil von Anpassungsmaßnahmen besteht darin, dass die Eisenbahninfrastruktur und der Eisenbahnbetrieb gegen den Klimawandel widerstandsfähig sind und die Konnektivität des Verkehrsnetzes sichergestellt wird, was sich auf den wirtschaftlichen Wohlstand und das Wohlergehen auswirkt. Darüber hinaus sind die zusätzlichen Vorteile von Anpassungsmaßnahmen Beiträge zur nachhaltigen Entwicklung und zur Eindämmung des Klimawandels (Verkehrsträgerverlagerung auf die Schiene führt zu einer Verringerung der Treibhausgasemissionen). Auch sind neben Umweltsynergien und positiven Nebeneffekten von Anpassungsmaßnahmen wünschenswert. So können bauliche Schutzmaßnahmen neben dem Schutz der Eisenbahngleise auch Siedlungen oder andere Infrastrukturen wie Straßen oder Energieversorgung schützen. Wirtschaftlich gesehen sind Eisenbahnen wichtige Verkehrsinfrastrukturen, nicht nur für die Mobilität von EU-Bürgern und Touristen, sondern auch für den nachhaltigen Transport von Gütern innerhalb und zwischen Ländern. Die CO2-Emissionen aus dem Schienenverkehr sind nur ein Bruchteil der Emissionen aus anderen Güterverkehrsoptionen (EUA, 2021). Anpassungsmaßnahmen zur Erhaltung der mittel- und langfristigen Funktionsfähigkeit des europäischen Eisenbahnnetzes sind daher auch für die Vitalität und Nachhaltigkeit des europäischen Güterverkehrssektors und für die Industrien, die ihre Güter mit der Eisenbahn versenden, von entscheidender Bedeutung.

Die Kosten variieren konsistent je nach ausgewählten Maßnahmen, deren spezifischer Ausgestaltung, dem Umfang der Anwendung, den spezifischen Bedingungen des Ortes, an dem die Maßnahmen umgesetzt werden, den angegangenen Klimaherausforderungen und vielen anderen Faktoren. Zu den wirtschaftlichen Kosten gehören die Kosten für direkte Auswirkungen auf Infrastrukturanlagen, die Kosten für Transportverzögerungen und -ausfälle aufgrund extremer Witterungsverhältnisse sowie die Kosten für Anpassungsmaßnahmen. Mehrere Studien quantifizieren die wirtschaftlichen Kosten des Klimawandels auf der Schiene. Der Vergleich dieser Ergebnisse wurde als ziemlich herausfordernd empfunden. Dies ist auf die Verwendung verschiedener Klimamodelle, Klimaszenarien, zukünftiger Zeiträume, Bewertungsmethoden, geografischer Reichweite usw. zurückzuführen.

Darüber hinaus werden die umfassenderen sozioökonomischen Kosten von Verkehrsstörungen nur selten quantifiziert. Sie kann eine geringere Kapazität für den Transport lebenswichtiger Güter und eine geringere touristische Attraktivität von Reisezielen umfassen (Palin et al., 2021). Angesichts der Zunahme klimabedingter Ereignisse und Risiken ist davon auszugehen, dass die Kosten für die Aufrechterhaltung eines sicheren und funktionsfähigen Netzes, den Wiederaufbau beschädigter oder zerstörter Infrastruktur und eine verstärkte Unternehmensführung steigen werden (EU-Eisenbahnagentur, 2024).

Die Kosten werden in erster Linie von der Eisenbahngesellschaft getragen; Die Kofinanzierung kann aus dem öffentlichen Haushalt, aus europäischen Finanzierungsinstrumenten und aus anderen Quellen erfolgen. Öffentlich-private Partnerschaften können eine Rolle bei der Finanzierung von Anpassungsmaßnahmen für Eisenbahninfrastruktur und -dienste spielen. So hat die österreichische Eisenbahngesellschaft ÖBB eine Risikominderungsstrategie auf der Grundlage eines fortschrittlichen Wettermonitorings und eines Frühwarnsystems (infra:wetter) verabschiedet, das gemeinsam von den ÖBB und dem privaten Wetterdienst UBIMET GmbH betrieben wird (siehe Fallstudie "Schaffung der Widerstandsfähigkeit des Schienenverkehrs gegenüber alpinen Gefahren").

Der internationale Eisenbahnverkehr unterliegt mehreren zwischenstaatlichen Übereinkommen und innerhalb der Europäischen Union mehreren EU-Verordnungen und -Richtlinien.

Auf EU-Ebene wurde in einem wichtigen politischen Dokument, dem Weißbuch von 2011 (Fahrplan zu einem einheitlichen europäischen Verkehrsraum), ein ehrgeiziger Ansatz zur Überwindung der festgestellten Mängel der Mobilität in der EU vorgeschlagen. Unter verschiedenen Maßnahmen wurde auch anerkannt, dass die Herausforderungen des Klimawandels angegangen werden müssen, indem die Klimaresilienz für die gesamte Infrastruktur gestärkt wird.

Seit 2020 regelt die Strategie für nachhaltige und intelligente Mobilität zusammen mit einem Aktionsplan mit 82 Maßnahmen die Zukunft des Verkehrs in der EU im Einklang mit den Zielen des europäischen Grünen Deals und den Zielen der Digitalstrategie der EU. Widerstandsfähige Mobilität ist ein zentrales Ziel der EU-Strategie für nachhaltige und intelligente Mobilität. Zur Gewährleistung der Verkehrskontinuität umfassen die Maßnahmen die Aufstellung von Krisenplan(en) für den Verkehrssektor, den Ausbau (Klimaschutz) der physischen und digitalen Verkehrsinfrastruktur, die Interoperabilität zwischen verschiedenen Verkehrsträgern und den Ausbau des TEN-V-Netzes. Ein zentrales politisches Ziel der EU ist die Stärkung der Multimodalität, die Gewährleistung einer besseren Integration der Verkehrsträger und die Schaffung der Interoperabilität auf allen Ebenen des Verkehrssystems (EU-Eisenbahnagentur, 2024). Die TEN-V-Verordnung schreibt vor, dass Projekte von „gemeinsamem Interesse“ Klimaresilienz nachweisen müssen. Insbesondere müssen Infrastrukturbetreiber die Anfälligkeit für den Klimawandel (Überschwemmungen, Hitzewellen) bewerten und Anpassungsmaßnahmen zum Schutz öffentlicher Investitionen umsetzen.

Der typische Zeitaufwand für die Umsetzung der technischen Maßnahmen beträgt mehrere Jahre (ca. 2-5 Jahre). Die Umsetzung operativer Maßnahmen muss jedoch schnell erfolgen und zeitnah auf die durch Extremereignisse verursachten Störungen reagieren. Die Bereitstellung von Wettervorhersagen und Frühwarnsystemen ist kontinuierlich.

Die Lebensdauer der technischen Maßnahmen sollte der Lebensdauer der Eisenbahninfrastruktur selbst entsprechen, die mehrere Jahrzehnte beträgt.