Wie wirken sich autonome Fahrzeuge auf die Umwelt aus?

Die Welt bewegt sich in zügigem Tempo auf die Einführung autonomer Fahrzeuge zu - aber inwiefern wird sich diese Entwicklung auf die Umwelt auswirken? In diesem Blogpost werfen wir einen Blick auf die wichtigsten wirtschaftlichen, sozialen und verhaltensbezogenen Faktoren der autonomen Revolution und ihr Einfluss auf die Vision einer grünen Zukunft.
Wie wirken sich autonome Fahrzeuge auf die Umwelt aus?

Stellen Sie sich eine Welt vor, in der Sie durch Ihre sozialen Medien scrollen oder am Morgenkaffee nippen können, während Ihr Auto ganz ohne Ihr Zutun in Richtung Ziel rollt. Oder vielleicht sind Sie ein LiDAR-Enthusiast wie ich und „fahren“ zur Arbeit, während Sie einen der Blickfeld-Blogposts über LiDAR und die vielfältigen Anwendungen der Technologie lesen. Für den Moment mag dieses Szenario nur in Simulationen möglich sein, aber die Aussicht auf selbstfahrende Fahrzeuge der Stufe 5 verspricht, dies in nicht allzu ferner Zukunft Wirklichkeit werden zu lassen.

Autonome Fahrzeuge beflügeln seit Jahren jedermanns Fantasie. Während Assistenzsysteme wie Spurhalter oder Einparkhilfen in modernen Autos bereits zur Normalität geworden sind, ist die Aussicht auf volle Autonomie nach wie vor aufregend.

Dieser Enthusiasmus für das autonome Fahren wird in einer kürzlich durchgeführten globalen Studie von McKinsey und dem World Economic Forum widergespiegelt, die einen deutlichen Anstieg des Verbraucherinteresses an autonomen Fahrzeugen feststellte. Alleine in Nordamerika stieg die Bereitschaft, sich von autonomen Fahrzeugen Waren und Pakete liefern zu lassen in der Pandemie von 18% auf 28%, ebenso wie die Bereitschaft, selbstfahrende Autos für den Personentransport zu nutzen.

Autonome Fahrzeuge und Umwelt

Obwohl diese Ergebnisse auf eine spannende Zukunft hindeuten, gibt es weitere Aspekte, die Beachtung verdienen.

Verkehr und Umwelt

Der Diskurs zum autonomen Fahren dreht sich häufig um die Themen Sicherheit und den Komfort, den die Perspektive Autonomie bietet. In Hinblick auf die Tatsache, dass autonome Fahrzeuge in naher Zukunft Teil des Verkehrs werden, darf ein weiterer Aspekt nicht länger außen vor gelassen werden, und das ist das Thema Umwelt: Wie nachhaltig sind autonome Fahrzeuge und wie wirken sie sich auf die Umwelt aus?

Zahlreiche Studien legen nahe, dass autonome Fahrzeuge zur Reduzierung von Kohlenstoffausstoß beitragen, doch immer wieder werden auch Stimmen laut, die vielmehr das Gegenteil aussagen: Werden einige Schlüsselfaktoren nicht beachtet, könnten selbstfahrende Autos der Umwelt sogar eher weiter schaden.

Der gesamte Verkehrssektor ist in hohem Maße von fossilen Brennstoffen abhängig und macht laut einer Studie von Morgan Stanley bis zu 45 % des weltweiten Ölbedarfs aus. Die US-Umweltschutzbehörde wiederum gibt an, dass 90 % der in den USA für den Verkehr verwendeten Kraftstoffe erdölbasiert sind. Folglich erzeugt der Verkehrssektor in den USA den größten Anteil der Treibhausgasemissionen, nämlich 29 % der Gesamtemissionen, und auch in Europa ist er für ein Viertel der Treibhausgasemissionen (THG) verantwortlich. Hinzu kommt die Erzeugung von anderen Ursachen für Luftverschmutzung wie Feinstaub und Stickstoffdioxid.

 autonome Fahrzeuge  und Umwelt

Die Europäische Umweltagentur berichtet Ähnliches: Die Emissionen neu zugelassener Kraftwägen stiegen zwischen 2017 und 2019 auf 122,3g CO2 pro Kilometer an. Dies liegt zwar unter dem Emissionsziel von 2015-2019, was 130g CO2 pro Kilometer betrug, übersteigt aber deutlich den Zielwert von 95g CO2 pro Kilometer, der für 2020-2024 gesetzt wurde.

Angesichts dieser Trends ist es unerlässlich, die Diskussion über die Sicherheit und die technologischen Aspekte von autonomen Fahrzeugen zu erweitern und auch die Auswirkungen des Verkehrs und des zunehmenden Anteils von selbstfahrenden Autos am Verkehrsmix auf die Umwelt zu berücksichtigen. Im Folgenden werden die technologischen, wirtschaftlichen und verhaltensbezogenen Aspekte untersucht, die den Zusammenhang zwischen autonomen Fahrzeugen und der Umwelt beeinflussen.

Faktoren, die selbstfahrende Autos und die Umwelt beeinflussen

Autonome Fahrzeuge und die Antriebsquelle

Autonome Fahrzeuge können einen großen Umweltvorteil in Bezug auf Kraftstoffverbrauch haben, besagt eine Studie des Southwest Research Institute. Darin wird aufgezeigt, dass autonome Fahrzeuge allgemein zu einer 20-prozentigen Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs führen können. Dies kann zudem noch durch die Wahl der Energiequelle für die Produktion der Fahrzeuge verstärkt werden.

Die Umstellung auf Strom als Hauptantriebsquelle für autonome Fahrzeuge ist der Schlüssel für eine Netto-Reduzierung der Treibhausgas-Emissionen, was zu dem einzigartigen Modell der autonomen Elektro-Fahrzeuge führt.

Eine Studie von ICCT (The International Council on Clean Transportation) kam zu dem Schluss, dass die Verwendung von Strom als Antriebsquelle die Treibhausgas-Emissionen zwischen 28 % und 72 % reduzieren könnte.

Um dies zu erreichen, wird eine schnellere Akzeptanz von Elektrofahrzeugen (nur 2,5 % der Gesamtverkäufe weltweit im Jahr 2019) und Verbesserungen bei der Batterietechnologie, der Ladeinfrastruktur und der Kostenwettbewerbsfähigkeit sowie eine unterstützende Regierungspolitik benötigt.

Neben der Umstellung auf Strom als Antriebsquelle muss auch die Umstellung der primären Stromquelle im Ladenetz auf erneuerbare oder kohlenstoffneutrale Quellen Priorität haben. Das Laden von E-Fahrzeugen in einem Netz, das mit fossilen Brennstoffen betrieben wird, beeinträchtigt die von E-Fahrzeugen und zukünftigen autonomen E-Fahrzeugen versprochene Verringerung des CO2-Fußabdrucks erheblich.

Herausforderungen für autonome E-Fahrzeuge

Die größte Sorge, die immer wieder in Bezug auf autonome Fahrzeuge geäußert wird, betrifft den großen Rechenaufwand für die Verarbeitung von Sensordaten und die damit verbundene Energieversorgung. Experten haben in der Vergangenheit Zweifel darüber geäußert, dass dieser Energiebedarf die Kapazitäten der modernen Elektrofahrzeugtechnologien übersteigt.

Eine mögliche Lösung für dieses Problem ist die Verwendung von größeren Batterien, diese bringen jedoch auch höheres Gewicht ins Auto und wirken sich damit wiederum negativ auf den Verbrauch aus. Eine weitere Möglichkeit, die aber eher einem Rückschritt gleicht, wäre der Betrieb von autonomen Fahrzeugen mit einem hybriden Antrieb.

Andere Studien, wie beispielsweise die der Carnegie Mellon University, legen hingegen das Gegenteil nahe, indem sie aussagen, dass Strom alleine ausreicht, um autonome Fahrzeuge anzutreiben – und das ohne Verlust in der Reichweite. Dies kann durch energieeffiziente Rechen- und aerodynamische Sensor-Stacks erreicht werden.

Autonome Fahrzeuge und Stau

Laut einer Studie der Europäischen Kommission stehen Autofahrer in einigen Ländern bis zu 45 Stunden pro Jahr im Stau. Das ist ein enormer Einschnitt in die Freizeit von Pendlern sowie ein großer Treiber von Fahrzeugemissionen und Verbrauchskosten.

In einer Zukunft, in der Autos vollständig autonom fahren, könnten Staus deutlich reduziert werden oder gar ganz der Vergangenheit angehören.

Wenn zum Beispiel Ride-Hailing-Dienste auf autonome Fahrzeuge setzen würden, könnte dies die Branche stark beeinflussen und die Verkehrsdichte um ein Vielfaches reduzieren. Laut einem Bericht von McKinsey könnte die Kombination von Ride-Hailing und Carsharing „vier von fünf Autos von der Straße holen“. Und eine Studie der Universität von Kalifornien schätzt, dass allein ein Fahrzeug eines Sharing-Anbieters 9 – 13 Privat-Fahrzeuge ersetzen könnte.

Autonome Fahrzeuge und Stau

Das Konzept findet bereits großen Anklang: Es winkt großes Umsatzpotential. Zum Beispiel startete das von Alphabet unterstützte autonome Technologie-Startup Waymo im vergangenen Oktober einen vollständig fahrerlosen kommerziellen Taxidienst namens Waymo One im Großraum Phoenix. Vor dem Start hatte das Unternehmen seine Technologie bereits in 6 US-Bundesstaaten und 25 Städten getestet. Auf ähnliche Weise hatte das Ride-Hailing-Unternehmen Uber mehr als 1 Milliarde US-Dollar in die Entwicklung fahrerloser Taxis für seine Advanced Technologies Group (ATG) investiert und sogar Testfahrten in San Francisco und Pittsburgh durchgeführt. ATG wurde inzwischen an ein weiteres Start-up aus der selbstfahrenden Industrie, Aurora, verkauft, wobei das Unternehmen selbst mit 10 Milliarden Dollar bewertet wird.

Die Einführung von autonomen Fahrzeugen in Ride-Hailing Services würde auch bedeuten, dass die Autos dauerhaft auf den Straßen bleiben können. Durch Fahrgemeinschaften zu allen Tageszeiten können Leerlauf- und Standzeiten minimiert werden, die bei privaten PKW fast 90% der Lebensdauer ausmachen, während gleichzeitig die Gesamtgröße der Fahrzeugflotte reduziert wird.

Selbstfahrende Fahrzeuge bieten zudem die Möglichkeit, effizienter und geräumiger designt zu werden, da der Fahrer wegfällt. Damit können mehr Personen als in einem herkömmlichen Fahrzeug untergebracht werden, was sich ebenfalls auf die Anzahl der Autos auf der Straße auswirkt.

Aber was hat Stau mit CO2-Emissionen zu tun?

Die Reduzierung von Staus wirkt sich direkt auf den Kraftstoffverbrauch und die Kohlendioxidemissionen aus, da beide Faktoren stark von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs beeinflusst werden. Tendenziell sind sie bei niedrigen Geschwindigkeiten, wie z. B. in einem Stau, hoch, flachen bei durchschnittlichen Geschwindigkeiten ab und steigen dann wieder an, wenn sich Fahrzeuge mit höheren Geschwindigkeiten bewegen. Autonome Fahrzeuge können Verkehrsstaus reduzieren, Fahrzeuge mit konstanter Geschwindigkeit fahren lassen und so das Stop-and-Go-Fahrverhalten eliminieren.

Das automatisierte Beschleunigen und Bremsen von autonomen Fahrzeugen, auch bekannt als Eco-Driving, kann den Kraftstoffverbrauch bei aggressiven Fahrern um 20 % und bei durchschnittlichen Fahrern um 15 % senken, wie eine Studie der University of Maryland feststellte – und somit die Emissionen reduzieren.

 Eco-Driving, kann den Kraftstoffverbrauch eduzieren

Zudem sind dank der verbesserten Sicherheitsfunktionen von autonomen Fahrzeugen Unfälle weniger wahrscheinlich, was leichtere und kleinere Autos ermöglicht und wiederum den Kraftstoffverbrauch um 5-23 % senkt.

Autonome Fahrzeuge und die Gesamtzahl der gefahrenen Kilometer

Der zusätzliche Komfort, den autonome Fahrzeuge versprechen, könnte sich als zweischneidiges Schwert erweisen, wenn man die Gesamtzahl der gefahrenen Kilometer (Vehicle Miles Traveled, VMT) betrachtet.

Da die Fahrt von A nach B durch die Automatisierung des Fahrens und die geringeren Kosten einfacher wird, könnten Nutzer auf der einen Seite dazu angeregt werden, häufiger längere Strecken zurückzulegen, oder beispielsweise einen Arbeitsplatz mit längerem Anfahrtsweg zu wählen. Autonome Fahrzeuge versprechen zudem eine bessere Verkehrsanbindung für Bevölkerungsgruppen, die nicht selbst fahren können, wie z. B. ältere Menschen, Menschen mit Behinderungen und Kinder, was potenziell zu einem Anstieg der Gesamtzahl gefahrener Kilometer führen könnte.

Autonome Fahrzeuge und die Gesamtzahl der gefahrenen Kilometer

Auf Autonomiestufe 5 kann auch das Phänomen der Geister-Fahrzeuge die Gesamtkilometerzahl erhöhen, da leere Autos herumfahren, um Fahrgäste abzuholen oder von Logistikunternehmen für Warenlieferungen eingesetzt werden.

Auf der anderen Seite können On-Demand-Mobilität und Carsharing in Kombination mit autonomer Technologie Treibhausgase durch die Kombination von Fahrten mit gleichem Zielort deutlich reduzieren und gleichzeitig den VMT senken.

Zudem besteht bei vollständig autonomen Fahrzeugen die Möglichkeit, dass sie untereinander sowie mit der Infrastruktur interagieren, um die Routenberechnung zu optimieren und die Straße intelligenter zu nutzen. Auch damit können Kraftstoffverbrauch und VMT gesenkt werden.

Zum Beispiel könnte Platooning die Effizienz der Straßenbelegung verbessern, bei der ein Verband von Fahrzeugen interagiert und eng zusammenfährt, um den Energieverbrauch um 3 % bis 25 % zu reduzieren, abhängig von der Anzahl der Fahrzeuge, ihrem Abstand und ihren Eigenschaften.

Immer effizienter zu fahren, würde es den Menschen ermöglichen, schneller und nachhaltiger an ihr Ziel zu kommen. Auch wenn sie sich nicht direkt auf den VMT auswirken, kann die Eigenschaft von autonomen Fahrzeugen, intelligent mit der Umgebung zu interagieren, in dieser Hinsicht helfen. Wie die Ingenieure des Southwest Research Institute erklären: 

„Autonome Fahrzeuge können sich mit der Infrastruktur wie Ampeln verbinden, um bis zu einem halben Kilometer voraus zu „sehen“ und Fahrer zu informieren, die somit effizienter fahren können. Wenn z. B. ein paar Blocks vor uns eine Ampel rot ist, sagt die App dem Fahrer, dass er schneller oder langsamer fahren soll, um ein Anhalten zu vermeiden. Für schwere Lkw ist der Vollstopp an einer roten Ampel und das erneute Anlassen des Motors, wenn die Ampel auf Grün schaltet, eine erhebliche Quelle für den Kraftstoffverbrauch.“

Während die Technologie ausschlaggebend dafür ist, ob der Gesamt-VMT ansteigt oder abnimmt, spielt auch die Politik eine wichtige Rolle. Preismechanismen, die Carsharing fördern und gleichzeitig Geister-Fahrzeuge reduzieren, könnten den Risikofaktor eines Anstiegs der Netto-VMT ausgleichen. Im Wesentlichen würde eine Kombination aus sozialen, verhaltensbezogenen und wirtschaftlichen Faktoren letztendlich den Effekt auf den Gesamt-VMT diktieren.

Autonome Fahrzeuge und die Preisfrage

Einige Experten behaupten, dass bei autonomen Fahrzeugen die Kosten pro Meile deutlich höher seien als bei herkömmlichen Autos. Die Kostenschätzungen variieren von 1,58 bis 6,01 US-Dollar pro Meile bis hin zu 0,55 bis 0,70 US-Dollar pro Meile. In letzter Zeit gab es sehr vielversprechende Prognosen, wie z. B. die des Marktführers Waymo, der die Betriebskosten eines autonomen Fahrzeugs mit nur 30 Cent pro Meile beziffert. Im Vergleich dazu kosten herkömmliche Ride-Hailing-Dienste etwa 2 bis 3 $ pro Meile, was bedeutet, dass autonome Fahrzeuge im Durchschnitt erhebliche Einsparungen bieten.

Da komplementäre Technologien, wie z. B. LiDAR-Sensoren, mit der Zeit immer billiger und einfacher zu produzieren sind, werden auch die Herstellungskosten sinken, was die Technologie wirtschaftlich realisierbar macht und dazu beiträgt, die Kosten pro Meile noch weiter zu senken.

Die Erschwinglichkeit von autonomen Fahrzeugen wird der entscheidende Faktor für die Akzeptanz, die Häufigkeit, die Entfernung (lange Pendelstrecken versus kurze Fahrten) und die Art der Nutzung (allein oder in Fahrgemeinschaften), und damit auch ausschlaggebend für die Auswirkung auf die Umwelt sein.

Was ist die Prognose für autonome Fahrzeuge?

Während der Effekt von autonomen Fahrzeugen bei der Reduzierung von Staus und damit von Emissionen durch effizientes Design, umweltfreundliches Fahren, Platooning und Fahrgemeinschaften klar ist, stehen andere Faktoren wie VMT, Energiequelle und Gesamtkosten noch zur Debatte.

Wir stehen an einem Scheideweg und müssen uns für eine sorgfältig bemessene Mischung aus Technologie, Infrastrukturanpassung, Transportmodellen, politischer Entwicklung und Wahrnehmung der Technologie einsetzen, um eine Zukunft zu gewährleisten, die sowohl autonomiefreundlich als auch nachhaltig ist.

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