Weniger ist mehr.

  • 14. October 2015
  • Mobilitätskonzepte
  • Fotos: David Magnusson
  • Text: Steffan Heuer
  • Illustration: Realgestalt

Die US-Forscher Jeffery Greenblatt und Samveg Saxena beschreiben, wie autonom fahrende E-Taxis den Durchbruch zu einem sauberen, effizienten und intelligenten Transportwesen herbeiführen

Next: Autonome Fahrzeuge finden ein ebenso großes Medienecho wie Elektromobilität, doch beide Trends werden nur selten im Verbund untersucht. Was hat Sie veranlasst, das kombinierte Potenzial dieser beiden Technologien zu analysieren?

Greenblatt: Die meisten Menschen erkennen nicht, welche Synergien entstehen, wenn man Elektrofahrzeuge und autonom fahrende Fahrzeuge kombiniert. Beides sind sogenannte “Enabling Technologies”, die neue Möglichkeiten schaffen und sich dabei gegenseitig verstärken, um schneller am Markt Fuß zu fassen. Der generelle Trend ist unaufhaltbar. Bei autonomen Fahrzeugen geht es im Kern um einen besseren Service. Auch können sie jede Art von Antrieb verwenden. Elektroautos hingegen sind Teil einer völlig anderen Debatte, die sich vornehmlich um Umweltaspekte dreht. Dennoch lässt sich die breite Masse bislang nur schwer vom Kauf eines Elektroautos überzeugen. Dazu muss es mindestens so preiswert und leistungsfähig sein wie ein herkömmlicher Wagen mit Verbrennungsmotor. Wenn man allerdings beide Technologien gleichzeitig betrachtet, ergibt sich ein enormes Potenzial bezüglich Energiebilanz und Umweltschutz.

Was genau haben Sie in Ihrer Studie herausgefunden?

Saxena: Die Kombination stellt das Transportwesen auf den Kopf. In unseren Modellrechnungen für das Jahr 2030 senken autonome Elektrotaxis im Vergleich zu traditionellen Fahrzeugen die Emissionen pro zurückgelegte Meile um 90 Prozent. Dieser dramatische Effekt hat einerseits mit dem Übergang zur Elektromobilität zu tun, denn Taxis legen in einem Jahr bedeutend mehr Kilometer zurück als ein herkömmliches Auto. Ein Elektrofahrzeug ist zwar in der Anschaffung teurer aber im Betrieb erheblich preiswerter. Zweitens sinken die Emissionen so drastisch, weil wir Fahrzeuggrößen und -bauweisen auf den tatsächlichen Bedarf anpassen können, was wir “Rightsizing” nennen. Ein autonomes Fahrzeug kann viel kleiner sein, weil man keinen Fahrerplatz mehr braucht. Ist man allein unterwegs, benötigt man statt eines riesigen Wagens nur einen Ein- oder Zweisitzer. Das ist ausschlaggebend, da fast 90 Prozent aller Fahrten mit nur einem oder zwei Passagieren zurückgelegt werden. Hinzukommt, dass Elektrizität in den kommenden Jahrzehnten bedeutend umweltschonender erzeugt wird als fossile Brennstoffe wie Benzin oder Diesel. Wenn man alle drei Faktoren zusammennimmt, gehen die Schadstoffe pro Meile um das 16-Fache zurück. Das ist erheblich.

„ Aufladen ist bedeutend einfacher, wenn man es einem Roboter überlässt. “

SAMVEG SAXENA

Nun befinden sich autonome Fahrzeuge noch im Experimentierstadium und Elektrofahrzeuge haben nur eine geringe Akzeptanz am Markt gefunden. Wie gelangen wir zu einer Welt mit Millionen autonom fahrender Elektroautos?

Saxena: Die Absatzzahlen von Elektroautos sind ungefähr gleich, wenn nicht höher als die von Hybriden, und sie werden weiter Marktanteile gewinnen. Einen wesentlichen Anteil daran hat das Carsharing. Das macht heute zwar nur einen kleinen Prozentsatz aller Fahrten aus, doch autonome Fahrzeuge werden die Quote merklich anheben. Ein Sharing-Fahrzeug legt bedeutend mehr Strecke zurück als ein Privatwagen. Ein Auto wird in den USA im Schnitt 12.000 Meilen pro Jahr bewegt, während es ein Taxi auf 40.000 bis 90.000 Meilen bringt. Wenn man fünf Mal so weit fährt, ist ein Fahrzeug mit alternativem Antrieb — egal ob mit Brennstoffzellen oder Batterie — die kostengünstigste Option. Mit einer gut verwalteten Flotte von Elektrofahrzeugen lässt sich auch optimieren, welcher Wagen für welche Route entsandt wird, sodass die Reichweite kein Problem darstellt. Ebenso ist das Aufladen beispielsweise bedeutend einfacher, wenn man es einem Roboter statt eines Fahrers unter Zeitdruck überlässt. Für eine Taxiflotte sind autonom fahrende Elektrofahrzeuge schlichtweg die wirtschaftlichste Lösung.

Dieser positive Effekt bezüglich der Energie- und Umweltbilanz greift nach Ihren Modellrechnungen auch dann, wenn es noch keine marktreifen autonomen Fahrzeuge gibt?

Greenblatt: Genau. Ein Elektrofahrzeug weist schon heute deutliche Vorteile gegenüber einem Benziner oder Diesel auf. Aber die autonome Komponente ist von entscheidender Bedeutung, denn so kann ein Auto viel mehr Strecke zurücklegen. Wer eine autonome Flotte betreibt, wird die Technologie wählen, die seine Kosten senkt, inklusive Elektroantrieb. Da fallen die Beschränkungen hinsichtlich Batterie, Reichweite und Ladezeiten letztlich nicht ins Gewicht. Man kann immer noch genügend Kunden bedienen, auch wenn die Fahrzeuge nicht rund um die Uhr im Einsatz sind. Um auf 70.000 Meilen Jahresleistung zu kommen, reichen 200 Meilen am Tag. Wenn ich im Schnitt mit 20 Meilen pro Stunde fahre, muss der Wagen nur zehn Stunden am Tag im Einsatz sein, also bleiben 14 Stunden zum Laden. Obendrein sind die meisten Touren sehr kurz, sodass ich mit einer Batterieladung gut mobil sein kann. In New York etwa beträgt eine typische Fahrt mit dem Taxi nur 2,5 Meilen und im Rest des Landes liegt der Durchschnitt bei 10 Meilen. Bei einer Batteriereichweite von 60 bis 80 Meilen kommen da jede Menge Fahrten zusammen.

Die meisten Menschen wollen weiterhin ihr eigenes Auto fahren. Wie viele Fahrzeuge werden in Zukunft durch solche autonomen E-Taxis abgelöst?

Saxena: Es lässt sich schwer voraussagen, wie viele autonome Fahrzeuge in Zukunft unterwegs sein werden. Deswegen haben wir mit zwei Szenarien für 2030 gearbeitet. Wenn nur fünf Prozent aller Neuwagen in den USA autonome E-Taxis wären, würde sich das auf 800.000 Fahrzeuge im Jahr addieren. Das ist eine sehr vorsichtige Schätzung. Das zweite Szenario geht von zehn Prozent der gesamten Fahrzeugflotte im Land aus, was etwa 25 Millionen Wagen entspricht, und da stützen wir uns auf gängige Prognosen von Marktforschern. Ein eigenes Auto zu besitzen hatte bisher viele Vorteile, aber die verschwinden langsam, denn autonomes Fahren macht es bedeutend attraktiver, bequemer und preiswerter, sich einen Wagen zu teilen.

Worin genau liegen die Vorteile einer autonomen Flotte mit Elektroantrieb?

Saxena: Das richtige Auto steht immer auf Abruf bereit, wenn ich es brauche. Ich muss mir keine Parkplatzsorgen machen. Der Wagen ist immer neu, sauber, vollgetankt und einsatzbereit. Und ich muss nicht einmal selber fahren, sondern kann unterwegs andere Dinge erledigen. Wenn wir von einem Taxi sprechen, kann ich bei der Kostenseite zudem das Gehalt des Fahrers sparen. Das rechnet sich selbst dann noch, wenn man die heutigen Anschaffungskosten von bis zu 150.000 Dollar für ein autonomes Fahrzeug zugrunde legt, weil die Betriebskosten so viel niedriger sind. Und dann gibt es noch einen wichtigen Aspekt: Nach Expertenschätzungen beanspruchen Parkplätze bis zu einem Drittel der Fläche einer Stadt. Weniger Parkraum schafft Freiräume für die Stadtplanung, um Bürgersteige zu verbreitern, Cafés anzulegen oder Gärten und Bäume zu pflanzen.

Greenblatt: Wir müssen umdenken, was unsere Vorstellung von Mobilität angeht. Der Einzelne steht nicht vor der Wahl, sich für den Privatgebrauch ein herkömmliches oder ein autonomes Fahrzeug anzuschaffen. Wenn ich das Konzept der “Shared Mobility” akzeptiere, dann ergibt ein teures autonomes Fahrzeug plötzlich sehr großen wirtschaftlichen und ökologischen Sinn. Wir beobachten diesen Sinneswandel bereits in urbanen Zentren, deren Bewohner auf eigene Autos verzichten. Und es ist eine Generationenfrage, denn junge Leute sind weniger im Eigentumsgedanken verhaftet.

Welche Folgen haben diese Trends für Automobilhersteller? Greenblatt: Autofirmen sind bereits dabei, sich vom reinen Autoverkäufer zum Transportdienstleister zu wandeln. Die Sharing-Flotten aller Anbieter werden sich wahrscheinlich weiterentwickeln müssen, um Modelle in vielen unterschiedlichen Größen anzubieten, egal ob autonom oder nicht. Schon bald werden wir einen Wagen im Handumdrehen, quasi als blitzschnelle Entscheidung buchen können.

„ Wir müssen umdenken, was unsere Vorstellung von Mobilität angeht. “

SAMVEG SAXENA

Ihre Modellrechnungen beruhen zu einem Großteil auf der Idee des “Rightsizing”. Was bedeutet das für das Automobildesign von Morgen?

Saxena: Ein Auto sollte jeder Fahrt genau angemessen sein. Solange wir von Privatwagen sprechen, stehen dem Siegeszug kleiner Autos erhebliche Hindernisse im Weg. Niemand wird sich einen Einsitzer kaufen — es sei denn, man lebt als Einsiedler. Kleinwagen gewinnen durchaus Marktanteile, aber sobald wir vom autonomen Fahren sprechen, können Autos noch viel kleiner werden, denn ich brauche keinen Fahrersitz mehr. Außerdem ermöglicht vorausschauende Software mehr Effizienz. Wenn mein Auto weiß, wohin die Fahrt geht und in welchem Gelände man fahren wird, kann ich Leistung und Drehmoment entsprechend anpassen. Für eine Stadtfahrt brauche ich keinen besonders leistungsfähigen Motor oder Batterie. Und wenn autonome Fahrzeuge keine Unfälle bauen, können sie leicht gebaut sein und damit noch mehr Energieeinsparungen erzielen.

Greenblatt: Ich muss ganz anders ans Design herangehen, wenn der durchschnittliche Wagen nicht einmal 80 Meilen zurücklegt. Ein Hersteller sollte sich überlegen, bei der Batterieforschung andere Schwerpunkte zu setzen. Fahrzeuge, die viel mehr Strecke fahren, müssen langlebiger sein. Ein Neuwagen muss in Zukunft vielleicht in fünf Jahren eine halbe Million Kilometer aushalten, während Autos heutzutage in 15 Jahren Lebensdauer nicht einmal die Hälfte schaffen. Allein dieser Aspekt wird zu einem Umdenken führen.

Macht es einen Unterschied, ob der Elektroantrieb mit Brennstoffzellen oder Batterien funktioniert?

Greenblatt: Modellrechnungen hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit und Umweltfolgen lassen sich für Brennstoffzellen erheblich schwieriger anstellen, denn es gibt mehrere Möglichkeiten, Wasserstoff zu erzeugen. Auf der Grundlage unserer Datensätze aus den USA schnitten reine Elektrofahrzeuge besser ab. Brennstoffzellen sind als Übergangslösung interessant, aber sobald man mit mehr als 70.000 Meilen Fahrleistung im Jahr rechnet, liegen Batterien klar vorn. Brennstoffzellen haben momentan einen wichtigen Vorteil — das Aufladen geht schnell. Aber wen schert das bei einer Flotte autonomer Sharing-Fahrzeuge?

Sie beschreiben einen Übergangszeitraum von 15 Jahren. Wieso haben Sie sich das Jahr 2030 als Scheidemarke heraus gesucht?

Saxena: 2030 scheint der Konsens zu sein, wenn man sich ansieht, woran Hersteller forschen und was sie bereits vorgestellt haben. Autonome Fahrzeuge stehen kurz davor, bis 2020 marktreif zu sein. Wenn man noch einmal zehn Jahre drauf schlägt, wird autonomes Fahren zum Alltag gehören. Selbst wenn sie teuer sein sollten, rechnen sich solche Autos im Flottenbetrieb. Und sobald Betreiber sie in regelmäßigen Abständen und großem Volumen kaufen, wird der Wandel noch schneller vonstattengehen, denn er sorgt für neue Fahrzeuggenerationen mit ständigen Updates. Wir hüten uns davor zu sagen, dass bis 2030 alle Fahrzeuge autonom sein werden. Doch bis 2050 ist das durchaus möglich, wobei die große Mehrheit im Flottenbetrieb unterwegs sein wird.

Wenn „Shared Mobility“ tatsächlich so preiswert, allgegenwärtig und bequem wird, droht dann das steigende Verkehrsaufkommen nicht die ökologischen Vorteile zu neutralisieren?

Greenblatt: Auch das haben wir unter zwei Aspekten durchgerechnet. Was passiert, wenn die Menschheit sich autonom befördern lässt, aber weiterhin in zu großen, zu schweren Autos? Wenn die Fahrzeuge von Morgen zwei Nummern zu groß wären, so unsere Simulation, würden die Emissionen zwar steigen, aber dank der drastischen Schadstoffsenkung um 90 Prozent pro gefahrene Meile wäre das Ergebnis immer noch deutlich besser als der Status quo. Zweitens haben wir untersucht, was passiert, wenn wir alle plötzlich viel mehr unterwegs sind, weil es so bequem ist und weil weitere Bevölkerungskreise plötzlich mobil werden, die bisher aus unterschiedlichen Gründen nicht ins Auto steigen konnten — etwa weil sie keinen Führerschein haben. Auch da kommen wir zum selben Ergebnis: Selbst wenn wir die Zahl aller zurückgelegten Meilen um das Fünffache steigern, lassen sich dank „Rightsizing“ und Elektroantrieb trotzdem netto der Energieverbrauch und die Emissionen senken.

 

In dieser Diskussion fehlt eine wichtige Komponente des Transportwesens: die Öffentlichen. Welche Rolle werden Busse und Bahnen in Zukunft spielen?

Saxena: Vielleicht sind öffentliche Verkehrsmittel bald nur noch autonome Fahrzeuge, die von traditionellen Verkehrsbetrieben gemanagt werden. Autonome Fahrzeuge können dem ÖPNV helfen oder schaden, aber das ist für unsere Fragestellung irrelevant. Uns geht es darum, die größtmögliche Menge an Passagieren für die kleinstmögliche Menge an Energie zu transportieren. Bisher waren die Öffentlichen eine gute Lösung, aber ehrlich gesagt sind auch Busse und Bahnen ziemlich ineffizient, wenn in ihnen nur wenige Fahrgäste sitzen. Der große Vorteil einer Flotte besteht darin, dass die Motoren nur dann laufen, wenn es Passagiere gibt. Eine Flottenlösung gewinnt, weil sie modular und effizient ist.

Vom Aussterben bedrohtes Modell: Nur wenn in Zukunft autonom fahrende Fahrzeugflotten dem tatsächlichen Bedarf angepasst werden, sinken die Emissionen drastisch.

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