Kein Stau und gute Luft: Mobilität mit Zukunft

Weniger Autos in den Großstädten, aber die Menschen nicht in ihrer Mobilität einschränken – wie schafft man das? In Berlin legen die 1,2 Millionen privat genutzten Pkw jeden Tag 22 Millionen Kilometer zurück. Regelmäßige Staus bis hin zum Verkehrskollaps sind die Folge. Die Wissenschaftler*innen am Institut für Verkehrsforschung des DLR haben speziell für Berlin ein Computermodell namens TAPAS entwickelt, das das Verkehrsverhalten der Bevölkerung unter verschiedensten Bedingungen simuliert. Aus den Daten realer Personen wurde dafür eine virtuelle Bevölkerung Berlins von 3,6 Millionen Avataren modelliert. Mit Algorithmen errechneten die Verkehrsforschenden für jeden virtuellen Einwohner spezifische Verhaltens- und Mobilitätsmodelle. Das Mobilitätsverhalten der virtuellen Bürger lässt sich durch Veränderung verschiedener Faktoren beeinflussen.

Laut einer Studie des DLR wählen rund 24 Prozent aller Verkehrsteilnehmer das eigene Auto als Verkehrsmittel, 7 Prozent sind Mitfahrende, 24 Prozent nutzen Busse und Bahnen, 30 Prozent gehen zu Fuß und 15 Prozent nutzen das Fahrrad. Um die überfüllten Straßen Berlins zu entlasten und die öffentlichen Verkehrsmittel attraktiver zu machen, wurden im Modell verschiedene Veränderungen durchgespielt. Die Forschenden richteten zum Beispiel ein neues Rufbussystem ein, das im 10-Minuten-Takt fährt, sie erhöhten die Parkgebühren in der City auf das Doppelte und die Spritpreise um 20 Prozent, außerdem führten sie eine Citymaut ein. Parallel dazu wurden günstige E-Lastenräder angeboten und das Radwegenetz wurde ausgebaut. Ergebnis des virtuellen Planspiels: ein Rückgang der Fahrten mit Privat-Pkws um 50 Prozent. Hochgerechnet würden pro Tag in Berlin 11 Millionen Pkw-Kilometer weniger gefahren.

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Rund 47 Millionen Autos sind in Deutschland zugelassen, jedes Jahr kommen circa vier Millionen neu dazu. Doch die meiste Zeit stehen sie ungenutzt herum. Eine Zukunftsvision für effizientere Fahrzeugnutzung nennt sich modulares Fahren: Forschende des DLR haben das Modell eines multifunktionalen Vehikels entwickelt. Der Prototyp – derzeit auf einem Gelände des Stuttgarter Flughafens getestet – besteht aus einer selbstfahrenden Antriebseinheit sowie Modulen und Aufbauten für verschiedene Zwecke, zum Beispiel einer Personenkabine für autonomen Transport im Berufsverkehr. Nach der Personenbeförderung am Tag können nachts mit je einem anderen Modul Transportaufgaben und Versorgungsfahrten durchgeführt werden. Damit die Fahrzeuge unfallfrei durch den Verkehr kommen, müssten sämtliche Straßen mit einer hochkomplexen Sensorik ausgerüstet sein. Zunächst müsste jedoch die Infrastruktur für die Übertragung der gigantischen Datenmengen geschaffen werden. Dann könnten verschiedene Typen von autonomen, modularen Fahrzeugen in Flotten herumfahren, die sich von überall per App rufen lassen. Algorithmisch gesteuert würden unterschiedliche Ziele gebündelt und auf kürzestem Weg angesteuert. Die Fahrzeugdichte in Städten ließe sich damit auf die Hälfte des heutigen Niveaus senken – vorausgesetzt, das Angebot findet die nötige Akzeptanz.

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Der Onlinehandel boomt und hat seit der Pandemie noch zugelegt: Jeden Tag werden rund 12 Millionen Päckchen und Pakete verschickt – die Mehrzahl davon von Onlinehändlern. Paketdienstleister und Lieferfahrzeuge haben in Deutschland inzwischen rund 30 Prozent Anteil am Verkehr in den Städten und tragen damit massiv zu Verkehrschaos und Luftverschmutzung bei. Das größte Problem des Lieferverkehrs ist die sogenannte letzte Meile: das letzte Wegstück beim Transport der Ware zur Haustür des Kunden. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler wollen den Lieferverkehr revolutionieren und haben auch für die Zukunft der letzten Meile einige Ideen. Paketsendungen sollen künftig ohne Stau, elektrisch, mit Ökostrom, und vollautomatisch transportiert und ausgeliefert werden. Im Visier der Forschenden sind beispielsweise Lieferroboter, die Waren autonom zum Kunden transportieren. Autonome, von künstlicher Intelligenz gesteuerte Liefereinheiten, die im Zustellgebiet selbstständig ausschwärmen, sind bereits in Entwicklung und sollen 2025 zum Einsatz kommen. Zuvor sind aber noch entscheidende rechtliche Fragen zu klären.

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Massenhaftes Fliegen in Zeiten des Klimawandels hat schon seit einiger Zeit ein Imageproblem – Corona hat die Entwicklung beschleunigt. Sind E-Flugzeuge die Lösung? Stammt der Strom aus erneuerbarer Energie, wäre das Fliegen damit komplett klimaneutral. Das erste und bislang einzige serienmäßige Elektroflugzeug eines slowenischen Flugzeugbauers ist ein Zweisitzer mit batteriebetriebenen Elektromotoren. Das Problem: Die Batterietechnik ist in puncto Gewicht und Speicherkapazität schon fast am Limit. Der Strom reicht nur für 1,5 Stunden oder 280 Kilometer. Eine kleine norwegische Fluglinie setzt für Kurzstrecken auf die slowenische Entwicklung, denn in Norwegen mit seiner rauen Topografie und nur wenigen Straßen gibt es oft keine andere Möglichkeit, entlegene Orte zu erreichen, als über den Luftweg.

Mehr Reichweite lässt sich mit Wasserstofftechnologie erzeugen. Ein Testflugzeug des DLR (im Bild) fliegt mit Elektromotoren, deren Strom eine Brennstoffzelle liefert. Das ist zwar deutlich energieeffizienter als Batterien, doch im Vergleich zu Kerosin benötigt man für dieselbe Strecke dreimal so viel Wasserstoff, also dreimal größere Tanks. Dazu muss der flüssige Wasserstoff aufwendig gekühlt werden. Um das höhere Gewicht zu kompensieren, benötigt der Flieger viel Auftrieb. Reichweiten zwischen 750 und 1.500 Kilometern wären so möglich – von München nach Mallorca oder Sylt, ohne direkte CO2-Emissionen. Mit dem Wasserstoff-Elektroantrieb eines Flugzeugbauers in England lassen sich bereits klassische Motorflugzeuge umrüsten. Das größte Wasserstoff-Flugzeug der Welt, das derzeit getestet wird, bietet Platz für sechs Passagiere. Im nächsten Schritt soll mehr Raum für Passagiere geschaffen werden und mit mehr Ladegewicht sollen längere Distanzen möglich sein. 2024 will man erste kleine Linienflüge in 19-Sitzern mit einer Reichweite von über 700 Kilometern anbieten. Auch die großen Flugzeugbauer setzen in Konzeptstudien auf Wasserstoff. Ab dem Jahr 2035 sollen bis zu 200 Passagiere bis zu 3700 Kilometer weit fliegen können.

Eine andere Vision ist klimaneutraler Kraftstoff aus erneuerbarer Energie – Power-to-Fuel. In einer Versuchsanlage in Südspanien entsteht Kerosin aus Sonnenkraft. Bei der Verbrennung gelangt später nur so viel Kohlendioxid in die Atmosphäre, wie ihr vorher entnommen wurde. Ein Reaktor saugt Luft an und sammelt das Wasser wie das Kohlendioxid. Die Spiegel bündeln das Sonnenlicht und erhitzen das Innere des Reaktors auf 1500 Grad Celsius. Bei einer thermochemischen Reaktion entstehen aus dem Wasser und dem Kohlendioxid neben Sauerstoff Wasserstoff und Kohlenmonoxid. In einem weiteren Prozess wird das Gas in klimaneutrales Kerosin umgewandelt. Im Vergleich zu fossilem Kerosin reduziert sich die CO2-Emission um mehr als 90 Prozent. Technisch machbar – doch der Prozess ist viermal so teuer wie bei herkömmlichem Kerosin aus Erdöl.

Bildquelle: DLR h2fly