Das „Fliewatüüt“ ist sicherlich das skurrilste Vehikel aus den Stücken der Augsburger Puppenkiste. Erfunden vom Kinderbuch-Autor Boy Lornsen, ist das Fliewatüüt ein echtes All-in-one-Fahrzeug, das fliegen, schwimmen und fahren kann. Es greift damit einen alten Traum technikbegeisterter Menschen auf. Heute scheint der Traum dank der Fortschritte in Antriebs- und Batterietechnik sowie der Möglichkeiten teil-autonomer Funktionen Wirklichkeit werden zu können.

Offiziell zugelassen

Bereits im Januar 2022 hat AirCar, das von Klein Vision entwickelte duale Auto-Flugzeug-Vehikel, von der slowakischen Verkehrsbehörde das offizielle Lufttüchtigkeitszeugnis erhalten. Das Vorserienmodell wird von einem 300-PS-Verbrenner angetrieben und hat auch eine Straßenzulassung. Mit seinem Verstellpropeller erreicht der Prototyp eine Reisegeschwindigkeit von 300 Stundenkilometern und eine Reichweite von 1.000 Kilometern.

Prinzip des Gyrocopters

Der vom niederländischen Unternehmen PAL-V entwickelte Liberty verfügt nicht über starre Flügel, sondern nutzt das Prinzip des Gyrocopters. Zwei Rotax-Verbrennermotoren verleihen PAL-V die nötige Kraft zum Fliegen. Die Reichweite liegt bei 500 Kilometern, die maximale Reisezeit bei drei Stunden. Die Umstellung vom Flug- auf den Fahrmodus benötigt nur wenige Minuten. Während der PAL-V Liberty die europäische Straßenzulassung bereits erhalten hat, befindet er sich aktuell in der letzten Phase der Luftfahrtzulassung.

Fliegendes SUV

Auf der CES 2023 wurde erstmalig der vollfunktionsfähige Prototyp von Aska 5 vorgestellt. Das eVTOL Fahrzeug (electric Vertical Takeoff and Landing) verfügt über vier Sitze und hat die Größe eines SUV. Dank des Hybridantriebs (Lithium-Ionen-Batterien plus benzingetriebener Range-Extender) erreicht Aska 5 eine Reichweite in der Luft von rund 400 Kilometern. Das Unternehmen plant dazu ab 2026 einen On-Demand-Fahrdienst, der mit einer Flotte von Aska-Fahrzeugen in Großstädten angeboten werden soll.

Mit acht Propellern

Ende 2025 soll das „Model A“ vom US-Unternehmen Alef in den Handel gehen. Es hat eine Fahrreichweite von 320 Kilometern und eine Flugreichweite von 180 Kilometern. Das Model A verfügt über ein dezentrales elektrisches Antriebssystem, die acht Propeller liegen nicht frei. Eine Vielzahl von elektronischen Systemen sorgen für Sicherheit, von verschiedenen Stabilisierungssystemen über umfangreiche Diagnosefunktionen in Echtzeit bis hin zur Hinderniserkennung und -vermeidung.

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Mikromobilität ist weltweit ein Trend, mit dem Individualverkehr, hohes Verkehrsaufkommen und Ressourceneffizienz vereint werden sollen. E-Bikes, E-Roller, Hoverboards oder Segways ermöglichen es, kürzere Strecken schnell und ohne große Anstrengung zu bewältigen, zum Beispiel von zu Hause zum nächsten Carsharing-Punkt oder vom Bahnhof zur Arbeitsstelle. Dabei verringern sie den ökologischen Fußabdruck für Mobilität deutlich – zum einen aufgrund ihres geringen Platzbedarfes, zum anderen wegen ihrer Effizienz.

„Moderne Verkehrslösungen zeichnen sich durch Differenzierung und passgenauen Einsatz aus“, betont Markus Emmert, Vorstand des deutschen Bundesverbands eMobilität. „Ein Zweitonnen-Fahrzeug zu bewegen, um zwei 10 Kilo-Taschen im Stadtbezirk vom Supermarkt nach Hause zu fahren, ist ökologischer Unsinn. Wir brauchen Anreize für kluge Verkehrsangebote und zur Verkleinerung der Geräte. Bei Computern oder Telefonen hat der Markt das längst entschieden, im Personenverkehr hindert uns daran die Auto-Fixierung.“

Neue Fahrzeugklasse

Eine Alternative zu großen und teuren Autos soll eine neue Fahrzeugklasse bieten: Die Small oder Sustainable Urban Mobility, kurz SUM. In der Regel handelt es sich dabei um zweisitzige Elektro-Vierradfahrzeuge, die sich durch ultrakompakte Abmessungen, Zugänglichkeit (in Bezug auf Führerscheinklasse und Preis) und Sicherheit auszeichnen. Zu den ersten serienmäßigen Vertretern dieser Klasse zählen zum Beispiel der Renault Twizy, der Mircolino 2.0 oder der Citroen Amis. Das Konzept „erfüllt neue Bedürfnisse einer neuen Generation von Kunden, die Mobilität und individuelle Freiheit suchen, insbesondere die von Teenagern und jungen Erwachsenen“, so Vincent Cobée, Citroën CEO.

Rentabilität steigern

Die Betreiber von Shared-Micromobility-Angeboten haben ihre Aktivitäten inzwischen stark ausgeweitet, dabei allerdings laut dem Technologieforschungsunternehmen ABI Research wenig Wert auf die Entwicklung eines nachhaltigen Geschäftsmodells gelegt.

„Nach Jahren schneller, aber ungeordneter Expansion haben die meisten Akteure aufgrund eines Missverhältnisses zwischen Fahrzeugangebot und -nachfrage hohe Leerlaufraten und eine geringe Rentabilität in verschiedenen Märkten“, erklärt Maite Bezerra, Smart Mobility & Automotive Industry Analyst bei ABI Research.

Daher sei es unerlässlich, Maßnahmen zur Kostensenkung zu ergreifen. Allein das Aufladen von Fahrzeugen macht 50 Prozent der laufenden Kosten aus. Zusammen mit dem Rebalancing (dem Verteilen der Fahrzeuge im Einsatzgebiet) macht dies den größten Anteil der Betriebskosten in der Shared-Micromobility aus. Mit austauschbaren Batterien ließen sich laut ABI Research die Kosten für das Aufladen der Batterien um 30 bis 60 Prozent senken, da die Fahrzeuge dann nicht extra ins Lager zurücktransportiert werden müssen. Gleichzeitig kann die Ladezeit von vier Stunden auf 15 Minuten verkürzt werden.

Wechselakkus reduzieren Kosten

So rüstet Lime, einer der weltweit führenden Anbieter von Mikromobilität, seine E-Scooter und E-Bikes der neuesten Generation mit standardisierten Wechselakkus aus, die in beiden Fahrzeuggattungen eingesetzt werden können. Die neuen Akkus speichern fast eine Kilowattstunde, wodurch die E-Bikes weniger häufig geladen werden müssen.

Das senkt die Zahl der Betriebsfahrten, die beispielweise für einen Akkuwechsel nötig waren. Gleichzeitig können die Nutzer mit den neuen Akkus im Vergleich zum Branchenstandard mehr als doppelt so weit fahren und die Verfügbarkeit der Fahrzeuge wird erhöht.

Reparierbare Batterie

Um die Nachhaltigkeit der in den Mikro-Fahrzeugen vewendeten Batterien weiter zu erhöhen, will das in Bordeaux ansässige Unternehmen Gouach eine Batterie entwickeln, die sich in weniger als zehn Minuten reparieren lässt. Die Vision ist, dass diese Batterie die Menge an Elektroschrott reduziert und den CO2-Fußabdruck von Batterien für die Mikromobilität um 70 Prozent verringert.

Die Idee basiert auf einer Studie, nach der eine Vielzahl der defekten Batterien einen großen Anteil an einwandfrei funktionierenden Komponenten haben. Bei der Batterie von Gouach sollen daher defekte Komponenten einfach und sicher ausgetauscht werden können. Laut einer von Magelan durchgeführten Studie verursachen die Batterien von Gouach 2,6-mal weniger CO2 als eine herkömmliche Batterie und verbrauchen 2,5-mal weniger Wasser, sind aber genauso effizient.

650 Städte verfügen über Shared-Micromobility-Services (Stand Februar 2021).

Quelle: Internationale Energie Agentur IEA

Sicherheitssystem für E-Scooter

Eine weitere Herausforderung stellen die hohen Unfallzahlen in der Mikromobilität dar. Das Unternehmen Dock-Y hat als Antwort darauf ein auf Sensoren und Kameratechnik und über KI gesteuertes System für E-Scooter und Co. entwickelt. Es erkennt Gefahren frühzeitig und hilft den Fahrern, gefährliche Situationen auf öffentlichen Straßen zu vermeiden. Zu den wichtigsten Funktionen gehören autonomes Bremsen, das Erkennen von Fußgängern und Menschenansammlungen, eine Rundum-Näherungssensorik, progressive Fahrerwarnungen sowie ein intelligenter Geschwindigkeitsbegrenzer.

Selbstfahrender Personentransporter

Derartige Intelligenz hat das Konzeptfahrzeug CiKoMa von Honda bereits eingebaut: Der Nutzer kann das selbstfahrende elektrische Mikro-Mobilitätsfahrzeug per Sprache herbeirufen und den genauen Pick-up-Punkt mit Worten und Gesten mitteilen. Gesteuert wird CiKoMa „kooperativ“: Der Kurs kann über einen Joystick beeinflusst werden, die automatische Fahrtechnologie unterstützt dabei.

Noch weiter geht der Citybot von EDAG: Dabei handelt es sich um vernetzte, autonom fahrende Roboterfahrzeuge, an die unterschiedliche Nutzmodule wie Anhänger- und Rucksackmodule gekoppelt werden. Dank dieser Modularität können die Citybots überall eingesetzt werden: für den Personen- oder Warentransport, als Stadtreinigungsfahrzeug oder für den Einsatz im privaten Umfeld. Das steigert die Effizienz. Dabei stellen die Fahrzeuge keine Insellösung dar, sondern sind integraler Bestandteil eines bedarfsorientierten und ganzheitlichen Verkehrssystems. 

Transport auf der letzten Meile

Mikromobilität ist aber nicht nur für den Personentransport interessant. Auch der Logistikbranche bieten sich hier Chancen, gerade beim Transport auf der „letzten Meile“ effizienter und ressourcenschonender zu werden. Ein Beispiel dafür ist der Minitransporter von Onomotion: Er hat die Vorteile eines schnellen, schmalen und wendigen Lastenrades mit wetterfester Kabine, kombiniert mit einem Ladevolumen von zwei Kubikmetern und maximal 200 Kilogramm Nutzlast in einem Wechselcontainer.

Die Pedelecs können Radwege nutzen, sind leise, stehen nicht im Stau, parken nicht in der zweiten Reihe und müssen keinen Parkplatz suchen. „Unser Ziel ist es, Citylogistik neu zu denken, eine innovative Mobilität sowie Logistik zu etablieren“, so Beres Seelbach, Co-CEO und Gründer von Onomotion. „Dadurch können wir Verkehr, Platz und Emissionen in den Städten verringern und sie dadurch lebenswerter gestalten.“

Effiziente E-Scooter

Reichweite pro Kilowattstunde Energie:

• 1,3 Kilometer benzinbetriebenes Auto
• 6,6 Kilometer E-Auto
• 133 Kilometer Elektroroller

Quelle: Wired Magazin

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Fast zwei Jahrzehnte nach dem letzten Flug der Concorde könnten bald wieder Überschall-Verkehrsflugzeuge unterwegs sein. Mehrere Hersteller kündigen einen Start der kommerziellen supersonischen Flugzeuge für die nächsten Jahre an. Im Gegensatz zur Concorde sollen diese Jets jedoch möglichst geringe Umweltauswirkungen haben.

„Für die Concorde galten noch Luftfahrtregularien, die höhere Emissionen im Vergleich zu den im Unterschall fliegenden Flugzeugen erlaubten. Die neue Generation von Überschalljets wird sich nun an den konventionellen Flugzeugen messen lassen müssen“, erklärt Prof. Lars Enghardt, Leiter der Abteilung Triebwerksakustik im Institut für Antriebstechnik des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR).

Hier werden aktuell die Umweltwirkungen einer zukünftigen Flotte von Überschallflugzeugen untersucht, um Daten für neue Zertifizierungsregeln festzulegen.

Ab einer Machzahl über Eins beginnt der Überschallbereich. In Reiseflughöhe muss ein Flugzeug dazu rund 1.000 Stundenkilometer schnell sein. Die aktuell schnellsten Business-Jets sind mit Mach 0,9 unterwegs. Die geplanten supersonischen Linienflugzeuge sollen im Reiseflug sogar Machzahlen zwischen 1,8 und 2,2 erreichen. Sie wären damit mehr als doppelt so schnell wie die derzeitigen Maschinen. Während es um die bereits vor einigen Jahren präsentierten Konzepte für Überschall-Passagierflugzeuge der großen Flugzeughersteller wie Boeing und Airbus ruhig geworden ist, treiben Newcomer-Unternehmen die Entwicklung vehement voran.

Überschall mit Öko-Kerosin

Allen voran Boom Supersonic: Das erst 2014 gegründete Unternehmen mit Sitz in Denver hat bereits Aufträge für 130 Exemplare seines Überschall-Verkehrsflugzeugs „Overture“ in den Büchern stehen. Overture soll 65 bis 80 Passagiere mit einer Geschwindigkeit von Mach 1,7 befördern – das ist doppelt so schnell wie die derzeit schnellsten Verkehrsflugzeuge – und hat eine Reichweite von 4.250 Seemeilen. Damit sollen 600 Routen rund um die Welt in nur der Hälfte der bisher üblichen Zeit bedient werden. Das heißt, Flüge von Miami nach London wären dann in knapp fünf Stunden und von Los Angeles nach Honolulu in drei Stunden möglich. Die Overture soll bereits in 2025 den Flugbetrieb aufnehmen und 2029 die ersten Passagiere befördern.

Das Unternehmen entwickelt dazu ein eigenes Triebwerk namens „Symphony“.

„Die Entwicklung eines Überschalltriebwerks speziell für Overture bietet bei Weitem den besten Nutzen für unsere Kunden“, meint Blake Scholl, Gründer und CEO von Boom Supersonic. „Mit dem Symphony-Programm können wir unseren Kunden ein wirtschaftlich und ökologisch nachhaltiges Überschallflugzeug anbieten – eine Kombination, die mit den derzeitigen Beschränkungen herkömmlicher Triebwerke und Industrienormen nicht zu erreichen ist.“

Symphony wird ein maßgeschneidertes Design sein, das bewährte Technologien und Materialien nutzt, um optimale Überschallleistung und -effizienz zu erreichen. Das neue Antriebssystem von Overture soll zu 100 Prozent mit Sustainable Aviation Fuel (SAF) arbeiten – also ein Luftfahrttreibstoff, der aus nicht fossilen Rohstoffen nachhaltig hergestellt wird. Zudem soll das Triebwerk die Lärmgrenzwerte nach Chapter 14 einhalten, dem aktuell anspruchsvollsten Level in der Luftfahrtbranche.

„Wir glauben an eine Welt, in der mehr Menschen immer öfter an mehr Orte reisen können. Nachhaltiges Reisen mit Überschall erschließt neue Möglichkeiten für Geschäftsbeziehungen, Urlaubsperspektiven und Gelegenheiten für menschliche Kontakte.“

Blake Scholl, Gründer & CEO, Boom Supersonic

Lärmbelastung reduzieren

Die Lärmentwicklung stellt eine besondere Problematik bei Überschallflugzeugen dar, nicht nur wegen der leistungsstarken Triebwerke, sondern vor allem auch wegen des sogenannten Überschallknalls: Wenn sich ein Flugzeug mit Überschallgeschwindigkeit fortbewegt, entstehen Wellen von Luftdruckveränderungen. Diese Schockwellen sind noch in großer Entfernung als Knall wahrzunehmen. Dies war einer der Gründe, warum die Concorde nur über dem Meer mit Überschallgeschwindigkeit fliegen durfte. Um diesen Überschallknall zu reduzieren, arbeitet die NASA an einer speziellen Formgebung für Überschalljets: Das X-59 Quiet SuperSonic Technology X-plane der NASA ist so konstruiert, dass es schneller als die Schallgeschwindigkeit fliegt, ohne diesen Überschallknall zu erzeugen. Durch eine spezielle, extrem lang gestreckte Spitze sollen die Schockwellen so weit reduziert werden, dass das wahrgenommene Geräusch kaum mehr als ein dumpfes „Plopp“ ist – wenn man überhaupt etwas hört.

Fünffache Schallgeschwindigkeit

Neben Boom arbeiten noch weitere Start-ups an Überschall-Passagiermaschinen. So will Hermeus einen Jet bauen, der Mach 5 erreicht – bei dieser Geschwindigkeit würde ein Flug von New York nach Paris nur 90 Minuten dauern, verglichen mit den siebeneinhalb Stunden, die man heute noch unterwegs ist. Dabei will Hermeus die Betriebskosten niedrig halten, sodass die Ticketpreise für die Passagiere in einem erschwinglichen Rahmen bleiben können. Das soll durch die Kombination eines herkömmlichen Strahltriebwerks mit einem Ramjet erreicht werden.

Bei so einem Staustrahltriebwerk erfolgt die Kompression der dem Verbrennungsraum zugeführten Luft nicht durch bewegliche Teile wie Verdichter, sondern allein durch Ausnutzung der hohen Strömungsgeschwindigkeit des Gases selbst. Das Triebwerk von Hermeus ist auf dem Gebiet der Hyperschalltechnik einzigartig: Die meisten Hyperschallplattformen werden von einem Raketentriebwerk angetrieben. Dieser Ansatz erschwert jedoch die Wiederverwendbarkeit und ist für Passagierflüge wesentlich gefährlicher.

„Wenn es um Technologie geht, hören wir oft den Begriff ‚bahnbrechend‘“, so Generalmajor Heather Pringle, Kommandantin des Air Force Research Laboratory, das in Hermeus investiert hat. „Hyperschall-Flugzeuge und -Antriebssysteme sind jedoch wirklich bahnbrechend und werden die Art und Weise, wie wir uns fortbewegen, revolutionieren, so wie es die Automobile im letzten Jahrhundert getan haben.“

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Vorteile durch Lufttaxis für Europa

• 100 Prozent Reduzierung der lokalen Emissionen bei Elektroantrieben
• 73 Prozentschnellere Lieferung von Organen zwischen städtischen Krankenhäusern möglich
• 15 – 45 Minuten ist die durchschnittliche Reisezeitersparnis durch Urban Air Mobility für einen Transfer von der Stadt zum Flughafen
• 90.000 Arbeitsplätze werden bis 2030 in Europa entstehen
• 31 Prozentdes globalen Urban Air Mobility-Marktes werden 2030 in Europa angesiedelt sein
• 4,2 Milliarden Euro Marktvolumen in Europa in 2020
• 500 mal geringere Wahrscheinlichkeit in einen tödlichen Unfall verwickelt zu werden, als im Straßenverkehr auf der Basis von Personenkilometern

Die Bevölkerung in den Städten auf dieser Welt nimmt rasant zu. Bis zum Jahr 2030 werden 5,2 Milliarden Menschen in urbanen Regionen leben – rund eine Milliarde mehr als heute. Das erfordert völlig neue Verkehrskonzepte. Große Hoffnung wird dabei auf Flugtaxis gesetzt – sie entlasten den Verkehr auf Schienen und Straßen, indem sie den Luftraum nutzen. Laut den Marktforschern von Allied Market Research wird der weltweite Markt hierfür bis 2031 ein Volumen von 30,7 Milliarden Dollar erreichen. Nach Berechnungen der Unternehmensberatung Roland Berger wird die Zahl der als Lufttaxis, Flughafen-Shuttles und im Rahmen innerstädtischer Flugdienste eingesetzten Drohnen in den nächsten Jahren exponentiell wachsen. Bis 2050, so die Prognose, werden weltweit annähernd 160.000 autonome Elektro-Drohnen im Einsatz sein.

„2050 werden wir elektrische Flugtaxis nutzen, wie wir heute ein Uber nutzen“, ist sich Dirk Hoke, CEO von Volocopter, sicher.

In wenigen Jahren auf dem Markt

Die ersten Flugtaxi-Prototypen warten bereits auf ihre Zulassung. Dabei sind die Konzepte der eVTOL (electric Vertical Take-Off and Landing) durchaus unterschiedlich: Das Flugtaxi VoloCity der Firma Volocopter zum Beispiel ist mit 18 rein elektrisch angetriebenen Rotoren ausgestattet und ähnelt einem futuristischen Hubschrauber. Nach einer kurzen Testphase soll es völlig autonom fliegen können. Mit elf Metern Spannweite wird es Platz für zwei Passagiere samt Gepäck bieten. Das Flugtaxi-Unternehmen Lilium entwickelt einen Siebensitzer mit 30 Rotoren. Mit seinen Flügeln, in die klappbare Elektrorotoren verbaut sind, ähnelt das Flugtaxi einem Mini-Jet. Das erste kommerzielle Modell, mit einer Reichweite von bis zu 250 Kilometern, soll 2025 auf den Markt kommen.

Erst In Zukunft autonom

Zunächst soll der Flugbetrieb bei der Mehrheit der Lufttaxis mit lizenzierten Berufspiloten starten. Langfristig sehen die meisten Lufttaxi-Konzepte jedoch einen gänzlich autonomen Betrieb vor. Einen etwas anderen Ansatz verfolgt allerdings Wisk: Hier sollen die Lufttaxis von Anfang an ohne Piloten an Bord fliegen. Dafür basieren die automatisierten Flugfunktionen auf den gleichen Technologien wie in normalen Autopiloten heutiger Flugzeuge. Sie werden ergänzt durch innovative Technologien wie verbesserte Erkennungs- und Vermeidungsfunktionen sowie zusätzliche Sensoren. Um die Zulassung durch die Luftfahrtbehörden zu vereinfachen, kommt keine künstliche Intelligenz zum Einsatz, sondern die Kontrolle erfolgt durch eine logikgesteuerte, verfahrensbasierte Entscheidungssoftware, die deterministische Ergebnisse liefert. Zudem wird jeder Flug von einem Menschen in einer Bodenstation überwacht, der bei Bedarf eingreifen kann.

Technisch neue Voraussetzungen

Über die Steuerung hinaus müssen bei Lufttaxis einige weitere technische Besonderheiten berücksichtigt werden. Zum Beispiel ist die Störsicherheit mit Blick auf den geplanten Flugeinsatz der Lufttaxis in geringer Höhe innerhalb von Städten ein wichtiges Sicherheitskriterium. Diehl rüstet den VoloCity von Volocopter daher mit einer sogenannten Fly-by-Light-Steuerung aus – sie gilt als besonders störsicher gegenüber elektromagnetischen Einflüssen, beispielsweise durch Mobiltelefone oder Sendemasten. Dabei werden die elektrischen Signale des Flugsteuerungsrechners – anders als bei herkömmlichen Fly-by-Wire-Steuerungen – in optische Signale übersetzt und somit optoelektronisch angesteuert. Statt elektrischer Signale über Kupferleitungen werden nun Lichtsignale über entsprechende Lichtleiter genutzt, um Messwerte und Steuerbefehle zu übermitteln.

Europa definiert Rechtsrahmen

Bedingung für den praktischen Betrieb der Lufttaxis sind allerdings auch Standards und Regularien. Dazu gehören ein modernes Luftraummanagement und die Integration in die bestehende Flugsicherung. Zukünftig gilt, dass bemannte und unbemannte Systeme parallel agieren. Tatsächlich hat die Europäische Kommission Ende 2022 eine europäische Drohnenstrategie 2.0 verabschiedet: Sie enthält eine Vorausschau für die weitere Entwicklung des europäischen Drohnenmarktes.

In der neuen Strategie wird dargelegt, wie Europa den kommerziellen Drohnenbetrieb in großem Maßstab vorantreiben und gleichzeitig neue Chancen in diesem Sektor bieten kann. Zudem wird im Januar 2023 der sogenannte „U-Space“ eingeführt, ein weltweit einzigartiges europäisches System zur sicheren Steuerung des Drohnenverkehrs. Schließlich veröffentlichte die europäische Agentur für Flugsicherheit (EASA) in 2022 Vorschriften für den Betrieb von Lufttaxis in Städten. Der neue Rechtsrahmen deckt die technischen Bereiche der Lufttüchtigkeit, des Flugbetriebs, der Zulassung der Flugbesatzung und der Luftverkehrsregeln ab.

„Damit ist die EASA die erste Luftfahrtbehörde weltweit, die einen umfassenden Rechtsrahmen für den Betrieb von VTOL-fähigen Luftfahrzeugen veröffentlicht, die Lufttaxis und ähnliche Dienste anbieten werden“, sagt EASA-Exekutivdirektor Patrick Ky.

Etablierte Luftfahrtunternehmen investieren

Dass Lufttaxis längst keine Vision mehr sind, zeigt auch das Engagement großer Akteure aus der heutigen, konventionellen Luftfahrt: So kündigte die Luftfahrtgesellschaft United Airlines im September 2022 eine Investition in Höhe von 15 Millionen US-Dollar in den eVTOL-Hersteller Eve Air Mobility sowie einen bedingten Kaufvertrag über 200 viersitzige Elektroflugzeuge plus 200 Optionen an, wobei die ersten Lieferungen bereits für 2026 erwartet werden.

3 US-Dollar pro Passagier und Meile – so viel soll ein Flug im Flugtaxi der Generation 6 von Wisk kosten.

2 Mrd. US-Dollar kostet es, ein Lufttaxi bis zur Einsatzfähigkeit zu entwickeln.

Quelle: Simpliflying.com/Wisk

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Immer öfter sieht man sie am Himmel, hört das Surren ihrer kleinen Propeller: Drohnen erobern zunehmend neue Einsatzfelder. Leider richtet sich aktuell durch den Ukraine-Krieg die Aufmerksamkeit besonders auf den militärischen Einsatz, doch Drohnen werden heute schon in vielen Bereichen eingesetzt, wo sie das Leben vereinfachen und den Menschen bei zahlreichen Arbeiten erfolgreich unterstützen.

Vielfältige Einsatzgebiete

In der Land- und Forstwirtschaft, dem Energie- und Bausektor, der Meteorologie, bei der Vermessung der Erdoberfläche und sogar in der Archäologie haben sie sich fest etabliert. Mit speziellen Kameras ausgestattet, erstellen Drohnen Tageslichtaufnahmen oder Wärmebilder, zum Beispiel um Kältebrücken in Gebäuden zu identifizieren. Sie fliegen mit Messgeräten, um Außentemperatur, Luftdruck oder Luftfeuchtigkeit zu überwachen und sind mit Sensoren, Lasern, Infrarot-Scannern oder Radar ausgestattet. Aus der Vogelperspektive bieten sie Wartungsdienstleistungen und erfassen den Modernisierungsbedarf von Infrastruktur.

Lieferung per Drohne

Zunehmend etablieren sich Drohnen auch als zuverlässige Unterstützung von Lieferdiensten.

„Die Bereitschaft vieler Länder, die Beschränkungen für den Einsatz von Drohnen zu lockern oder schnell eine Ausnahmegenehmigung zu erteilen, hat dazu geführt, dass das Bewusstsein für die Vorteile, die Drohnen bei der Lieferung eines breiten Spektrums von Medikamenten und Gütern bieten können, gestiegen ist und sich beschleunigt hat, insbesondere in Gebieten, in denen es an Infrastruktur fehlt“, sagte Michael Blades, Vizepräsident Research, Aerospace & Defense Practice, bei Frost & Sullivan.

Das Beratungsunternehmen erwartet, dass der Markt für unbemannte Luftfahrzeuge bis 2025 schon 22,28 Milliarden US-Dollar umfassen wird. Beispiele für Logistikeinsätze von Drohnen gibt es inzwischen zahlreich: Wing, eine auf Drohnenlieferungen spezialisierte Tochtergesellschaft von Alphabet, meldete für das Jahr 2021 mehr als 140.000 Kundenlieferungen, was einer Steigerung von 600 Prozent gegenüber dem Jahr 2020 entspricht. Die Drohnen von Matternet fliegen seit mehr als vier Jahren in Zusammenarbeit mit der schweizerischen Post über Schweizer Städten, und zwar außerhalb der Sichtweite des Piloten.

Im November 2021 hat sich Walmart mit Zipline zusammengetan, um einen On-Demand-Lieferservice für Gesundheits- und Verbrauchsartikel in der Nähe des Hauptsitzes in Arkansas zu starten. Manna, ein autonomer Drohnenlieferdienst in Irland, der Kaffee und Lebensmittel ausliefert, hat nach eigenen Angaben bereits 65.000 Lieferflüge absolviert und plant eine Expansion in Europa.

430.700 Drohnen in Deutschland (2021) – 10 % kommerzielle Nutzung, 90 % private Nutzung

385.500 Drohnen wurden 2020 privat genutzt. 2019 waren es noch 455.000

45.200 Drohnen befinden sich 2020 in kommerziellem Gebrauch. 2019 waren es nur 19.000

Quelle: Drone Industry Insights

Autobahn für die Drohnen

Eine Herausforderung beim Einsatz von Drohnen ist, dass sie heute nicht ohne einen menschlichen Piloten geflogen werden dürfen, außer in seltenen Fällen, in denen ein Flugverbot für andere Luftfahrzeuge besteht. Eine Lösung sind fest installierte Korridore, in denen am Boden installierte Sensoren den Luftraum überwachen. Diese Sensoren können leistungsfähiger sein als an Bord von Drohnen installierte Systeme, da es für sie keine Einschränkungen hinsichtlich des Gewichts und des Energieverbrauchs gibt. Drohnen, die den Korridor benutzen, klinken sich einfach in das Sensornetz ein und werden von ihm zum Ziel geleitet – und vorbei an möglichen Hindernissen in der Luft. Die britische Regierung hat unlängst bekannt gegeben, dass sie grünes Licht für einen derartigen Drohnen-Korridor gegeben hat.

Das Projekt „Skyway“ soll in den nächsten zwei Jahren realisiert werden und den Luftraum über Reading, Oxford, Milton Keynes, Cambridge, Coventry und Rugby miteinander verbinden. Mit 265 Kilometern Länge wäre es das weltweit größte und längste Netz von „Drohnen-Autobahnen“. Die Drohnen sind dabei über Mobilfunk mit einem Leitsystem verbunden, über das sie ein besseres Situationsbewusstsein und taktische Anweisungen zur Kollisionsvermeidung erhalten. „Mobilfunkverbindungen und ein sicheres, robustes 4G- und 5G-Mobilfunknetz werden das schnelle Wachstum des Drohnenmarktes vorantreiben“, betont Dave Pankhurst, Director of Drones beim Projektpartner BT.

Integriert in den Luftraum

Um den Einsatz von Drohnen zu fördern, erhalten Drohnen in der Europäischen Union per Verordnung künftig ein eigenes Verkehrssystem: den U-Space. Mit U-Space-Gebieten können Drohnen sicher in den Luftraum integriert werden – auch im Zusammenspiel mit der bemannten Luftfahrt. Das ermöglicht einen regulären Einsatz von Drohnen, etwa in der Logistik, der Landwirtschaft, für die Versorgung schwer erreichbarer Gebiete oder den Transport von lebenswichtigem medizinischem Equipment. Wie U-Space-Gebiete in der Praxis funktionieren können, wurde im Realbetrieb im U-Space-Reallabor getestet, das die Firma Droniq und die Deutsche Flugsicherung (DFS) im Hamburger Hafen eingerichtet haben. Droniq lieferte dazu ein Verkehrsmanagementsystem für Drohnen, das UAS Traffic Management System (UTM), das neben einem kombinierten Luftlagebild aus bemannten und unbemannten Luftfahrzeugen weitere Funktionen zum sicheren und effizienten Drohnenbetrieb außerhalb der Sichtweite (BVLOS) bietet. Das System besteht aus einem System für die Bodensensorik und einem Transponder für die Ortung des Fluggeräts, das Hook-on-Device.

„Mit der Einführung von U-Spaces schlägt der Drohnenmarkt bald ein neues, spannendes Kapitel auf“, sagt Droniq-CEO Jan-Eric Putze. Und Arndt Schoenemann, Vorsitzender der DFS-Geschäftsführung, ergänzt: „Es ist wichtig, erste U-Spaces in die Tat umzusetzen, um die sichere Integration von Drohnen in den Luftraum voranzubringen. Die unbemannte Luftfahrt ist ein wichtiger Teil des künftigen Flugverkehrs, welcher sich auch in anderen Feldern immer autonomer gestalten wird.“

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Im Jahr 2021 war die Schifffahrt laut der Internationalen Energieagentur IEA für rund zwei Prozent der weltweiten energiebezogenen CO2-Emissionen verantwortlich. Das klingt nach relativ wenig, aber angesichts der großen Bedeutung für den Welthandel – mehr als 80 Prozent des Welthandelsvolumens werden über Seeschiffe abgewickelt – gibt es Prognosen, dass die Seeschifffahrt bis 2050 17 Prozent der gesamten jährlichen CO2-Emissionen verursachen könnte.

Emissionen zuletzt gestiegen

Dessen ist sich die Branche bewusst: Die Internationale Seeschifffahrtsorganisation (IMO) hat aus diesem Grund eine Treibhausgasstrategie beschlossen, nach der die CO2-Emissionen pro Transportleistung des internationalen Seeverkehrs durchschnittlich um mindestens 40 Prozent bis 2030 und bis 2050 um 70 Prozent gegenüber 2008 verringert werden sollen. Laut dem Schiffs-Broker Simpson Spence & Young nahmen die Kohlendioxid-Emissionen der weltweiten Schifffahrt jedoch im Jahr 2021 im Vergleich zum Vorjahr erneut um 4,9 Prozent zu und lagen damit sogar höher als die Werte von 2019. Dieser erneute Anstieg der Emissionen im Jahr 2021 stellt für die IMO eine „unbequeme Wahrheit“ dar, so der Schiffsmakler in seinem jährlichen Branchenausblick. Damit steht fest, dass noch erheblich umfassendere Maßnahmen nötig sind, um den Seeverkehrssektor Richtung „Netto-Null-Emissionen bis 2050“ zu lenken.

Elektrofähren haben sich bewährt

Doch die Branche bewegt sich: Auch in diesem Sektor wird die Elektrifizierung vorangetrieben. Die erste große Autofähre mit Elektroantrieb weltweit im regulären Linienbetrieb nahm bereits 2015 ihren Betrieb auf: Die „Ampere“ fährt in jeweils etwa 20 Minuten 34-mal am Tag die sechs Kilometer über den Sognefjord. 2022 stellte die Elektrofähre „Ellen“ einen neuen Streckenweltrekord über 50 Seemeilen – umgerechnet 92 Kilometer – auf. „Ellen ist ein hervorragendes Beispiel für die Zukunft des elektrischen Verkehrs. Sie ist sauberer, umweltfreundlicher und effizienter als ihre Konkurrenten mit fossilen Brennstoffen. Die Elektrifizierung des Seeverkehrs ist ein klarer Weg zur Reduzierung der Treibhausgasemissionen“, meint Kimmo Rauma, Vice President, Danfoss Editron – das Unternehmen lieferte die Antriebsstränge und Antriebsmotoren für die Fähre. Auch bei Frachtschiffen wird mit Elektroantrieben experimentiert:

So nahm Ende 2021 die „Yara Birkeland“ ihren Betrieb auf. Das 80 Meter lange Containerschiff transportiert Düngemittel vom Yara-Werk in Porsgrunn über Binnenwasserstraßen zu den Hochseehäfen Larvik und Brevik, eine Strecke von 31 Seemeilen. Die „Yara Birkeland“ ist dafür mit einer Batteriekapazität von 6,8 Megawattstunden ausgestattet.

„Damit werden 1.000 Tonnen CO2 eingespart und 40.000 Fahrten von dieselbetriebenen Lkws pro Jahr ersetzt“, sagt Svein Tore Holsether, CEO von Yara.

Alternative Wasserstoff

Allerdings stoßen batterieelektrische Antriebe bei Hochseeschiffen aufgrund der eingeschränkten Reichweite an ihre Grenzen. Grüner Wasserstoff könnte daher eine wichtige Rolle bei der Dekarbonisierung der Schifffahrt spielen – sowohl im Hinblick auf sein Potenzial als Wegbereiter für synthetische Kraftstoffe als auch auf seine direkte Verwendung als Schiffskraftstoff. So hat die DNV – die weltweit führende Klassifikationsgesellschaft der maritimen Industrie – dem norwegischen Technologieanbieter HAV Group ASA eine vorläufige Zulassung für sein wasserstoffbasiertes Energiesystem erteilt. Das System nutzt Flüssigwasserstoffspeicher und Brennstoffzellen und soll an Bord von zwei Küstenkreuzfahrtschiffen der Reederei Havila Kystruten nachgerüstet werden. Auch das Konzeptschiff „NYK Super Eco Ship 2050“ – ein Pkw- und Lkw-Transporter – sieht einen Antrieb mit von Wasserstoff betriebenen Brennstoffzellen vor. Zudem soll ein spezieller Rumpf den Energiebedarf um 70 Prozent senken, indem er die Wasserreibung durch ausgestoßene Luftbläschen verringert und das Gewicht reduziert. 

Methanol als schnell verfügbare Lösung

Maersk setzt dagegen auf grünes Methanol: „Grünes Methanol ist die beste skalierbare grüne Kraftstofflösung für dieses Jahrzehnt, und wir freuen uns, dass mehrere andere Reeder diesen Weg gewählt haben. Dies gibt der raschen Steigerung der Verfügbarkeit, die erforderlich ist, um den Aufpreis für grünes Methanol zu senken und die Entwicklung der klimaneutralen Schifffahrt zu beschleunigen, weiteren Auftrieb“, meint Palle Laursen, Leiter der Abteilung Flotte und Technik bei Maersk.

Die Reederei hat bereits 19 Containerschiffe bestellt, die mit dem grünen Kraftstoff laufen, und sichert sich zurzeit bei verschiedenen Herstellern Produktionskapazitäten dafür. Bis Ende 2025 will Maersk mindestens 730.000 Tonnen grünes Methanol pro Jahr beschaffen.

Back to the roots

Aber auch auf ein ganz traditionelles Antriebssystem besinnt sich die Schifffahrtsindustrie: das Segel – allerdings in einer Hightech-Variante. So sind die Segel der geplanten „Orcelle Wind“ im Prinzip vertikal angebrachte Flugzeugtragflächen. Sie werden aus Verbundwerkstoffen hergestellt und per Computer gesteuert. Derartige „Flügelsegel“ erzeugen mehr Kraft, sind robuster und lassen sich leichter steuern als die herkömmliche Alternative.

Die „Orcelle Wind“ wird von der Reederei Wallenius Wilhelmsen entwickelt und ein vollwertiges Roll-On/Roll-Off-Schiff mit einer Kapazität von 7.000 Autos sein, das im Vergleich zu anderen Schiffen bis zu 90 Prozent weniger Emissionen verursacht. Mit einer Länge von 220 Metern und einer Höhe bis zur Spitze der Flügelsegel von etwa 100 Metern wäre es das größte Segelschiff der Welt. Wenn alles nach Plan läuft, könnte die „Orcelle Wind“ im Jahr 2026 in Dienst gestellt werden.

~2 Prozent der weltweiten energiebezogenen CO2-Emissionen wurden 2021 durch den internationalen Seeverkehr verursacht.

Quelle: IEA

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Im Gegensatz zum Straßenverkehr gibt es fahrerlose, vollautomatische Fahrzeuge bei der Bahn schon erstaunlich lange – die ersten Züge wurden 1981 in Kobe, Japan, in Betrieb genommen. Heute finden sich Züge ohne Lokführer bereits in über 40 Städten auf der ganzen Welt, darunter Kopenhagen, Paris, Singapur, Dubai und London.

Allerdings sind das vor allem Züge wie U-Bahnen, die in geschlossenen Umgebungen fahren – jetzt wird daran gearbeitet, hoch- oder vollautomatisierte Züge auch in die offeneren Umgebungen des Güter-, Regional- und Fernverkehrs zu bringen. „Städtische fahrerlose Systeme in geschlossenen Umgebungen bergen andere Risiken als Netzwerke in offenen Umgebungen“, erklärt Oliver Lauxmann, Global Practice Group Leader im Chief Underwriting Office – Liability bei Allianz Global Corporate & Specialty. „Die Risiken im Bahnbetrieb sind sehr unterschiedlich, und es gibt keine Einheitslösung für alle. Die Software, die in einem Serienfahrzeug funktioniert, ist nicht für alle autonomen Züge geeignet. Die Technologie muss sehr individuell angepasst werden.“

S-Bahn fährt von allein

Dennoch – Ende 2021, im Rahmen des ITS-Weltkongresses in Hamburg, präsentierte die Deutsche Bahn (DB) den weltweit ersten Zug, der im Eisenbahnverkehr von allein fährt. Noch sind allerdings Lokführer zur Überwachung der Fahrt mit Fahrgästen an Bord. Das Rangieren – zum Beispiel die Zugwende – erfolgt ohne Personal. Dr. Richard Lutz, Vorstandsvorsitzender der DB: „Mit dem automatischen Bahnbetrieb können wir unseren Fahrgästen ein deutlich größeres, zuverlässigeres und damit besseres Angebot machen – ohne einen Kilometer Gleis neu bauen zu müssen.“

Autonome Züge kommen

Auch woanders befinden sich ähnliche Projekte in der Planung: Die französische Staatsbahn SNCF hat die Einführung von zwei autonomen Zügen angekündigt, die bis 2023 in Betrieb genommen werden sollen. Ein Konsortium in Finnland unter der Leitung des Bahnbetreibers Proxion entwickelt ebenfalls bis 2023 einen autonomen Güterzug für kurze Strecken in der Stahl- und Forstwirtschaft.

„Dies sind nur einige der Projekte, die den Bahnverkehr in eine völlig neue Richtung lenken, dank ‚intelligenter‘ Technologien wie künstlicher Intelligenz, Robotik und dem Internet der Dinge“, so Oliver Lauxmann. „In Kombination mit den Möglichkeiten von Datenanalyse, Satelliten, LiDAR, Radar und 5G bieten sie Überwachungs- und Sicherheitssysteme mit weitreichenden Vorteilen.“

100,1 Milliarden US-Dollar Volumen des weltweiten Marktes für Digitalisierung bei der Bahn in 2027

Quelle: MarketsandMarkets

 

10,11 Milliarden US-Dollar Volumen des Marktes für Autonome Züge in 2026

Quelle: Research and Markets

Zugverkehr ohne Signale

Zentraler Baustein für die Automatisierung im europäischen Bahnverkehr ist das Europäische Zugsicherungs- und Zugsteuerungssystem (ETCS). Es soll die alten Steuerungs- und Signalsysteme der Länder ersetzen und einen gemeinsamen europäischen Standard schaffen. Mit ETCS ist ein Zugverkehr ohne Signale möglich. Die Information, ob ein Abschnitt befahren werden darf oder nicht, wird auf einem Bildschirm direkt im Zug angezeigt. Anhand von Angaben aus dem Streckenatlas, einer genauen Positionsbestimmung über Sensoren und vorgegebenen Regeln überwacht das System den Zug und kann auch bei hohen Geschwindigkeiten rechtzeitig die richtigen Entscheidungen für eine sichere Zugfahrt treffen.

Automatischer Zugbetrieb

Zweiter Baustein für die Digitalisierung des Eisenbahnsektors ist der automatische Zugbetrieb (ATO): ATO ist im Prinzip der Autopilot für den Zugverkehr. Er besteht aus der fahrzeugseitigen Ausrüstung der Zughersteller (ATO On Board Unit – OBU) und dem Trackside-Modul-System (ATO-TS) am Gleis. Mit ATO beschleunigt und bremst der Zug automatisch aufgrund eines optimalen Fahrprofils. Dabei ist die Reaktionszeit zwischen Übermittlung und Umsetzung der Fahrbefehle deutlich geringer als bei der manuellen Steuerung.

Radar für den Zug

Ein automatischer Zugbetrieb erfordert auch umfangreiche Sensorik, mit der der Zug Hindernisse auf oder am Gleis erkennen kann. Wie so ein System aussehen kann, testete Alstom im Frühjahr 2022 in Oosterhout bei Breda in den Niederlanden. „Die Lokomotive ist in der Lage, sowohl große Hindernisse wie ein Auto als auch kleinere wie ein Kaninchen oder einen Menschen zu erkennen und zwar sowohl bei Tag als auch bei Nacht“, so Abel Poelaert, Customer Director Alstom Benelux. Das System basiert auf einem hochauflösenden digitalen Radar und einer multispektralen Elektrooptik, die durch leistungsstarke Algorithmen für klassisches und maschinelles Lernen unterstützt werden.

20 Prozent mehr Effizienz

Die Einführung von ETCS und darauf aufbauenden Technologien würde den europäischen Bahnverkehr laut einer Studie von Strategy&, der Strategieberatung von PwC, vor allem langfristig schneller, effizienter und sicherer machen. So wären unter bestimmten Rahmenbedingungen durch die Kombination von ETCS und ATO Kapazitäts- und Effizienzsteigerungen von 10 bis 20 Prozent möglich, da Züge in dichteren Abständen fahren und Zeitpläne optimiert werden könnten. Gleichzeitig stiege das Sicherheitslevel durch die Modernisierung und Digitalisierung der Zugsteuerung deutlich an.

Die verschiedenen Stufen der (Bahn-)Autonomie

GoA1: Die automatische Zugsicherung (ATP) prüft, ob die Geschwindigkeit mit den zulässigen Grenzwerten vereinbar ist, und kann eine Notbremsung auslösen. Der Triebfahrzeugführer startet und stoppt den Zug, schließt die Türen und übernimmt im Falle einer Störung den Betrieb.

GoA2: Der Zug verfügt zusätzlich über eine Einrichtung zum automatischen Zugbetrieb (ATO), einer Sicherheitseinrichtung für den Betrieb automatisierter Züge. Anfahren und Anhalten erfolgt automatisch. Der Triebfahrzeugführer schließt die Türen und fährt bei Störungen.

GoA3: Das System arbeitet fahrerlos, Anfahren und Anhalten erfolgt automatisch. Ein Zugbegleiter schließt die Türen und bedient den Zug im Falle einer Störung.

GoA4: Der Zug fährt vollständig autonom (UTO = unattended train operation). Das Anfahren und Anhalten erfolgt automatisch wie auch das Schließen der Türen. Auch der Betrieb im Falle einer Störung erfolgt automatisch.

Revolutionäre Systemänderungen unwahrscheinlich

Im Zusammenhang mit spurgebundenen Verkehrssystemen werden immer wieder völlig neue Technologien diskutiert – von der Magnetschwebebahn über Gütertransportsysteme unter der Erde bis hin zu Systemen, die einen dynamischen Fahrgastwechsel während der Fahrt ermöglichen. Viele dieser Lösungen befinden sich tatsächlich in der Entwicklung – doch werden sie voraussichtlich bestenfalls eine Ergänzung der herkömmlichen Züge mit Elektroantrieb und Rädern sein. In der im Auftrag des Schweizer Bundesamtes für Verkehr (BAV) erstellten Studie „Technologische Weiterentwicklung des Bahnsystems 2050“ heißt es dazu: „Die Frage der Antriebsart wird von der Expertenseite aktuell jedoch nicht als Frage der Zukunft angesehen, da aktuell nichts Besseres als der elektrische Antrieb bekannt ist.“

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Um die steigenden Fahrleistungen im Güterverkehr abbilden und gleichzeitig die geplante Emissionsreduktion im Transportverkehr realisieren zu können, setzen wir bei MAN Truck & Bus klar auf den batterieelektrischen Antrieb“, sagt Dr. Frederik Zohm, Vorstand für Forschung und Entwicklung bei MAN Truck & Bus.

Im Forschungsprojekt NEFTON (Nutzfahrzeugelektrifizierung zur Transportsektoroptimierten Netzanbindung) hat sich das Unternehmen mit fünf Partnern aus Industrie und Wissenschaft zusammengeschlossen. Als zentralen technischen Schlüssel sehen die Projektpartner dabei das Megawatt Charging System (MCS) mit einer Ladeleistung im Megawatt-Bereich. Es werden Ladeströme von 3.000 Ampere getestet, wodurch ein Elektro-Lkw in 15 Minuten vollgeladen werden kann. Die Technische Universität München entwickelt hierfür gemeinsam mit MAN Truck & Bus und der Technischen Hochschule Deggendorf neue Konzepte mit Ladeleistungen im Bereich von drei Megawatt.

Elektrisch im Linien-Langstreckenverkehr

Das dänische Busunternehmen Vikingbus ist dagegen bald schon in der Praxis elektrisch unterwegs, Ende 2022 hat es bereits 31 vollelektrisch angetriebene Busse von Mercedes-Benz geordert. Sie werden künftig vorwiegend in der Gemeinde Køge eingesetzt, auf der längsten Stadtbuslinie Dänemarks: Die Busse müssen teils mehr als 500 Kilometer am Tag fahren. Die 31 Busse sind dafür mit Batterien, die eine hohe Energiedichte und eine Gesamtkapazität von 588 Kilowattstunden haben, ausgerüstet.

Eine Alternative zu großen Batterien ist die Aufladung während der Fahrt. Dabei werden die Fahrzeuge mit einem Pantografen ausgerüstet – im Prinzip nichts anderes, als was man bereits von der Bahn kennt: Über einen Stromabnehmer lädt der Lkw oder Bus seine Batterie auf der Fahrt über eine Oberleitung auf. Noch fahren derartige Lkws nur im Rahmen von Forschungsprojekten. Immerhin: Die österreichische Metropole Wien hat bereits 60 Busse geordert, bei denen Stromabnehmer Schnellladungen mit bis zu 300 Kilowatt ermöglichen und somit die Reichweite und Einsatzzeiten erhöhen.

In modernen Volkswirtschaften werden 73 % der Straßengütertonnage über Entfernungen von 150 km oder weniger befördert, und zwar auf Strecken, für die keine andere Transportart realistisch wäre. Weniger als 2 % werden über 1.000 km befördert.

77 Prozent aller in der Europäischen Union auf dem Landweg beförderten Güter werden per Lkw transportiert.

6,2 Millionen Lkws sind heute in der EU unterwegs.

0,2 Prozent der aktuellen Lkw-Flotte verfügen über einen batterieelektrischen Antrieb.

Quelle: ACEA

Hohe Reichweiten mit Wasserstoff

Doch trotz der Leistung batterieelektrischer Antriebe – auch Wasserstoff bleibt eine interessante Alternative, meint Axel Blume, der Leiter des Teams „Klimafreundliche Nutzfahrzeuge“ der Nationalen Organisation Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie (NOW): „Nutzfahrzeuge mit Wasserstoff-Brennstoffzellen-Antrieb haben, neben Batterie- und Oberleitungs-Lkws, großes Potenzial, den Straßengüterverkehr in Deutschland nachhaltiger zu gestalten und somit einen Beitrag zum Erreichen der Klimaziele zu leisten.“ Grundsätzlich stellt Wasserstoff aufgrund kurzer Betankungszeiten, hoher Nutzlast und Einsatzflexibilität sowie attraktiver Reichweiten einen vielversprechenden Energieträger in der Transportlogistik dar. Jüngste Ankündigungen verschiedener Fahrzeughersteller deuten darauf hin, dass bis zum Ende des Jahrzehnts rund 50.000 wasserstoffbetriebene schwere Nutzfahrzeuge in Europa in Betrieb sein werden, wenn die Rahmenbedingungen und die Betankungsinfrastruktur gegeben sind. Doch noch sind sie rar.

Brennstoffzelle für energieintensive Einsätze

So ist erst im Dezember 2022 der erste in Deutschland zugelassene Wasserstoff-Lkw aus Serienfertigung in den Praxiseinsatz gestartet. Betrieben wird er von dem Unternehmen Hylane, das Wasserstoff-Lkws mit unterschiedlichen Auf- und Einbauten in Form einer nutzungsbasierten Miete (im sogenannten „Pay-Per-Use-Modell“) anbietet – die Kunden zahlen nur für die tatsächlich gefahrenen Kilometer. Sara Schiffer, Geschäftsführerin von Hylane:

„Es gibt eine Vielzahl theoretischer Studien zum Einsatz von Wasserstoff, aber zu wenig belastbare Praxiserfahrung. Ab heute dürfen wir mit unserem ersten Fahrzeug dazu beitragen, dass wir zukünftig besser verstehen, wie der Markthochlauf von Wasserstoff in der Mobilität funktionieren kann.“

Das Hyundai-Fahrzeug vom Typ „XCIENT Fuel Cell“ verfügt über eine Reichweite von rund 400 Kilometern. Der Wasserstoff wird in sieben Behältern gespeichert, die je nach Temperatur in einer Spanne von acht bis 20 Minuten vollständig betankt werden können.

Auch Volvo beschäftigt sich mit dem Brennstoffzellen-Lkw, hier sind die Trucks allerdings noch in einer Testphase. „Elektro-Lkws mit wasserstoffbetriebenen Brennstoffzellen eignen sich besonders für lange Strecken und schwere, energieintensive Aufgaben. Sie könnten auch eine Option für Länder sein, in denen die Möglichkeiten zum Laden von Batterien begrenzt sind“, erklärt Roger Alm, Präsident bei Volvo Trucks. Der Hersteller erwartet, dass Elektro-Lkws auf Brennstoffzellen-Basis eine Reichweite erlangen werden, die mit vielen Diesel-Lkws vergleichbar ist – bis zu 1.000 Kilometer – bei einer Ladezeit von weniger als 15 Minuten. Volvo plant eine Vermarktung allerdings erst für die zweite Hälfte des Jahrzehnts.

Welches System sich letztendlich zur Dekarbonisierung des Nutzfahrzeugbereichs durchsetzen wird, ist also noch offen. Wahrscheinlich wird es eine Mischung verschiedener Antriebe und Energieträger geben – so unterschiedlich, wie auch die Einsätze in diesem Sektor sind.

31 Prozent beträgt der Wirkungsgrad von Brennstoffzellen-Antrieben in Lkws

73 Prozent beträgt der Wirkungsgrad batterieelektrischer Lkws

Quelle: Öko-Institut/Fraunhofer IAO

 

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Schon heute sind die ersten Serienfahrzeuge auf dem Markt, die den internationalen Anforderungen für ein Level-3-System entsprechen und hochautomatisiert auf öffentlichen Straßen fahren dürfen. Damit können Autos jetzt die Verantwortung übernehmen – allerdings nur auf bestimmten Strecken, zeitlich begrenzt und bei entsprechender Verkehrssituation.

Der Mensch am Lenkrad muss immer in der Lage sein, die Kontrolle auf Aufforderung durch das System innerhalb weniger Sekunden wieder zu übernehmen. „Dass wir schon schlafend ins Wochenende fahren können, glaube ich aber eher nicht“, meint denn auch Uta Klawitter, Leiterin Zentraler Rechtsservice und Chefsyndika bei Audi.

„Für Fahrzeuge, die privat genutzt werden, fehlt es in Europa noch an technischen Regelwerken zur Zulassung einer Level 4-Funktion. Diese erwarten wir frühestens 2024.“

E-Kleinbusse im Linienverkehr

Dennoch kann man – mit etwas Glück – schon heute auf einigen Straßen Fahrzeuge ohne Fahrer sehen. Sogenannte People Mover sind tatsächlich schon in einigen Städten unterwegs, allerdings noch im Probebetrieb. Zum Beispiel fuhren vom Sommer 2021 bis Ende Juni 2022 drei hochautomatisierte E-Kleinbusse auf zwei Linien in Berlin.

Dabei konnten die Shuttles der Firma ­EasyMile über V2X auch Ampelschaltungen erkennen und waren in der Lage, dank einer Freiraum- und Objekterkennung mithilfe von LiDAR bzw. 3D-Visionsystemen eine Hauptverkehrsstraße zu kreuzen. Bis Mitte Mai 2022 haben bereits mehr als 20.000 Fahrgäste erleben können, wie es ist, ohne Fahrer unterwegs zu sein. Wobei – so ganz stimmt das nicht: Denn nach wie vor fahren die Shuttles mit einer Begleitperson, die den Kleinbus im Notfall zum Stoppen bringt, mögliche Hindernisse umfährt und mobilitätseingeschränkten Fahrgästen behilflich ist.

On-demand im Rhein-Main-Gebiet

Im Gebiet des Rhein-Main-Verkehrsverbunds (RMV) sollen ab 2023 erste autonome On-Demand-Fahrzeuge auf die Straße kommen und das Angebot des öffentlichen Personennahverkehrs in der Fläche maßgeblich verstärken. Die Shuttles sollen im autonomen Level 4-Betrieb durch Darmstadt und den Kreis Offenbach fahren. Sie sind über die zentrale On-Demand-App des Verkehrsverbundes buchbar.

„On-Demand-Verkehre sind für Fahrgäste hochattraktiv und bieten damit große Potenziale für die Mobilitätswende“, so RMV-Geschäftsführer Prof. Knut ­Ringat. „Großflächig sind sie aber nur im autonomen Betrieb wirtschaftlich darstellbar.“

Das Auto parkt allein

Ein wichtiger Meilenstein auf dem Weg zum vollautomatisierten Fahren ist das Automated Valet Parking: Dabei steigt der Fahrer aus – zum Beispiel am Terminal eines Flughafens – übergibt über eine App das Fahrzeug an die Infrastruktur und das Auto wird autonom geparkt.

Dabei wird das Fahrzeug durch die im Parkhaus installierte, intelligente Sensorik geführt: Kamerasysteme im Parkhaus überwachen den Fahrkorridor sowie dessen Umfeld und ­liefern die Informationen für die Steuerung des Fahrzeugs. Autofahrer können bequem ein- und aussteigen und sparen sich die Suche nach einer freien Parklücke. Darüber hinaus können die einzelnen Fahrzeuge platzsparend geparkt werden, sodass der ­vorhandene Parkraum um 20 Prozent effizienter genutzt wird.

Aber auch weitere Optionen sind denkbar: Der Wagen fährt selbsttätig durch die vorhandene Waschstraße oder zu einem Ladero­boter, alle anfallenden Gebühren werden elektronisch abgebucht und der Kofferraum des abgestellten Fahrzeugs kann von Lieferdiensten als Paketstation genutzt werden.

Das ist keine Zukunftsmusik: Bosch und Mercedes-Benz haben Ende 2022 vom deutschen Kraftfahrt-Bundesamt im Parkhaus P6 am Flughafen Stuttgart eine Genehmigung für so ein vollautomatisiertes Parksystem erhalten.

Carsharing mit ferngesteuerten Autos

Wer es nicht mehr abwarten kann, wie es sich anfühlt, mit einem autonom fahrenden Auto auch durch die Innenstadt zu fahren, kann einen ersten Eindruck in den Fahrzeugen von Vay bekommen. Wobei hier nicht Technologie das Auto steuert, sondern immer noch ein Fahrer. Der aber sitzt nicht im Auto, sondern in einer Teledrive-Station und lenkt per Fernsteuerung. 2022 wurde in Hamburg dieser weltweit erste Telefahr-Mobilitätsservice im Auto gestartet.

„Die elektrische Carsharing-Flotte erschließt in der äußeren Stadt Gebiete, die vom ÖPNV noch nicht vollends erschlossen sind, bietet dadurch eine bequeme, schnelle Alternative zum eigenen Auto und verringert auf diese Weise sowohl Straßenverkehr als auch Lärm- und CO2-Emissionen“, betont Anjes Tjarks, Hamburgs Senator für Verkehr und Mobilitätswende.

Nutzer können per App ein Vay-Auto bestellen, das – von einem zertifiziertem Telefahrer gesteuert – innerhalb weniger Minuten vorfährt. Anschließend fährt der Nutzer das Fahrzeug selbst zum Zielort. Dort angekommen, steigt er einfach aus, ohne selbst parken zu müssen, da der Telefahrer bzw. die Telefahrerin das Steuer wieder übernimmt und das Fahrzeug zum nächsten Kunden telefährt. Da die vollelektrische Flotte eine hohe Auslastung erreichen kann, wird sie die Anzahl an Fahrzeugen sowie die Luftverschmutzung reduzieren können. Durch den Sharing-Charakter des Angebots werden zudem sowohl der Straßenverkehr als auch der Parkdruck spürbar reduziert. Parallel zum Telefahren arbeitet Vay aber auch an der schrittweisen Einführung von autonomen Fahrfunktionen in das System, sobald dies sicher und zulässig ist.

Bis jedoch vollautomatisierte Fahrzeuge durch die Städte fahren, hat die Technik allerdings noch einige Herausforderungen zu meistern, meint Uta Klawitter von Audi:

„Sie muss die hochautomatisierte Fahrfunktion reibungslos und vor allem sicher ermöglichen. Denn nur dann, und das ist die zweite Herausforderung, wird sie auch von der Gesellschaft akzeptiert und ihr entsprechendes Vertrauen entgegengebracht.“

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Das private Auto wird heute noch oftmals als die All-in-One-Lösung für alle Mobilitätsfragen angesehen: Man kann zum Bäcker um die Ecke fahren genauso wie mit der gesamten Familie 1.000 Kilometer in den Urlaub am Meer. Doch zunehmend erkennen die Menschen, dass das eigene Auto weder ökologisch noch wirtschaftlich nachhaltig ist – denn meistens (ca. 96 Prozent der Zeit) steht es doch ungenutzt vor dem Haus oder in der Garage. Doch was ist die Alternative? Mobility as a Service, abgekürzt MaaS, könnte die Antwort sein. 

Mobilitätslösung per Knopfdruck

MaaS integriert verschiedene Formen von Verkehrsmitteln und verkehrsbezogenen Dienstleistungen in einen einzigen, umfassenden und bedarfsgerechten Mobilitätsdienst. Die Nutzer können über eine einzige Anwendung und einen einzigen Bezahlkanal (anstelle mehrerer Ticketing- und Bezahlvorgänge) Zugang zur Mobilität erhalten.

„Das Hauptkonzept von MaaS besteht darin, den Nutzer in den Mittelpunkt der Verkehrsdienste zu stellen und ihm maßgeschneiderte Mobilitätslösungen auf der Grundlage seiner individuellen Bedürfnisse anzubieten.“

So definiert die europäische Mobility as a Service Alliance den Ansatz MaaS. Grundlage ist hierbei die Kombination aller verfügbaren Verkehrsmittel – vom Gehen und Radfahren über Mitfahrgelegenheiten, dem öffentlichen Nahverkehr bis hin zu zukünftigen Flugtaxis. So wird Fahrgästen ein flexibles, nahtloses und unkompliziertes Reiseerlebnis ermöglicht – auf Knopfdruck und unabhängig von einem eigenen Fahrzeug. Nutzer erhalten die Real Time-Informationen auf einer App und können darüber hinaus die für sie passende Option auch gleich buchen und zahlen.

Dabei werden heute vorhandene Verkehrsmittel wie das eigene Auto oder die Bahn nicht ausgeschlossen, sondern integriert. So meint Maria Kamargianni, Professorin für Transport Systems Innovation and Sustainability und Leiterin des MaaSLab am University College London (UCL), zum Beispiel:

„Der öffentliche Verkehr ist das Rückgrat von MaaS, und es gibt Städte, die mit diesem Angebot bereits einen Großteil der Nutzerbedürfnisse erfüllen. Wenn eine gute Grundlage vorhanden ist und neue Dinge darauf aufgesetzt werden, werden die Menschen folgen. Aber man braucht das Fundament.“

Technologiebasis Software

Die Digitalisierung ist Voraussetzung für die Schaffung eines MaaS-Angebots, wie Paul Rogers erklärt, Sales and Marketing Director bei Flowbird, einem weltweiten Anbieter von Fahrpreis- und Zahlungssystemen für Verkehrsbetriebe und Behörden:

„Technologieunternehmen wie Flowbird spielen eine Schlüsselrolle bei der Integration von Verkehrsnetzsystemen, die zu einem nahtloseren Reiseerlebnis der Menschen beitragen. Indem wir es einfacher machen, Fahrten zu planen, zu bezahlen und zu erfüllen, können wir Fahrgäste und Behörden unterstützen und dazu beitragen, Reiseentscheidungen zu fördern, die nationale und regionale Ziele wie die Verringerung von Staus oder die Senkung von Kohlenstoffemissionen unterstützen.“

Dabei können drei wesentliche Technologielösungen als Kern eines MaaS-Systems genannt werden:

Zunächst einmal ist eine App erforderlich. Über die mobile Anwendung planen, buchen und bezahlen die Nutzer die Mobilitätsdienstleistungen. Idealerweise sind dabei verschiedene Verkehrsmittel(-Anbieter) integriert, also zum Beispiel Bike-Sharing, öffentlicher Nahverkehr oder Mietwagen.

Über eine Cloud-Lösung werden die Netzwerk-Assets und -Systeme verwaltet und kontrolliert – einschließlich Ticketing und Zahlungsinfrastruktur. Betreiber erhalten darüber hinaus zudem einen Überblick über die Leistung in Echtzeit und können das Verbraucherverhalten und den Einsatz der verschiedenen Verkehrsmittel entsprechend analysieren.

Drittes Element ist die Bezahlfunktion. Nutzer können die Mobilitätsdienste verschiedener Anbieter (Bike-Sharing, Carsharing, öffentlicher Nahverkehr usw.) zum Beispiel mit cEMV-Bankkarten, per Smartphone oder Smartwatches oder mittels intelligente Fahrkarten zahlen.

Basis dafür sind sogenannte „Open Payments“: Sie sind Teil einer Revolution im Bereich der Finanzdienstleistungen, die unter den allgemeinen Begriff „Open Banking“ fällt und Dritten den Zugang zu Bankdaten ermöglicht, um innovative Dienstleistungen anzubieten. Dank des offenen Zahlungsverkehrs können Unternehmen wie Verkehrsbetriebe Zahlungen verwalten und überwachen, ohne dass sie eigene Zahlungs- und Ticketingsysteme von Grund auf neu aufbauen müssen. So können verschiedene Verkehrsdienstleister nahtlos miteinander verbunden werden – für den Endnutzer erscheinen sie wie ein einziger Dienst.

Offene Zusammenarbeit aller Akteure

Damit MaaS wirklich funktioniert und ein optimales Nutzererlebnis bieten kann, müssen die verschiedenen Anbieter von Verkehrssystemen miteinander kooperieren. „Ein gut funktionierendes MaaS-Ökosystem erfordert ein hohes Maß an Offenheit. Betreiber haben vielleicht Angst, ihre Identität und Marke zu verlieren, und ziehen es daher vor, ihre eigenen MaaS-Plattformen oder -Dienste zu haben, die nur für ihre eigenen Kunden zugänglich sind.

Aber eine Monopolisierung ist dem Kunden gegenüber nicht fair“, betont UCL-Professorin Maria Kamargianni. Verstehen das die verschiedenen Akteure im Mobilitätsbereich, hat MaaS das Potenzial, insbesondere den städtischen Verkehr zu revolutionieren. Es kann Staus und Umweltverschmutzung reduzieren, weil es den öffentlichen Nahverkehr bequemer macht und die Menschen dazu bringt, ihr Auto stehen zu lassen und eine gemeinsame Verkehrsinfrastruktur zu nutzen.

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