Auto/Motor

Die Abschaffung der Subventionen für Plug-In-Hybride in Deutschland zum 1.
Januar 2023 war klimapolitisch sinnvoll. Eine aktuelle Studie des ZEW
Mannheim zeigt, dass das Ende dieser Subventionen zu einer jährlichen
Reduktion von über 167.000 Tonnen Kohlenstoffemissionen beiträgt.
Umgerechnet entspricht das dem jährlichen Ausstoß von über 53.000
Haushalten. Die Subventionen für Plug-In-Hybride wurden vor allem zum Kauf
von vergleichsweise großen und schweren Fahrzeugen genutzt, die auf Basis
der untersuchten Daten nur selten mit Strom aufgeladen und wenig
elektrisch betrieben werden. Somit tragen sie nicht maßgeblich zur
Einsparung von Emissionen bei­.

„Die Subventionen wurden hauptsächlich für den Kauf von großen und
schweren Neuwagen genutzt. Inländische Unternehmen profitierten davon
besonders, denn sie konnten dadurch ihr Flottengewicht deutlich erhöhen
und damit die EU-Emissionsnormen leichter erfüllen. Denn die sind
gewichtsbasiert: je schwerer ein Fahrzeug, desto mehr Emissionen dürfen
ausgestoßen werden“, erklärt Ilona Tsanko, Researcher im Forschungsbereich
„Innovationsökonomik und Unternehmensdynamik“ und Mitglied in der ZEW-
Nachwuchsforschungsgruppe „Wettbewerb und Innovation“. „Die Einführung von
emissionsarmen Innovationen, in diesem Fall Plug-In-Hybriden, sorgt nicht
automatisch dafür, dass die Emissionen auch tatsächlich sinken. Es ist
notwendig, dass Verbraucher/innen bereits vor dem Kauf darüber informiert
werden, wie sie diese Produkte energieeffizient nutzen und welche Kosten
entstehen, wenn sie dies nicht tun“, fordert Tsanko.

Mehr Emissionen bei falscher Nutzung

Plug-In-Hybride werden als umweltfreundlich vermarktet, obwohl der
Energieverbrauch durch das Konsumverhalten der Verbraucher/innen in der
Realität vergleichsweise hoch ist. Die Verbraucher/innen sind in der Regel
nur über die Emissionen bei der effizientesten Nutzung informiert. Nur
selten sind ihnen die Energieverbrauchswerte bei einer ineffizienten
Nutzung bewusst. Im Angesicht der geringen Laderaten bei Plug-In-Hybriden
muss verstärkt in den Blick genommen werden, wie man die Fahrer/innen zum
Aufladen ihrer Plug-In-Hybride motivieren kann. Ein schnellerer Ausbau der
Ladeinfrastruktur in Deutschland ist hierbei zielführend.

Datengrundlage

Die verwendeten Daten umfassen die Gesamtheit der zwischen 2015 und 2021
zugelassenen Neufahrzeuge in Deutschland. Um festzustellen, welche
Fahrzeuge subventioniert wurden, wurden die offiziellen Listen des
Bundesamts für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle genutzt. Da die
Automobilhersteller keine Werte für den Kraftstoffverbrauch von Plug-In-
Hybriden im ungeladenen Zustand veröffentlichen, wurden Daten von einer in
Deutschland ansässigen App genutzt, die Fahrer/innen hilft, die Kosten für
ihre Fahrzeuge zu verfolgen. Bei allen Nutzer/innen wurden Fahrzeugtyp
(Marke, Modell und Baujahr) sowie mit dem Fahrzeug verbundene Kosten
erfasst.

Das Automobil der Zukunft kann hören, z. B. die Klingel eines Radfahrers
oder spielende Kinder. Daher arbeitet das Fraunhofer-Instituts für
Digitale Medientechnologie IDMT in Oldenburg an The Hearing Car und
entwickeln KI-gestützte Systemlösungen für die akustische Szenenerfassung
im Umfeld von Fahrzeugen. Ein mobiles System zur Elektroenzephalographie
(EEG) im Fahrzeug für die Optimierung der Mensch-Maschine-Interaktion
sowie das »YourSound«-Verfahren für personalisierte Klangerlebnisse
vervollständigen die Anlage. Einen Einblick in die aktuellen Entwicklungen
geben die Forschenden vom 5. bis 8. September 2023 auf der IAA MOBILITY in
München (Halle B1, Stand D11).

Moderne Fahrzeuge sind gegen Außengeräusche isoliert, um den Anforderungen
der Endkundinnen und Endkunden an den Fahrkomfort, insbesondere bei
höheren Geschwindigkeiten, gerecht zu werden. Sicherheitsrelevante
Geräusche erreichen die Ohren der Fahrenden dadurch oft nicht oder erst
spät. Dabei liefern Außengeräusche am Fahrzeug – sei es die Sirene eines
Krankenwagens, eine nasse Fahrbahn oder die Schraube im Reifen – wichtige
Informationen. Gängige Sensorik am Fahrzeug kann diese nur schwer
erfassen, deshalb sollen intelligente akustische Sensorsysteme des
Fraunhofer IDMT am Oldenburger Institutsteil Hör-, Sprach und
Audiotechnologie HSA dem Auto einen Hörsinn geben. Im Zusammenspiel mit
anderen Fahrassistenzsystemen liefert die smarte Akustik relevante
Informationen für notwendige Fahrmanöver oder die (vorausschauenden)
Wartungen.

»Im Auftrag von Automobilherstellern und Zulieferern entwickeln und
erproben wir neue Sensor-Technologien und Algorithmen zur akustischen
Umfelderfassung, Quellenlokalisation, Signalverbesserung und zur
Sprachinteraktion auf der Teststrecke und der Straße«, erklärt Moritz
Brandes, Projektleiter von The Hearing Car am Fraunhofer IDMT in
Oldenburg. Für die Forschung und Entwicklung nutzen die Expertinnen und
Experten eigene Werkstätten für den Aufbau von Versuchsträgern sowie ein
eigenes Testfahrzeug für die Erprobung von Bauteilen und Algorithmen.
Mitarbeitende des Institutsteils Hör-, Sprach und Audiotechnologie HSA
sind durch Lehrgänge für Erprobungsfahrten international qualifiziert und
im Kundenauftrag in verschiedenen Klimazonen unterwegs.

Szenario »akustischer Abbiege-Assistent«: In den toten Winkel horchen

Um den Verkehr überwachen zu können, nutzen LKW und Autos mittlerweile
Kameras statt Spiegel, auch für den sogenannten toten Winkel, der während
des Abbiegevorgangs entsteht. In Ergänzung zu den Kamerasystemen kann eine
akustische Szenenanalyse oder die Detektion von wichtigen
Umgebungsgeräuschen in aktuellen und für autonom agierende Fahrzeuge eine
wichtige Sinneserweiterung darstellen. Am Institutsteil HSA des Fraunhofer
IDMT wird konkret an Algorithmen zur Detektion und Ortung von
verkehrsrelevanten Geräuschen geforscht, um das Fahrzeug der Zukunft
sicherer in den Verkehrsfluss integrieren zu können. Mikrofone in Spiegeln
und Kameraarmen der LKW bieten beispielsweise eine Chance, bei
Abbiegeszenarien die Wahrnehmung des Fahrers für akustische Informationen
zu erweitern und können so helfen, Unfälle zu vermeiden.

Szenario »akustische Rückfahrkamera«: Nach hinten hören

Beim rückwärtigen Einparken, dem Ankoppeln von Anhängern oder
anderweitigem Rangieren mit dem Fahrzeug können akustische Signale eine
große Hilfe sein und die Sicherheit für Autofahrerinnen und Autofahrer
sowie von Passantinnen und Passanten erhöhen. Am Fahrzeug angebrachte
Mikrofone und intelligente Software ermöglichen die Interaktion mit
Außenstehenden, ohne die Fenster öffnen zu müssen. Am Fraunhofer IDMT in
Oldenburg wird an der ortsgetreuen Aufzeichnung und Wiedergabe der
Umgebungsgeräusche sowie der dazugehörigen Mikrofonhardware geforscht. Die
Funktion steigert die Aufmerksamkeit des Fahrers bei diversen Fahrmanövern
und kann, so erhoffen sich die Entwicklerinnen und Entwickler, aktiv vor
Unfällen schützen.

Mobile Systeme zur Elektroenzephalographie (EEG) für optimale Mensch-
Maschine-Interaktion

Der Fahrer oder die Fahrerin muss dem Straßenverkehr jederzeit aufmerksam
folgen, um in Gefahrensituationen rechtzeitig zu reagieren. Aber wie
verändern sich die Aufmerksamkeit und die Reaktionsbereitschaft, wenn das
Fahrzeug autonom unterwegs ist? Auch diese Frage stellen sich Forschende
des Fraunhofer IDMT-HSA und untersuchen unter anderem mit Hilfe eines
selbst entwickelten mobilen EEG-Sensorsystems die Veränderungen des
sogenannten Vigilanzzustands. Ein EEG zeichnet über Elektroden am Kopf
Gehirnaktivität auf. Die Vigilanz, zu Deutsch »Wachsamkeit«, bezeichnet
einen Zustand andauernder Aufmerksamkeit bei eintönigen Tätigkeiten. Wie
die Daten in der Praxis erfasst werden können, wird am Messestand
erfahrbar gemacht.

YourSound personalisiert Klangerlebnisse

Der Institutsteil Hör-, Sprach- und Audiotechnologie HSA präsentiert auf
der IAA Mobility 2023 darüber hinaus spannende Entwicklungen für den
Fahrzeug-Innenraum, die am Messestand erlebt und gehört werden können. Mit
dem YourSound-Verfahren lässt sich der Klang von Audio-Devices wie
Kopfhörern, Smart Speakern oder Multimedia-Systemen in Fahrzeugen schnell
und intuitiv personalisieren und ermöglicht individuelle Klangerlebnisse
im Auto. Die einmalige Klangpersonalisierung mit Hilfe des in ein
Infotainmentsystem integrierbaren YourSound-Verfahrens dient als Grundlage
für alle zukünftigen Audiowiedergaben im Fahrzeug. Einmal eingestellt
erleben Nutzerinnen und Nutzer ein individuell besseres Hörerlebnis, egal
bei welcher Wiedergabelautstärke und Fahrsituation.

Auf der IAA MOBILITY 2023 in München stellen die Forschenden des
Fraunhofer IDMT aus Oldenburg vom 5. bis 8. September ihre aktuellen
Entwicklungen für smarte akustische Sensorik am und im Fahrzeug in Halle
B1 am Stand D11 vor.

Steht bis zum Jahr 2035 ein flächenabdeckendes und leistungsfähiges
Ladenetz zur Verfügung, können die Neuzulassungen batterieelektrischer Lkw
auf 100 Prozent steigen. Die wichtigste Stellschraube für den Erfolg der
emissionsfreien Antriebe im Markt ist ein rascher und zielgerichteter
Aufbau von Ladeinfrastruktur für schwere Nutzfahrzeuge. In der Folge
sinken die Treibhausgasemissionen des Straßengüterverkehrs insbesondere
nach dem Jahr 2030 deutlich und erreichen im Jahr 2045 die Null-Marke.

Das zeigen die Ergebnisse eines aktuellen Forschungsprojekts des Öko-
Instituts, das verschiedene Antriebstechnologien im Straßengüterverkehr
hinsichtlich der technischen und ökonomischen Potenziale bewertet hat. Das
Forschungsvorhaben fand im Rahmen des Förderprogramms „Erneuerbar Mobil“
des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz statt.

Kostenvorteile von batterieelektrischen Lkw

Der Vergleich der unterschiedlichen Antriebe zeigt, dass
batterieelektrische Lkw in Zukunft Vorteile gegenüber Brennstoffzellen-
und Oberleitungs-Lkw haben, selbst bei konservativen Annahmen zu
technischen Bedingungen wie den potenziellen Reichweiten beim Fahren und
verfügbaren Nachladeoptionen. So sind Brennstoffzellenfahrzeuge in der
Gesamtkostenberechnung deutlich teurer als reine E-Lkw – Hintergrund ist
die hohe Unsicherheit bei den Wasserstoffpreisen. Oberleitungs-Lkw
hingegen sind auf Strecken mit Oberleitungen begrenzt, was einer
Elektrifizierung der gesamten Flotte im Wege steht.

„Die Analyse zeigt zudem, dass sich E-Lkw rechnen“, sagt Dr. Katharina
Göckeler, Projektleiterin und Expertin für klimafreundlichen Güterverkehr
am Öko-Institut. „Sobald die Lkw-Maut ab Dezember 2023 einen Aufschlag von
200 Euro pro Tonne CO2 erhebt, erzielen alle Nullemissionsfahrzeuge
deutliche Kostenvorteile gegenüber konventionellen Diesel-Lkw.“

Strombedarf und Energieinfrastruktur

Fahren künftig alle Lkw elektrisch, sinkt der Endenergieverbrauch im
Straßengüterverkehr. Der Grund: Der batterieelektrische Fahrzeugantrieb
ist im Vergleich zum Verbrennungsmotor deutlich effizienter im Betrieb. So
entsteht bis zum Jahr 2045 ein Strombedarf von jährlich 110
Terawattstunden (TWh) zum Betrieb schwerer Nutzfahrzeuge. Heute verbraucht
der gesamte Güterverkehr auf der Straße 173 TWh pro Jahr.

Wichtigste Voraussetzung für den Erfolg von E-Lkw ist, dass die
öffentliche Ladeinfrastruktur für schwere Nutzfahrzeuge deutlich ausgebaut
wird. Dabei müssen insbesondere Lade-Hubs an Autobahnen entstehen, die für
das Über-Nacht-Laden sowie für das Schnellladen geeignet sind. Die
Bedarfsabschätzung zeigt, dass rund 55 Prozent des Gesamtenergiebedarfs
des Lkw im Depot vor dem Fahrtantritt geladen werden kann. 25 Prozent kann
über Nacht an öffentlichen Nacht-Lade-Punkten, sogenannten Night-Charging-
Systems (NCS), erfolgen, um mehrtägige Touren abzudecken. Die übrige
Energie muss während der Tour mit hoher Ladeleistung nachgeladen werden.
Dafür soll das sogenannte Megawatt-Charging-System (MCS) ein Nachladen der
Batterie innerhalb der gesetzlich vorgeschriebenen Ruhepause von 45
Minuten nach 4,5 Stunden Fahrt ermöglichen.

„Wir brauchen ein Netz von rund 2.000 MCS-Ladepunkten und rund 40.000 NCS-
Ladepunkten entlang des Bundes-Autobahnnetzes“, betont Göckeler. „Da
insbesondere MCS-Ladepunkte eine hohe Stromleistung haben und einen
Anschluss an das Hochspannungsnetz benötigen, müssen die Planungen für
ihren Aufbau jetzt zeitnah starten.“

Studie „StratES – Szenarien für die Elektrifizierung des
Straßengüterverkehrs“ des Öko-Instituts unter
https://www.oeko.de/fileadmin/oekodoc/StratES-Szenarien-Elektrifizierung-
Strassengueterverkehr.pdf

Das Transferprojekt „Mensch in Bewegung“ von THI und KU hat in
Zusammenarbeit mit Prof. Dr. Andreas Riener, Forschungsprofessor am
CARISSMA, Franziska Hegner, wissenschaftliche Mitarbeiterin am CARISSMA,
und dem Illustrator Helmut „Dino“ Breneis das Kinderbuch „Die Stufen des
automatisierten Fahrens“ herausgegeben.

An einem sonnigen Samstagvormittag begeben sich die Protagonisten des
Buches, die Familie Hansen, auf einen Ausflug in den Wald. Auf dem Weg
dorthin stellt ihnen ihr Auto, das Form und Farbe nach Belieben ändern
kann, die unterschiedlichen Stufen des automatisierten Fahrens vor: Die
Reise beginnt mit einem  automatisierten Fahrzeug der 1990er-Jahre und
endet mit einem vollautomatisierten Wagen der Zukunft.

Mit dem kindgerechten und farbenfroh bebilderten Büchlein stellt „Mensch
in Bewegung“ leicht verständlich einen wichtigen Teilaspekt der
Entwicklung der Mobilität vor. Bei „Mensch in Bewegung“ handelt es sich um
eine Kooperation der Technischen Hochschule Ingolstadt (THI) mit der
Katholischen Universität Eichstätt-Ingolstadt (KU), die im Rahmen der
Förderinitiative „Innovative Hochschule“ vom Bundesministerium für Bildung
und Forschung finanziert wird.

Mit der Innovationsallianz „Mensch in Bewegung“ haben die THI und die KU
eine Plattform geschaffen, um gemeinsam an der Lösung der drängenden
Fragen unserer Zeit zu arbeiten. Um die Herausforderungen anzugehen,
entwickeln Mitarbeitende und Forschende beider Hochschulen neue Formen der
Zusammenarbeit von Wissenschaft und Gesellschaft. Gute Rahmenbedingungen,
passgenaue Angebote sowie offene und flexible Räume dienen dazu, die
Transformation nachzuvollziehen und aktiv mitzugestalten. In diesem
Kontext ist auch das Booklet „Die Stufen des automatisierten Fahrens“
entstanden. Es soll gezielt junge Leserinnen und Leser über die Mobilität
von morgen informieren und wird auch am Stand der Mobilitätsregion
Ingolstadt auf der diesjährigen IAA verteilt werden. Die wissenschaftliche
Leitung bei der Konzeption des Booklets übernahm Andreas Riener,
Forschungsprofessor am CARISSMA Institut für automatisiertes Fahren an der
THI und Leiter des Clusters Mobilität im  Transferprojekt „Mensch in
Bewegung“.