28. Januar 2021 - Redaktion Providentia

Spart vernetztes Fahren Energie?

In einer Studie hat sich der Thinktank Agora Verkehrswende damit beschäftigt, wie sich vernetztes und automatisiertes Fahren auf die Energiebilanz eines Fahrzeugs auswirkt. Fragen an die Spezialistin für neue Mobilität und automatisiertes Fahren bei Agora Verkehrswende und Projektleiterin der Analyse Marena Pützschler.

Frau Pützschler, Vernetzung von Fahrzeugen bedingt, dass Daten ausgetauscht werden. Was bedeutet das für die Energiebilanz?

Die Automatisierung und Vernetzung von Fahrzeugen kann sehr unterschiedliche Auswirkungen auf die Energiebilanz haben, je nachdem wie effizient die Fahrzeuge gefahren und eingesetzt bzw. wie viele Daten übertragen werden. Generell gehen wir davon aus, dass vernetztes Fahren dazu führen wird, dass der Verkehr durch vorausschauendes Fahren besser fließt, also Energie eingespart wird – und zwar um bis zu 2.000 Wattstunden pro hundert Kilometer. Um herauszufinden, inwieweit und ob dieses Einsparpotenzial durch die Aufwände für Vernetzung und Automatisierung wieder kompensiert werden, haben wir zunächst zwei Szenarien entwickelt – die „Minimalvernetzung“ und die „Effiziente Vernetzung“. Im ersten Szenario gehen wir davon aus, dass die Fahrzeuge unabhängig von weiteren Sensoren in der Infrastruktur fahren und möglichst wenig Daten über das Mobilfunknetz übertragen. Notwendige Karten-Updates werden von der Hälfte aller Fahrzeuge in der eigenen Garage per WLAN durchgeführt. Die andere Hälfte aktualisiert sie über das Mobilfunknetz, wobei täglich etwa 12 Gigabyte Daten übertragen werden.

Im zweiten Szenario werden Ampeln, Schilder und Schilderbrücken an Straßen mit Sensoren bestückt und deren Informationen ins Auto zurückgesendet. Außerdem findet ein Datentransfer zu und von dezentralen, lokalen Servern (Mobile-EDGE-Computer, kurz MEC) statt. Aufgrund kurzer Latenzzeiten werden diese einer zentralen Cloud vorgezogen, da die Latenzzeiten insbesondere bei hohen Geschwindigkeiten sicherheitsrelevant sein können. Aus heutiger Sicht könnten pro automatisiertem Fahrzeug stündlich 1,4 bis 19 Terabyte Daten anfallen. Wir gehen im „Effizienzszenario“ davon aus, dass davon dann 383 Gigabyte Daten pro Stunde übertragen werden. Zudem ist natürlich der Aufwand beim zweiten Szenario erheblich höher, da für die Infrastruktur viel Vorarbeit zu leisten ist.

Lässt sich bestimmen, wie viel Energie ein vernetztes Fahrzeug verbraucht?

Aktuell sind ja bestenfalls Fahrzeuge mit dem Automatisierungsgrad 3 auf deutschen Straßen unterwegs. Das System kann die „Quer- oder Längsführung“ übernehmen und dem Fahrzeug einige Aufgaben überlassen, muss aber immer in der Lage sein einzugreifen. Bei dieser Stufe 3 des automatisierten Fahrens fallen durch zusätzliche Systemkomponenten etwa 450 Wattstunden pro 100 Kilometern mehr an als bei konventionellen Fahrzeugen. In vollautomatisierten oder fahrerlosen Fahrzeugen, für die wir für das Jahr 2050 einen Anteil von etwa 30 bzw. fünf Prozent erwarten, sind zwar noch mehr Sensoren im Einsatz. Doch gehen wir davon aus, dass die Systeme immer energieeffizienter werden und im Jahr 2050 nur noch etwas mehr als die Hälfte der jetzigen Energie benötigen. Wenn Fahrzeughersteller und Zulieferer an einer kontinuierlichen Effizienzverbesserung der Systeme arbeiten, wären auf Fahrzeugebene somit trotz zusätzlicher Komponenten Effizienzgewinne möglich.

Ausgewählte Grafiken der Analyse „Auto tankt Internet“ von Agora Verkehrswende, 2021.

Der Onboard-Energieverbrauch ist jedoch nur ein Faktor in der Gesamtbetrachtung …

Hinzu kommen einerseits der Energieverbrauch durch den Mobilfunk sowie durch die Mobile-Edge-Computer im „Effizienzszenario“. Und hier zeigt sich über beide Szenarien hinweg, dass die Datenübertragung per Funk ein starker Hebel ist. Mit der Einführung der 5G-Technologie, die aktuell nicht flächendeckend genutzt werden kann, wird sich der Energiebedarf zwar stark reduzieren – auf unter 1/3. Hier sind also enorme Einsparungen in den kommenden Jahren zu erwarten. Im Effizienzszenario sinkt der Energiebedarf im Übergang zu 5G von knapp 2.700 auf unter 900 Wattstunden pro hundert Kilometer. Der Haken: Nur wenn ein Fahrzeug nicht mehr als 800 Gigabyte Daten pro Tag überträgt, erhält die Vernetzung ihren Effizienzvorteil. Es wird also künftig sehr darauf ankommen, die Menge an Daten, die nötig sind, um den Verkehrsfluss und die Sicherheit zu erhöhen, möglichst gering zu halten.

Prognosen bis ins Jahr 2050 beinhalten viele Variablen. Trotzdem die Frage: Welches Szenario hat sich in Ihrer Studie durchgesetzt?

Nach den Berechnungen, die Wissenschaftler vom Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung (ISI) für uns gemacht haben, ist eine positive Energiebilanz in beiden Szenarien möglich, aber die Minimalvernetzung liegt im Vorteil. Doch sollte man aufpassen, dass das vollautomatisierte oder autonome Fahren nicht zu mehr Verkehr führt: Schon wenn die autonomen Fahrzeuge nur 1 bis 2,6 Prozent mehr Kilometer zurücklegen, macht das den energetischen Vorsprung wieder zunichte. Hinzu kommt, dass heute noch nicht absehbar ist, wie autonome Fahrzeuge künftig genutzt werden. Möglicherweise sind Fahrzeuge ohne Passagiere unterwegs, weil sie im Kreis fahren, bis ein Termin zu Ende ist oder sie fahren ihre Besitzer morgens in die Stadt, parken dann am Stadtrand und holen sie nachmittags wieder ab.

Alle Informationen der Analyse „Auto tankt Internet“ finden Sie hier.

Am 10. Februar 2021 gibt es ein Webinar zum Thema. Zur Anmeldung.

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