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Ökobilanz von Personenwagen – neues Webtool hilft Privatpersonen und Forschenden

Christian Bauer (links) und Romain Sacchi sind Teil des Teams am PSI, das den «Carculator» entwickelt hat – ein Webtool, mit dem sich die Umweltauswirkungen von verschiedenen Personenwagen detailliert vergleichen lassen.  Mahir Dzambegovic
Christian Bauer (links) und Romain Sacchi sind Teil des Teams am PSI, das den «Carculator» entwickelt hat – ein Webtool, mit dem sich die Umweltauswirkungen von verschiedenen Personenwagen detailliert vergleichen lassen. Mahir Dzambegovic

Entscheidungshilfe beim Autokauf: Forschende des Paul Scherrer Instituts
haben ein Webtool namens «Carculator» entwickelt, mit dem sich detailliert
die ökologische Bilanz von Personenwagen vergleichen lässt. Das Programm
ermittelt die Ökobilanz von Fahrzeugen mit unterschiedlichen Antriebsarten
und stellt sie in Vergleichsgrafiken dar. Dabei wird der gesamte
Lebenszyklus der Personenwagen bedacht, darunter also die Herstellung der
Fahrzeuge sowie die umweltrelevanten Emissionen beim Fahren.

Wer sich ein neues Auto kaufen will, denkt sicherlich auch an dessen
Ökobilanz. Jedoch kann das Bauchgefühl uns dabei trügen: Dass selbst wenn
die Herstellung der Batterie mit einberechnet wird, das E-Auto in der
Schweiz und vielen anderen Ländern schon heute am umweltfreundlichsten ist
– so das Ergebnis einer PSI-Studie von Forschenden rund um den
Umweltwissenschaftler Christian Bauer – kam kürzlich für die breite
Öffentlichkeit überraschend.

Nun hat dieselbe Forschungsgruppe ein Webtool entwickelt, das die Daten
und Ergebnisse ihrer andauernden Studien sowohl Endnutzern als auch der
Forschungsgemeinde zugänglich macht. Das Programm mit dem
wortspielerischen Namen «Carculator» ist auf der Webseite
carculator.psi.ch zu finden und führt den interessierten Laien durch eine
Auswahl an Parametern: Welche Antriebsart soll angeschaut werden,
beispielsweise Benzinmotor, Diesel, Erdgas, Brennstoffzelle oder
Batterieantrieb – also E-Auto. «Unser Tool bietet eine sehr breite Palette
an Antriebsarten», erklärt Romain Sacchi, ebenfalls Umweltwissenschaftler
am PSI und bei der Entwicklung des Carculator federführend beteiligt. «Und
es kann zudem zwischen sehr vielen Treibstoffen unterscheiden: Wir haben
neben den gängigen auch Bio- und synthetische Treibstoffe verschiedenen
Ursprungs integriert und zukünftige Technologien wie CO2-Abscheidung und
-Speicherung bei der Wasserstoffproduktion bedacht.»

Wer den Carculator nutzt, kann neben Antriebsart und Brennstoff auch die
Grössenkateogorie – von Kleinstwagen bis Van – der zu vergleichenden
Fahrzeuge eingeben. Man wählt zudem das Land aus, in welchem die Fahrzeuge
genutzt werden – denn dadurch unterscheidet sich der Strommix für
Batteriefahrzeuge – und in welchem Jahr zwischen 2000 und 2050 die Autos
zugelassen werden. Für die Zukunft kann der Strommix auch selbst definiert
werden, um die Auswirkungen verschiedener Szenarien zu testen.

Das Tool bewertet auch die Umweltauswirkungen des gesamten Lebenszyklus
von Personenwagen, also auch die Herstellung von Karosserie und aller
weiteren Bauteile wie der Batterien für Elektroantriebe.

Mehrere Umweltindikatoren im Ergebnis

Auch das Ergebnis, welches der Carculator am Ende liefert, ist detailliert
und umfangreich. «Viele Menschen denken zunächst an die Klimaauswirkung
durch Treibhausgase, also CO2 und ähnlich wirkende Gase wie Methan. Doch
es gibt noch weitere relevante Umweltindikatoren und auch diese lassen
sich ermitteln», erklärt Christian Bauer.

Darum zeigt das Tool am Ende der Berechnung nicht nur alle Treibhausgase –
zusammengerechnet und in CO2-Äquivalenten angegeben –, sondern daneben
auch den Ausstoss an Feinstaub, gesundheitsschädlichen Stickoxidemissionen
und sämtliche üblichen Ökobilanzindikatoren wie beispielsweise
Gewässerverschmutzung.

Der Carculator gibt diese Werte für alle ausgewählten Fahrzeuge parallel
als Grafiken aus, sodass sie sich vergleichen lassen.

Umfangreichstes Vergleichsinstrument – komplett transparent

Der Carculator hält für Profis zusätzlich den Blick hinter die Kulissen
parat: Wird das Programm von der Webseite heruntergeladen, können alle
zugrundeliegenden Berechnungen eingesehen, beurteilt und auch geändert
werden. «Das ist vor allem für die Forschungsgemeinde gedacht, die wissen
möchte, wie wir gearbeitet haben und die unsere Berechnungen vielleicht
für ihre eigenen, weiterführenden Studien nutzen möchte», so Sacchi.

Diese vollständige Transparenz soll der öffentlichen Debatte helfen. «Wenn
es um die ökologische Auswirkung von Verkehrsmitteln geht, wird bislang
noch zu oft mit nicht fundierten Ergebnissen argumentiert, hinter denen
unausgewogene Annahmen stecken», sagt Sacchi. «Dem wollen wir durch unsere
Nachvollziehbarkeit ein Ende setzen.»

Den PSI-Forschenden ist mit dem Carculator ein einzigartiges Werkzeug
gelungen. «Ich kann mit gutem Gewissen sagen: Wir haben das bislang
weltweit beste Vergleichstool für Personenwagen erschaffen», so Christian
Bauer. «Aber damit sind wir noch nicht am Ende – die kommenden Versionen
des Tools werden auch Lastwagen, Flugzeuge und öffentliche Verkehrsmittel
beinhalten.»

Carculator wurde im Rahmen des Swiss Competence Center for Energy Research
- Efficient Technologies and Systems for Mobility (SCCER Mobility)
entwickelt.

Text: Paul Scherrer Institut/Laura Hennemann

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Corona-Krise bremst Verkehrserziehung - DVW reagiert auf fehlende Radfahrausbildung in der Grundschule

Durch die Beschränkungen aufgrund der Corona-Pandemie wird die schulische Radfahrausbildung derzeit in keinem Bundesland durchgeführt. Die Deutsche Verkehrswacht (DVW) reagiert auf den Ausfall und bietet bis Ende Juli ein kostenloses Online-Portal für Schüler an, um die theoretischen Grundlagen der Radfahrausbildung zu vermitteln. Das Angebot wurde zusätzlich um einen Ratgeber erweitert, der Eltern helfen soll, praktische Übungen mit den Kindern durchzuführen. DVW-Geschäftsführer Daniel Schüle sieht es als gute Lösung auf Zeit: „Die Radfahrausbildung ist der wichtigste Baustein der schulischen Verkehrserziehung. Mit dem Online-Portal können wir unkompliziert Lerninhalte für zuhause anbieten und auch Eltern unterstützen. Trotzdem kann es kein vollwertiger Ersatz der Radfahrausbildung sein.“

Das Angebot ist unter radfahrausbildung-zuhause.de zu finden. Das Portal nutzt dabei Lerninhalte der erfolgreichen Online-Plattform der Verkehrswacht Medien & Service GmbH (VMS), die bereits seit etlichen Jahren ihre bewährten Schulmaterialien zur Radfahrausbildung mit einem Angebot im Netz ergänzt. So können auch für zuhause Themen und Inhalte aufbereitet werden, die Schülern der 3. und 4. Klasse richtiges Verhalten im Straßenverkehr und wichtige Regeln näherbringen. Trotzdem sind die fahrpraktischen Übungen unerlässlich, wie Daniel Schüle bekräftigt: „Wissen ist das eine, aber die Kinder müssen auch sicher auf dem Fahrrad sein. Darum ist regelmäßiges Üben an Orten ohne oder mit wenig Verkehr auch mit den Eltern dringend empfohlen. Mit dem Elternratgeber wollen wir zusätzlich Anregungen für die Fahrpraxis geben.“

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Mit „Safe2Land“ antriebsloses Flugzeug sicher landen

Safe2Land ist schon jetzt auf einem Tablet-PC verfügbar  FernUniversität
Safe2Land ist schon jetzt auf einem Tablet-PC verfügbar FernUniversität

Mit ihrem „Innovation Award“ hat eine Luftfahrt-Fachzeitschrift das Team
von Wolfram Schiffmann, Professor für Rechnerarchitektur an der
FernUniversität in Hagen, für seinen Notlande-Assistenten ELA
ausgezeichnet. Für den an seinem Lehrgebiet entwickelten „Engine-out
Emergency Landing Assistant“ (ELA) votierten in der Kategorie „Sonderpreis
Aviation“ 39,7 Prozent der teilnehmenden Leserinnen und Leser des
„aerokurier“. Wenn es zum Komplettausfall des Flugzeugantriebs kommt, kann
das Notlandeassistenzsystem Pilotinnen und Piloten wirkungsvoll
unterstützen. Es ermittelt einen im Gleitflug erreichbaren Landeplatz und
hilft bei der Steuerung der antriebslosen Maschine dorthin bis zum Boden.

Mit ihrem „Innovation Award“ hat eine Luftfahrt-Fachzeitschrift das Team
von Wolfram Schiffmann, Professor für Rechnerarchitektur an der
FernUniversität in Hagen, für seinen Notlande-Assistenten ELA
ausgezeichnet. Für den an seinem Lehrgebiet entwickelten „Engine-out
Emergency Landing Assistant“ votierten in der Kategorie „Sonderpreis
Aviation“ 39,7 Prozent der teilnehmenden Leserinnen und Leser des
„aerokurier“ – erheblich mehr als für die zweitplatzierte Entwicklung. Zur
Wahl gestellt hatte die Redaktion in insgesamt acht Kategorien
Innovationen, die nach ihrer Meinung das Potenzial haben, die Zukunft der
allgemeinen Luftfahrt zu prägen.

„Ob durch ein technisches Problem, Vogelschlag oder Benzinmangel:
Flugzeugmotoren können immer ausfallen!“ sagt Prof. Dr. Wolfram Schiffmann
mit großem Nachdruck. Der Informatik-Professor an der FernUniversität ist
in seiner Freizeit mit Leib und Seele Pilot und Fluglehrer. Wenn es zum
Komplettausfall des Flugzeugantriebs kommt, kann das an seinem Lehrgebiet
Rechnerarchitektur entwickelte Notlandeassistenzsystem Pilotinnen und
Piloten wirkungsvoll unterstützen. Es ermittelt einen im Gleitflug
erreichbaren Landeplatz und hilft bei der Steuerung der antriebslosen
Maschine dorthin bis zum Boden. Der „Emergency Landing Assistant“ (ELA)
und die „Emergency Landing Field Identification“ (ELFI) wurden jetzt um
eine Aircraft-Control-Komponente zu „Safe2Land“ erweitert und können nun
eine Maschine auch bei einem Ausfall der Crew automatisch landen.

Vielfältige Anwendungen für „Safe2Land“

Die Forschenden der FernUniversität entwickelten neue Methoden, um anhand
von Geodaten automatisch Notlandefelder zu identifizieren und Gleitpfade
dorthin sehr effizient zu berechnen. So entstand beispielsweise für
Nordrhein-Westfalen mithilfe künstlicher neuronaler Netze eine Datenbank
mit mehr als 100.000 Notlandefeldern. Mit einem neuen Ansatz zur
Berücksichtigung der Windsituation konnte die Gleitpfad-Berechnung um
sechs Zehnerpotenzen beschleunigt werden, so dass selbst auf einem
handelsüblichen Tablet-PC pro Gleitpfad nur etwa eine Millionstel-Sekunde
benötigt wird. So können während des Fluges permanent alle möglichen
Gleitpfade bestimmt und der beste ausgewählt werden.

„Safe2Land“ wurde sowohl in einem vom Lehrgebiet selbst entwickelten
Forschungsflugsimulator als auch in realen Flugzeugen erfolgreich
getestet. Für künftige Flugzeuge mit Single Pilot Operation (SPO) oder
auch Airtaxis sowie unbemannte Flächendrohen gibt es vielfältige
Anwendungen.

Antriebslos zur Landebahn gleiten

Gefährdet von einem Triebwerksausfall sind nicht nur einmotorige
Maschinen, sondern sogar Passagierflugzeuge (bei denen der Trend weg von
den viermotorigen hin zu sparsameren zweimotorigen Typen geht). Der Pilot
muss in einem solchen Fall seine antriebslose Maschine wie ein
Segelflugzeug zu einer passenden Landebahn gleiten lassen und dort
kontrolliert aufsetzen. Durch eine solche waghalsige, aber alternativlose
Aktion wurde 2009 Chesley „Sully“ Sullenberger berühmt, als er seinen
Airbus mit stehenden Rotoren auf den Hudson River in New York lenkte.

Für Piloten sind solche Situationen purer Stress. Sie müssen innerhalb
kürzester Zeit mit oft unzureichenden Informationen genau die richtigen
Entscheidungen treffen und umsetzen. Viele Rahmenbedingungen und
Einflussgrößen können jedoch oft nur geschätzt werden.

Schon die Entscheidung für einen von mehreren möglichen Landeplätzen ist
äußerst schwierig. Prof. Dr. Wolfram Schiffmann: „Sie ist oft endgültig,
es gibt nur einen Versuch!“ Zudem sind Motorflugzeuge nicht als
Segelflieger konstruiert, ihre Gleitflugeigenschaften unterscheiden sich
im Kurven- und im Geradeausflug erheblich. Insbesondere bei langsam
fliegenden Flugzeugen ist auch die momentane – sich ändernde –
Windsituation zu berücksichtigen.

Optimalen Gleitpfad zum Landeareal finden

Unterstützt werden kann die Crew durch die schnelle Bahnplanung mittels
ELA. Der Notlandeassistent berechnet für jede Landebahn in der näheren
Umgebung vier Gleitpfade und hilft den Piloten, den optimalen Gleitpfad
zum Landeareal zu finden. Ist kein geeigneter Flugplatz erreichbar, kann
auch auf eine Datenbank mit Notlandeplätzen zurückgegriffen werden, die
mittels ELFI identifiziert wurden. Eine Landebahn sollte möglichst
entgegen der Windrichtung ausgerichtet sein. Außerdem muss sie sowohl in
Landerichtung wie auch quer dazu groß genug für das antriebslose Flugzeug
sein. Zu beachten ist auch, dass die Bahn keine Neigung in Längs- und
Querrichtung hat, die für das Flugzeug ungeeignet ist.

Den Gleitpfad hinunter zum Notlandeplatz müssen die Piloten genau
einhalten, damit das Flugzeug in der richtigen Position und mit der
optimalen Geschwindigkeit am Beginn der Landegeraden aufsetzen kann.
Jedoch können Winde Richtung und Geschwindigkeit des Flugzeugs schwer
abschätzbar beeinflussen, durch Böen kann das Flugzeug sogar „schräg im
Wind stehen“. ELA ist jedoch in der Lage, den Gleitpfad permanent neu zu
berechnen: „Unser Verfahren modelliert beliebige Windkonfigurationen und
berechnet selbst bei komplexen Windszenarien in Echtzeit den optimierten
Gleitpfad“, erläutert Schiffmann. „Bisherige Verfahren auf der Grundlage
zykloider Kurven, sogenannter Trochoiden, können dagegen nur eine
konstante Windkomponente berücksichtigen.“

Die Geodaten der Landebahnen erhält ELA von einer Datenbank, die von ELFI
erstellt wurde. Dieser Notlandeplatzfinder nutzt hochgenaue Höhendaten,
die mit der LIDAR-Technologie gemessen wurden. LIDAR steht für „Light
Detection and Ranging“, eine bewährte Messtechnologie, die mit
Laserstrahlen – ähnlich einem Radar – arbeitet. ELFI wertet das
dreidimensionale Oberflächenmodell (Digital Surface Modell) aus und
bestimmt dabei Notlandeflächen, die für die Landung des antriebslosen
Flugzeuges geeignet sind. Zusätzlich werden die Notlandefelder mit
Satellitenbildern mittels künstlicher neuronaler Netzwerke und digitalen
Straßenkarten überprüft, damit z.B. Gräben auf Feldern oder Gewässer nicht
als Landemöglichkeit eingestuft werden.

Hochkomplexe Berechnungen

„Für unsere hochkomplexen Berechnungen haben wir Computersysteme mit
parallel arbeitenden Mehrkernprozessoren eingesetzt, die ihre
Teilergebnisse später zusammengeführt haben“, erläutert Wolfram
Schiffmann. „Obwohl wir nur die Höhendaten für eine begrenzte Anzahl von
Landerichtungen abgetastet und jeweils geprüft haben, ob die Landeplätze
bzgl. Größe und Neigungen geeignet sind, fielen gewaltige Datenmengen an.
Bei der Ermittlung von Notlandefeldern allein im Raum Hagen etwa mussten
ettliche Gigabytes ausgewertet werden.“

„Safe2Land“ mit Autopilot erprobt

In seiner Masterarbeit hat ein FernUni-Student am Lehrgebiet
Rechnerarchitektur „Safe2Land“ in ein unbemanntes Modellflugzeug mit 1,4
Metern Spannweite und 1,5 Kilogramm Abflugmasse integriert. Wesentlicher
Bestandteil seiner Arbeit ist ein von ihm entwickelter Regler, der das
Fluggerät entlang der von „Safe2Land“ geplanten Notlandebahn führt.

Die abschließende Analyse von Flugdaten aus Simulationen und einem realen
Flugversuch stellte die hohe Genauigkeit des automatisierten Gleitfluges
unter Beweis. Selbst bei simulierten Turbulenzen wich die Position im
Endanflug weniger als 25 Zentimeter in der Horizontalen und weniger als
fünf Zentimeter in der Vertikalen von den vorausberechneten Werten ab. Und
auch bei einem realen Testflug landete das von Safe2Land gesteuerte
Flugmodell unbeschadet auf einer Wiese.

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Deutscher Verkehrssicherheitsrat DVR fordert generelle Tempolimits auf Bundesautobahnen

Der Vorstand des Deutschen Verkehrssicherheitsrats (DVR) fordert generelle Tempolimits für alle Kfz auf Bundesautobahnen. Die Verkehrssicherheitsorganisation geht davon aus, dass die Zahl der Verkehrsopfer durch diese Maßnahme sinken wird.

„Die Strategie des DVR ist die Vision Zero. Demnach ist es unsere Aufgabe, uns für all die Maßnahmen einzusetzen, die Verkehrsunfälle mit Getöteten und Verletzten verhindern. Dazu zählt auch das generelle Tempolimit auf Bundesautobahnen“, erklärt Prof. Dr. Walter Eichendorf, Präsident des DVR.

Die Forderung ist Bestandteil eines umfassenden Gesamtpapiers für mehr Sicherheit auf Bundesautobahnen.

Geschwindigkeit ist entscheidender Faktor für Unfallschwere
Geschwindigkeit spielt eine besondere Rolle bei Unfällen. Sie wirkt sich entscheidend auf die Strecke aus, die ein Fahrzeug in der Reaktionszeit im Hinblick auf ein kritisches Ereignis, beispielsweise eine Kollision zurücklegt. Zudem führt eine geringere Geschwindigkeit bei gleicher Reaktionszeit zu einem kürzeren Anhalteweg und zu Unfällen mit weniger dramatischen Folgen.

Der Inhalt des Beschlusses im Überblick:

1. Generelle Tempolimits auf deutschen Bundesautobahnen. Für Pkw ohne Anhänger, Motorräder, Trikes und Quads sowie andere Fahrzeuge bis zu 3,5 t zulässigem Gesamtgewicht bietet sich ein Tempolimit von 130 km/h an.

2. Verstärkter Einsatz intelligenter Verkehrsbeeinflussung auf Bundesautobahnen zur Erhöhung der Verkehrssicherheit. Situativ, z.B. bei entsprechender Witterung, Baustellen, Unfällen oder Staugefahr soll die zulässige Höchstgeschwindigkeit angepasst werden können.

3. Möglichkeit die zulässige Höchstgeschwindigkeit in Ausnahmefällen mit besonderer Begründung anheben zu können.

Sie finden den Beschluss online unter: https://www.dvr.de/dvr/beschluesse/2020-generelle-tempolimits-auf-bundesautobahnen.html

und das Gesamtpapier unter: https://www.dvr.de/download/beschluesse/sicherheit-auf-bundesautobahnen-erhoehen_ergaenzendes-papier.pdf 

 

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