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[Nachtrag] Wie viel CO2 emittieren Elektroautos wirklich?

Oh, man. Was hatte ich für diesen Artikel an Kritik einstecken müssen. In diversen Internetforen waren “Milchmädchenrechnung” und “vollkommen realitätsfern” noch die netteren Kommentare. Die “freundlichen” Mails habe ich irgendwann getrost ignoriert, aber was soll’s, geschenkt…

Natürlich gab es auch konstruktive Kritik, die ich natürlich angenommen habe. Teilweise sehe ich selber einige Schwächen an diesem Artikel. Insbesondere die Überschrift ist in meinen Augen ein wenig zu reißerisch und ich würde dies heute anders formulieren. Man darf aber auch nicht vergessen, dass ich diese Berechnungen alleine in meiner Freizeit anstelle und daher stark vereinfacht sind. Umso mehr freut es mich natürlich, dass sich das Öko-Institut und das Institut für sozial-ökologische Forschung (ISOE) ebenfalls mit dieser Problematik auseinander gesetzt haben und natürlich zu fundierteren Ergebnissen gekommen sind.

In der Studie “OPTUM: Optimierung der Umweltentlastungspotenziale von Elektrofahrzeugen – Integrierte Betrachtung von Fahrzeugnutzung und Energiewirtschaft” (gefördert aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestags vom Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU)) wurden nochmals die Umweltentlastungspotenziale von Elektrofahrzeugen analysiert.

Der Status quo

Hauptproblem bei der Verringerungen der CO2-Emissionen in der Bundesrepublik Deutschland ist der Verkehrssektor. Während in den letzten 20 Jahren die Emissionen um 24 Prozent gesenkt werden konnten, stiegen die CO2-Emissionen des Verkehrs im Vergleich zum Jahr 1990 um knapp acht Prozent. 83 Prozent der Emissionen im Verkehrssektor werden vom Straßenverkehr verursacht, der im Jahr 2009 rund 178 Millionen Tonnen CO2 emittiert hat. Der Bau / Kauf von größeren und schwereren Fahrzeugen sowie die steigende Verkehrsleistung neutralisieren die Entwicklung effizienterer Verbrennungsmotoren nahezu.

In der Politik wird daher gehofft, mit effizienteren Elektromotoren neben den lokalen Emissionen auch die globalen Emissionen des Verkehrs zu senken. Um die Einsparpotentiale bemessen zu können, wurde in OPTUM ein integrativer Ansatz gewählt, der folgende Bereiche betrachtet und miteinander in Zusammenhang setzt:

  • Akzeptanz und Attraktivität von Elektrofahrzeugen
  • Marktpotenziale für Elektrofahrzeuge
  • Interaktion von Elektrofahrzeugen mit dem Stromsektor
  • CO2-Minderungspotenziale von Elektromobilität
  • Ökonomische Betrachtung der Speichermedien
  • Ressourceneffizienz des Systems Elektromobilität

Ich möchte nun kurz die einzelnen Ergebnisse vorstellen, die genauen Berechnungsmethoden lassen sich der Studie entnehmen.

Akzeptanz und Attraktivität von Elektrofahrzeugen

Die Akzeptanz von Elektroautos ist zweigeteilt. Eine größere Gruppe sieht insbesondere die geringere Reichweite, die limitierte Kapazität der Batterie und das höhere Preisniveau kritisch. Das Aussehen von Elektrofahrzeugen ist vorrangig durch Konzeptstudien geprägt, Wissen und Informationen über Elektrofahrzeuge sind lückenhaft. Die andere Gruppe befürwortet Elektroautos als vorteilhaft, da Lärm und Abgasemissionen insbesondere in den Städten gesenkt werden. Befürwortet wird auch eine Einheit von Verkehrs- und Energiesektor, z.B. Smart Grids und die Zwischenspeicherung von Energie in Batterien von Elektrofahrzeugen.

Für die Jahre 2020 und 2030 würden sich 12 bis 25 % der Neuwagenkäufer für den Kauf eines voll-elektrischen Pkw entscheiden. In den unteren Fahrzeugsegmenten ist die Bereitschaft zum Kauf eines Elektroautos größer. Im Jahr 2030 erweitert sich dies von Kleinwagen auf Mittelklassefahrzeuge.

Kaufbereitschaft eines Elektroautos im Jahr 2020 nach FahrzeugklassenKaufbereitschaft eines Elektroautos im Jahr 2020 nach Fahrzeugklassen, CV: Verbrennungsmotor, PHEV: Plug-In-Hybrid-Antrieb, BEV: Voll-elektrischer Antrieb – Grafik: Öko-Institut

Im Jahr 2020 würden sich etwa 60 % der Befragten sich für einen voll-elektrischen Pkw bzw. einen Plug-In-Hybrid und etwa 40 % für einen konventionellen Pkw mit Verbrennungsmotor entscheiden. Für das Jahr 2030 steigen die Anteil der elektrisch angetriebenen Fahrzeuge dementsprechend:

Kaufbereitschaft eines Elektroautos im Jahr 2030 nach FahrzeugsegmentenKaufbereitschaft eines Elektroautos im Jahr 2030 nach Fahrzeugklassen, CV: Verbrennungsmotor, PHEV: Plug-In-Hybrid-Antrieb, BEV: Voll-elektrischer Antrieb – Grafik: Öko-Institut

Als weitere Einflussgröße auf die Fahrzeugwahl werden die Verbrauchskosten angegeben (siehe auch dieser Artikel, der sich mit diesem Komplex mikroökonomisch auseinander setzt).

Im Jahr 2020 würden bei einem Kraftstoffpreis von 1,52 Euro pro Liter 40 % der Kleinwagenkäufer ein Auto mit Verbrennungsmotor wählen, bei 2 Euro 35 %, bei 2,50 Euro nur noch 30 % und bei 3,00 Euro pro Liter sinkt der Anteil auf 26 %. Kaufhemmend wurden steigende Strompreis angesetzt: Würde der Strompreis im Jahr 2020 statt geschätzter 0,217 Euro pro kWh auf 0,3 Euro / kWh steigen, reduziert sich der Anteil der Kleinwagenkäufer, die einen Plug-In- Hybrid oder ein voll-elektrisches Fahrzeug wählen, um 3 Prozentpunkte. Bei einem Strompreis von 0,4 Euro / kWh sinkt der Anteil auf 52 Prozent und bei 0,5 Euro / kWh auf 46 Prozent.

Eine weitere große Einflussgröße ist der Anschaffungspreis. Bei einer Steigerung von 280 €/kWh auf 350 €/kWh reduziert sich der Anteil der Kleinwagenkäufer, die einen Plug-In-Hybrid oder ein Elektroauto kaufen würden, um 2 Prozentpunkte und bei einer Steigerung auf 500 €/kWh um 7 Prozentpunkte. Eine Reduzierung der Batteriekosten auf 200 €/kWh lässt den Anteil für die Plug-In-Hybride und Elektroautos im Kleinwagensektor um 2 Prozentpunkte steigen. 

Veränderungen bei der Ladedauer und Reichweite haben ebenfalls eine positive Auswirkung auf die Zahl verkaufter Elektrofahrzeuge. Allerdings werden statt Pkw mit Verbrennungsmotoren eher Plug-In-Hybride ersetzt. Eine Erhöhung der Reichweite von 160 km auf 300 km erhöht den Anteil der voll-elektrischen Fahrzeuge im Kleinwagensegment um 6 Prozentpunkte auf 25 %; bei einer Reichweite von 500 km um 10 Prozentpunkte auf 29 %.

Unter Berücksichtigung des heutigen Mobilitätsverhaltens liegt das Maximalpotenzial für batterieelektrische Pkw bezogen auf den Gesamtbestand bei unter 10 %. Das Maximalpotenzial von Plug-In-Hybriden ist nur durch den Ausbau der öffentlichen Infrastruktur begrenzt und liegt im betrachteten Szenario im Jahr 2030 bei rund 85 % aller Fahrzeuge.

Bis zum Jahr 2020 soll der Bestand auf etwa 500.000 Elektrofahrzeuge steigen. Damit würde das politische Ziel von einer Million Elektrofahrzeugen verfehlt werden. Bis 2030 soll die Zahl auf etwa 5,9 Millionen ansteigen. Im Jahr 2022 würde die Millionenmarke im Bestand überschritten. Mit über 80 % würde der Bestand an Elektrofahrzeugen von Plug-In-Hybridfahrzeugen dominiert.

Aufgrund der um 30% geringeren Fahrweite der Elektrofahrzeuge und eine Nutzung des rein elektrischen Fahrbetriebs bei Plug-In-Hybriden in 66 Prozent der Nutzungszeit würde die elektrische Fahrleistung im Jahr 2020 nur 0,8 Prozent bzw. im Jahr 2030 knapp acht Prozent betragen.

Die benötigte Energie

Die zusätzlich benötigte Energie kann entweder aus fossilen Energieträgern wie Kohle und Gas oder aus regenerativen Energieträgern wie Wasser, Wind und Sonnenenergie erzeugt werden. In OPTUM wird davon ausgegangen, dass im Falle der Nutzung fossiler Energieträger die zusätzlich benötigte Energie vorrangig aus Kohle gewonnen wird, im Jahr 2030 kommt vermehrt Erdgas hinzu. Die zusätzlich benötigte Energie wird in sogenannten Grenzkraftwerken produziert.

Um entsprechende Nachfragespitzen insbesondere in den Abendstunden zu vermeiden, und die Netzlast zu verringern, kann durch ein Lademanagement die Ladung der Elektrofahrzeuge in jene Stunden verschoben werden, in denen der aus dem Grenzkraftwerk erzeugte Strom möglichst kostengünstig ist.

Durch die Implementierung eines Lademanagements ist folgender Kraftwerkseinsatz im Jahr 2020 notwendig:

Ladestrom für Elektroautos Kraftwerkseinsatz lastspitzen im Jahr 2020 bei LademanagementKraftwerkseinsatz in stündlicher Auflösung für eine ausgewählte Oktoberwoche im Szenariojahr 2030 – mit Elektromobilität mit Lademanagement, Grafik: Öko-Institut

Mit Lademanagement ist der Anteil an Kohlestrom aufgrund der geringeren Produktionskosten größer als im Szenario ohne Lastmanagement. Zwar erhöht das Lademanagement auch die Nutzung regenerativer Energien von 5 % auf 19 % (2030), allerdings auch den Anteil an tendenziell emissionsintensiven Grundlastkraftwerken. Sollte regenerative Energie zusätzlich zur Verfügung gestellt werden, wird der für Elektrofahrzeuge zusätzlich benötigte Strom vor allem von teurerem Steinkohle- und Erdgasstrom hin zu kostengünstigeren Alternativen wie Braunkohle (2020) bzw. Wind (2030) verlagert.

Bei der Produktion des zusätzlich benötigten Stroms werden je Kilowattstunde 900 g CO2 (2020) bzw. ca. 700 g CO2 (2030) emittiert. Beide Werte liegen weit über den Emissionswerten des gesamtdeutschen Strommixs von 520 g/kWh (2020) bzw. 490 g/kWh im Jahr 2030.

Der Stromverbrauch der Elektrofahrzeuge soll im Jahr 2011 bei ca. 11 Terawattstunden (TWh) liegen. Die gesamte Nettostromverbrauch beträgt zum Vergleich 593 TWh.

Der positive Effekt

Allerdings kann durch das Lademanagement auch zusätzliche regenerative Energie verwendet werden, die bislang aufgrund ihrer Nichtspeicherbarkeit nicht genutzt werden konnte. Durch die zusätzlichen Speicherkapazitäten können konventionelle fossile Stromerzeugungskapazitäten durch regenerative Energiequellen ersetzt werden. Für die Berechnung wird für diese Energiemenge ein niedriger negativer CO2-Wert angesetzt.

Als Zwischenfazit kann festgehalten werden, dass insbesondere der Aufbau zusätzlicher erneuerbarer Kapazität den Klimaneutzen von Elektrofahrzeugen determiniert. Die Verkehrswende ist eng mit der Energiewende verbunden und umgekehrt. Mit zusätzlich erzeugter regenerativer Energie und bei Einsatz von Lademanagement ist der gegenüber dem Basisszenario zusätzlich produzierte„Fahrstrom“ vollständig erneuerbar. Die CO2-Emissionsfaktoren dieser zusätzlichen Stromproduktion sind nahe Null.

Die CO2-Bilanz – Well-to-Wheel

Um eine CO2-Bilanz der Elektromobilität aufstellen zu können, ist es notwendig, nicht nur die reinen Fahremissionen zu betrachten sondern auch den Bau des Fahrzeuges, das Fahrzeugrecycling, die Bereitstellung der benötigten Rohstoffe, etc. Eben eine Betrachtung über die gesamte Lebensdauer (inkl. “Geburtsphase”) eines Fahrzeugs (= Well-to-Wheel).

 Aus der zusätzlichen Stromnachfrage und der CO2-Intensität der zusätzlichen Stromerzeugung lassen sich die Emissionen der Elektrofahrzeuge bestimmen. Natürlich müssen auch die Emissionen der eingesparten konventionellen Kraftstoffe unter Berücksichtigung der wachsenden Biokraftstoffbeimischung und des künftigen technologischen Fortschritts berücksichtigt werden. 

Die CO2-Bilanzierung berücksichtigt den realen Energieverbrauch eines im Jahr 2030 neu zugelassenen Pkw. Für Fahrzeuge mit (teil-) elektrischem Antrieb wird ferner ein mittlerer Batterieladewirkungsgrad von 90 % unterstellt. Der elektrische Fahranteil des Plug-In-Hybridfahrzeugs von 67 % leitet sich aus dem Anteil der zurückgelegten kurzen Wege ab.

Die CO2-Emissionen von Elektrofahrzeugen

Ohne den Ausbau von Erneuerbaren Energien liegen die Gesamtemissionenvon Plug-In-Hybrid- und batterieelektrischen Pkw im Jahr 2030 16 % bzw. 17 % über dem Emissionsniveau eines konventionellen Benzin-Pkw.

Durch den Ausbau der Windenergie können die CO2-Emissionen von Elektroautos massiv gesenkt werden. Eine Verringerung um 87% für batterieelektrische Fahrzeuge bzw. 65% für Plug-In-Hybridfahrzeuge wird als durchaus realistisch betrachtet!

Zieht man den gesamtdeutschen Strommix als Grundlage heran, so verringern sich die Emissionen um 13 Prozent (Plug-In-Hybrid) bzw. 24 Prozent (rein elektrisch) im Vergleich zu einem konventionellen Fahrzeug mit Verbrennungsmotor im Jahr 2030.

CO2 Emissionen von Elektroautos im Vergleich zu Benzin DieselCO2-Bilanz 2030 für unterschiedliche Stromerzeugungsoptionen, mit Lademanagement –Vergleich der spezifischen CO2-Emissionen eines konventionellen Benzinfahrzeugs (CV) der Größenklasse “mittel“ mit einem Fahrzeug mit Plug-In-Hybrid- (PHEV) bzw. batterieelektrischem Antrieb (BEV) – Grafik: Öko-Institut

Aber erst die Berücksichtigung der tatsächlichen Pkw-Fahrleistung quantifiziert die absolute Höhe der CO2-Emissionen. Durch die etwa 40 Prozent geringere Fahrleistung der rein elektrisch betriebenen Pkw (geringere Fahrweiten) verringert sich auch der Gesamteffekt gegenüber den Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor. Die absolute CO2-Einsparung pro Jahr liegt beim Plug-In-Hybridfahrzeug trotz des Fahranteils mit konventionellen Kraftstoffen (33%) mit 1.135 kg um 13 Prozent höher als beim reinen Elektrofahrzeug (983 kg CO2-Einsparung).

Für die prognostizierten Zulassungszahlen für das Jahr 2020 von etwa 537.000 Elektrofahrzeuge, davon 64,000 vollelektrisch und 473.000 Plug-In-Hybride, und das Jahr 2030 mit rund 5,8 Millionen Elektrofahrzeugen (780.000 voll-elektrisch und 5.080.000 Plug-In-Hybride, wird der Gesamtausstoß von CO2 folgendermaßen berechnet:

In Szenario 1 werden die obigen Zahlen ohne Ausbau der erneuerbaren Energien begleitet, in Szenario 2 mit zusätzlichen Ausbau der regenerativen Energien, insbesondere Windkraft. Als Referenzszenario dient der Fall “ohne Elektromobilität”. Betrachtet man nun die CO2-Emissionen der zusätzlichen Stromerzeugung für Elektrofahrzeuge, so wird nur im Falle des Szenarios 2 eine Reduktion der Emissionen erreicht. 

Ohne zusätzlichen Erneuerbaren-Energien-Ausbau würden die Gesamtemissionen im Jahr 2030 hingegen mit 3,1 Millionen Tonnen CO2 um 3,6 % über dem Referenzfall liegen. Im Falle eines zusätzlichen Ausbaus von Erneuerbare-Energien-Anlagen sinken die Gesamtemissionen des Pkw-Bestands durch den verstärkten Einsatz von Elektrofahrzeugen dagegen um 0,6 Millionen Tonnen CO2 (2020) bzw. 5,2 Millionen Tonnen (2030). Dies bedeutet gegenüber einem Referenzfall ohne Elektrofahrzeuge eine Minderung der CO2-Emissionen des Pkw-Bestands in Deutschland um 0,6 % im Jahr 2020 und um 6,0 % im Jahr 2030.

CO2 Emissionen von Elektroautos im Vergleich zu herkömmlichen Verbrennungsmotoren unter Berücksichtigung von erneuerbaren EnergienCO2-Emissionen des Pkw-Bestands im Referenzfall ohne Elektromobilität und im Szenario Elektromobilität für unterschiedliche Stromerzeugungsoptionen, Grafik: Öko-Institut

In der obigen Grafik wird der Effekt nochmals sichtbar. Zu beachten ist auch, dass die Kurve Elektromobilität mit EE-Zubau stärker fällt als die Vergleichskurven. Durch Elektromobilität können im besten Falle 5,2 Millionen Tonnen CO2 eingespart werden. Zum Vergleich: 2009 wurden durch Kraftstoffe insgesamt 95 Millionen Tonnen CO2 verursacht. Eine Reduktion von knapp 5 Prozent der Emissionen ist durchaus erstrebenswert und förderungswürdig!

Für den Zeitraum über 2030 hinaus dürfte sich der oben dargestellte Effekt weiter verschärfen wobei unklar ist, welche Rolle fossile und biogene Kraftstoffe in Zukunft spielen werden.

Fazit:

Man kann durchaus feststellen, dass Elektrofahrzeuge eine Verringerung der CO2-Emissionen des Verkehrssektors bewirken können. Bei Nutzung der “falschen” Grenzkraftwerke können die CO2-Emissionen jedoch auch durchaus steigen. Ein Fallbeispiel hatte ich ja bereits durchgerechnet.

Durch die OPTUM-Studie wird nochmals klar, dass die Verkehrswende eng mit der Energiewende verknüpft ist und man sich nicht nur Gedanken über die Implementierung von Elektrofahrzeugen und den Aufbau der notwendigen Ladeinfrastruktur machen sollte. Aufmerksamkeit muss auch auf die Stromversorgung und die Entwicklung eines einfach funktionierenden Lademanagements gerichtet werden (ein Fakt auf den sogar der ADAC schon länger hinweist).

In der Presse macht diese Studie derzeit eine große Welle. Wieso berufen sich eigentlich viele Journalisten auf den Artikel in der taz anstelle die Studie selbst zu lesen? (Der Artikel ist nicht falsch, es geht mir eher um die Interpretation der Interpretation.) Und wieso gehen sie davon aus, dass sich Elektromobilität und die Nutzung effizienterer Verbrennungsmotoren ausschließen? Wieso wird nicht der Bogen von der Verkehrspolitik hin zur Energiepolitik gezogen und die Formulierung konkreter energiepolitischer Ziele von Seiten der Politik gefordert? Und wieso muss das Öko-Institut eine Erklärung veröffentlichen, welche die Fehlinterpretation der Medien richtigstellt?

Die Elektromobilität ist langfristig notwendig für den Klimaschutz und kann bereits bis zum Jahr 2030 eine wichtige Option für den klimafreundlichen Verkehr sein. Das Öko-Institut distanziert sich daher von der pauschalen Behauptung, dass Elektrofahrzeuge eine „Ökolüge“ darstellen. Entscheidend für die Wirkungen auf die Treibhausgasbilanz und die Weiterentwicklung dieser Verkehrsoption sei vielmehr der rechtzeitige und forcierte Ausbau der erneuerbaren Energien.

Öko-Institut

Und eventuell kommen wir endlich weg von der Bezeichnung von Elektroautos als “emissionsfrei”, “zero emission”, usw. Die Herstellung der Fahrzeuge verursacht Emissionen, sogar die Erzeugung regenerativer Energien ist nicht vollständig emissionsfrei. Die Marketingabteilungen der Autohersteller mögen zwar versuchen, Elektrofahrzeuge als emissionsfrei zu verkaufen, der Realität entspricht dies aber keinesfalls!

Ich hatte schon damals geschrieben, dass “steigende Preise für das begrenzte Gut Rohöl […] uns dazu zwingen (werden), Alternativen zum schwarzen Gold zu suchen und auch zu finden. Ich hoffe, dass dies rechtzeitig geschieht. Eine bessere Versorgungssicherheit ist im Interesse aller. Und Elektromobilität minimiert auch andere externe Effekte wie  (unter 40 Stundenkilometer) oder die direkte Abgasbelastung des Umfeldes.

Aber Elektromobilität wird nicht das Allerheilmittel sein. Wir werden uns in Zukunft darüber unterhalten müssen, welche innerstädtischen Strukturen wir erhalten wollen und welche wir aufgeben müssen / können. Wir werden ebenso einen Diskurs über die Sicherstellung von in ländlichen Regionen,  von älteren und sozial schwächeren Menschen und unsere Bedürfnisse im Allgemeinen führen müssen. Gewisse Strukturen sind mittlerweile überholt. Ich glaube, dass wir auf einige gut verzichten können ohne Abstriche machen zu müssen…

Eine Meinung, die durch die OPTUM-Studie nun gestärkt wurde…

Anonymous

Randelhoff Martin

Herausgeber und Gründer von Zukunft Mobilität, arbeitet im Hauptjob im ARGUS studio/ in Hamburg. Zuvor war er Verkehrswissenschaftler an der Technischen Universität Dortmund.
Ist interessiert an innovativen Konzepten zum Lösen der Herausforderungen von morgen insbesondere in den Bereichen urbane Mobilität, Verkehr im ländlichen Raum und nachhaltige Verkehrskonzepte.

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E-Mail: randelhoff [ät] zukunft-mobilitaet.net

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Ramon Ott
Ramon Ott
7. Mai 2014 15:07

Es freut mich, dass der Autor zumindest den veralteten Ausdruck PS nicht benutzt. Andererseits hat er
von Physik oder/und Sprache offenbar wenig Ahnung: Die Bezeichnung “Stundenkilometer” bedeutet Stunden mal Kilometer anstelle korrekt von Kilometer pro Stunde zu reden, was er anscheinend noch nicht begriffen hat. Man stelle sich das einmal beim Benzinpreis vor, statt Euro pro Liter in Euro mal Liter zu reden. Euroliter? Litereuro? Bei der Überlegung, was Stundenkilometer in Wirklichkeit wäre, stößt man schnell an Vorstellungsgrenzen.
Weiteres: Was sollen die Ausdrücke “oh, man” und “cv” für ein konventionelles Fahrzeug, ähnlich PHEV, BEV? Ist er nicht fähig, etwas in deutscher Sprache auszudrücken?
Dass die Tabellen dazu nicht richtig sein können, sieht ein Blinder. BEV mit nahezu Null indirekter CO2-Bilanz in 2030? Da müßten ja alle konventionellen Kraftwerke bis dahin abgeschaltet werden. Bisher ist der Trend gegenläufig, frage er doch einmal die Energieversorger dazu!
Fazit: Die Länge eines Artikels sagt nichts über die Qualität.
Bezeichnend finde ich, dass gleich schon angekündigt wird, dass der Moderator unpassende Kommentare löscht. Wie vielen ist das schon passiert?

abala
abala
Reply to  Ramon Ott
19. Oktober 2014 00:54

Bei “Die CO2-Emissionen von Elektrofahrzeugen” im 2. Absatz steht 87% aber in deiner Quelle und auch bei Berechnung vom Diagramm sind es 97%.

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Randelhoff Martin

Herausgeber und Gründer von Zukunft Mobilität, arbeitet im Hauptjob im ARGUS studio/ in Hamburg. Zuvor war er Verkehrswissenschaftler an der Technischen Universität Dortmund.
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