Autonomes Fahren Designstudie Logistik Straßenverkehr

Die drei betroffenen Ebenen einer Automatisierung des Lkw-Verkehrs

Bild: Volvo Trucks
Eine Automatisierung des Straßengüterverkehrs hätte umfangreiche und tiefgreifende verkehrliche Folgen. Diese lassen sich in die Fahrzeugebene, die Infrastrukturebene und eine verkehrsmarktbezogene Ebene einteilen.

Technische Weiterentwicklungen, bessere Sensoren und Algorithmen sowie Fortschritte in der Fahrzeugtechnik dürften das vollautomatisierte Fahren im Güterverkehr (Automatisierungsstufe 4) oder gar autonome Nutzfahrzeuge (Automatisierungsstufe 5) über kurz oder lang realistisch werden lassen. Auch wenn sich die Geschwindigkeit der technischen Weiterentwicklung, die Nachfrage nach automatisierten Fahrzeugen und deren Einsatzform sowie die gesellschaftliche Akzeptanz aus heutiger Sicht nicht abschließend bestimmen lässt, ist es wahrscheinlich, dass die Vorteile entsprechender Fahrzeugkonzepte langfristig überwiegen werden. Die Vorteile, aber auch mögliche Wirkungen auf Verkehrsmärkte, Vernetzung, die ökologische Verträglichkeit, die Verkehrssicherheit und etwaige Beschäftigungseffekte sind in dieser umfassenden Einführung in das Thema Automatisierung des Straßengüterverkehrs näher erläutert. Ein wichtiger Faktor dürfte der europaweite Mangel an Fahrpersonal aufgrund des demografischen Wandels sein.

Aus verkehrssystemischer Perspektive hat die Automatisierung des Straßengüterverkehrs eine fahrzeugbezogene, eine infrastrukturelle und eine verkehrsmarktbezogene Komponente.

Fahrzeugebene

Auf Fahrzeugebene ist davon auszugehen, dass sich Fahrzeugform und Hardwarearchitektur in der höchsten Automatisierungsstufe des autonomen Fahrens deutlich von heutigen Fahrzeugkonzepten unterscheiden werden. Während die Abmessungen und Ausstattungsmerkmale in den unteren Automatisierungsstufen aufgrund des weiterhin möglichen menschlichen Eingriffs ähnlich wie bei heutigen Lkw bleiben dürften, ermöglicht der perspektivische Wegfall des menschlichen Fahrers völlig neuartige Zugmaschinen. Hinzu kommen die neuen Gestaltungsmöglichkeiten eines vollelektrischen Fahrzeugs, wenn vom Konzept eines zentralen Antriebs, der über Getriebe die einzelnen Räder antreibt, zu einem Antriebskonzept mit elektrischen Einzelradantrieben umgestellt wird.

Volvo hat 2019 mit Vera, der vollelektrischen und autonom fahrenden Sattelzugmaschine ohne Fahrerhaus, auf Konzeptebene gezeigt, in welche Richtung die Entwicklung geht. Die flache Zugmaschine wurde für den Einsatz in Logistikzentren, Industrieanlagen, Terminals und Häfen konzeptioniert und in Zusammenarbeit mit dem Fähr- und Logistikunternehmen DFDS im Hafen von Göteborg eingesetzt.

Die vollelektrische autonome Sattelzugmaschine im Hafen Göteborg, 2019 | Foto: Volvo Trucks

Für den Einsatz im Fernverkehr dürften sich die Abmessungen aufgrund größerer Akkupakete zur Erhöhung der Reichweite und der Installation eines Windschotts zur Verbesserung der Aerodynamik bei höheren Geschwindigkeiten ändern. Höhe, Länge und Masse des Zugfahrzeugs werden voraussichtlich insbesondere durch die Frage der Energiebereitstellung beeinflusst. Die Versorgung von Nutzfahrzeugen über Oberleitungen, wie im Projekt E-Highway, ist eine Option der Energieversorgung. Dies setzt jedoch hohe Investitionen in die Infrastruktur voraus, was die Realisierung unsicher macht. Eine weitere Möglichkeit sind batterieelektrische Nutzfahrzeuge mit Akkus. Die Gestalt der Fahrzeuge wird durch die benötigte Akkukapazität, die Verwendung von Aufliegern mit Akkus und die Distanz zwischen Akkuwechselstationen entlang der Strecke beeinflusst.

Infrastrukturebene

Die Infrastruktur spielt eine wichtige Rolle nicht nur für die Energieversorgung, sondern auch für die Umsetzung von Automatisierungsfunktionen im Nutzfahrzeugbereich.

Die meisten Szenarien gehen davon aus, dass der Markthochlauf hoch- und vollautomatisierter Fahrzeugsysteme im technologisch einfacheren Autobahnnetz stattfinden wird. Autobahnen und autobahnähnliche Straßen werden im Einrichtungsverkehr befahren. Es gibt keinen Querverkehr und sie besitzen eine durchgängig sehr gute Fahrbahnmarkierung sowie eine Einheitlichkeit der Infrastruktur. Herausfordernd, aber lösbar, sind insbesondere Baustellenbereiche und das Einfädeln und Verflechten an Auffahrten.

Aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten dürfte sich die Nutzfahrzeugindustrie vornehmlich auf die Automatisierung von Autobahnfahrten fokussieren. Ökonomische Potentiale ergeben sich vor allem durch die Ausdehnung der Einsatzzeiten der Fahrzeuge aufgrund des Wegfalls der Fahrer-Ruhepausen. In Kombination mit der hohen Fahrleistung von Lkw auf Autobahnen und vielbefahrenen Bundesstraßen ergibt sich eine wirtschaftliche Basis, um die fahrzeugtechnisch bedingten Zusatzkosten zu tragen. Es ist daher wahrscheinlich, dass die Automatisierung im Nutzfahrzeugbereich auf Autobahnen früher einsetzen wird als im komplexeren Stadtverkehr. Für die Zustellung von Sendungen muss jedoch auch eine Lösung für die sogenannte ‘letzte Meile’ gefunden werden, also beispielsweise für die Fahrt vom Autobahnnetz bis ins Gewerbe- oder Industriegebiet oder ein Terminal. Je nach Standort ergeben sich unterschiedliche Entfernungen. Kurze Stichfahrten zu Gewerbegebieten in der Nähe von Autobahnen können infrastrukturell und softwareseitig vergleichsweise einfach ermöglicht werden. Allerdings kann bereits bei kurzen Strecken ein Mehraufwand entstehen.

Für längere Fahrten von der Autobahn zur Abhol- und Lieferadresse sowie für Innerortsfahrten könnte der Hub-and-Spoke-Verkehr an Bedeutung gewinnen. Lkw fahren im Hauptlauf auf der Autobahn unbemannt und autonom und koppeln den Auflieger an einem Terminal in der Nähe der Autobahn ab. Ein anderer Auflieger mit voller Akkukapazität wird angeschlossen. Der abgestellte Auflieger wird im Nachlauf von einem menschlichen Fahrer zum Empfänger gebracht. Im Versand funktioniert das Prinzip ähnlich: Ein menschlicher Fahrer bringt den Auflieger vom Absender zum nächstgelegenen Terminal. Von dort wird die Lieferung mit einer autonomen Zugmaschine weitertransportiert.

Prinzip eines Hub-and-Spoke-Systems | eigene Grafik | CC0

Für den Austausch und das Abstellen von Aufliegern sowie das Laden der E-Trailer sind Verkehrsflächen, Ladeinfrastruktur und eine leistungsfähige Anbindung an das Stromnetz erforderlich. Diese Infrastruktur steht derzeit noch nicht zur Verfügung und muss perspektivisch entwickelt werden. Die Flächeninanspruchnahme ist kritisch zu hinterfragen.

In einem solchen Hub-and-Spoke-System könnte die Bedeutung von Containerterminals für den Straßengüterverkehr zunehmen. Containerterminals haben eine flächeneffiziente Zwischenpufferfunktion für Sendungen aufgrund ihrer Stapelfähigkeit, die mit Lkw-Aufliegern nicht erreicht werden kann. Ein Beispiel hierfür sind die Flächenbedarfe für das Parken von Aufliegern in Fährhäfen, wie zum Beispiel dem Fährterminal Skandinavienkai in Travemünde (siehe Google Maps).

Verkehrsmarkt

Die Automatisierung des Straßengüterverkehrs beeinflusst auch die Verkehrsmärkte. Durch den Wegfall von Pausenzeiten und kurzen Umschlagzeiten in einem Hub-and-Spoke-Netz verkürzt sich die Transportdauer erheblich. Dadurch könnten die Kosten für (zeitkritische) Transporte sinken. Möglicherweise werden Lager- und Pufferkapazitäten abgebaut und auf die Straße verlagert. Die Verfügbarkeit von Lkw-Fahrer:innen würde als Kapazitätsrestriktion wegfallen. Der Straßengüterverkehr könnte im Allgemeinen an Wettbewerbsfähigkeit gewinnen und gegenüber der Konkurrenz attraktiver werden. Insbesondere könnte dies den Schienengüterverkehr betreffen.

Der Schienengüterverkehr steht vor allem im Kombinierten Verkehr (KV) im Wettbewerb mit dem Lkw. Im Massengutverkehr ist die Konkurrenz deutlich geringer. Durch den Kohleausstieg in der Strom- und Wärmeerzeugung dürften die stark schienenaffinen Kohletransporte perspektivisch zurückgehen. Es wird angenommen, dass durch die fortschreitende Containerisierung und den Ausbau des Kombinierten Verkehrs ein Teil der freiwerdenden Kapazitäten im Schienennetz aufgefangen wird und ein größerer Anteil der Gütergruppe „Konsumgüter zum kurzfristigen Verbrauch“ (FMCG) auf der Schiene transportiert werden könnte (4 % statt bisher ~1 %). Allerdings ist diese Gütergruppe relativ zeitsensibel und setzt daher eine hohe Zuverlässigkeit und Transportqualität voraus. Diese ist derzeit nicht gegeben und kann nur durch hohe Infrastrukturinvestitionen über einen längeren Zeitraum erreicht werden.

Eine verstärkte Wettbewerbsintensität durch Automatisierung und günstiger werdende Straßengütertransporte sowie fehlende Kapazitäten im Schienennetz könnten den Schienengüterverkehr weiter unter Druck setzen und Transportvolumen abziehen. Dies könnte übergeordneten verkehrspolitischen Zielen zuwiderlaufen. Durch eine Automatisierung des Straßengüterfernverkehrs könnten insbesondere die vergleichsweise margenstarken Konsumgüter zum kurzfristigen Verbrauch auf der Straße bleiben. Der Schienengüterverkehr bliebe somit vor allem für die Güterabteilungen Chemische Erzeugnisse, Metalle und Metallerzeugnisse sowie land- und forstwirtschaftliche Erzeugnisse von Bedeutung, die jedoch begrenztes Wachstumspotenzial aufweisen. Eine Ausnahme bilden die ‘Kokerei- und Mineralölerzeugnisse’, innerhalb derer es voraussichtlich eine Verschiebung hin zu synthetischen Kraftstoffen geben wird. Eine große Mengenzunahme im Vergleich zu heute ist jedoch ebenfalls unwahrscheinlich, da ein Großteil dieser Waren bereits heute importiert wird und eine Zunahme im Bereich synthetischer Kraftstoffe fossile Kraftstoffe ersetzen würde. Die Anmerkungen gelten ebenfalls für die Binnenschifffahrt.

Fazit

Eine Automatisierung des Straßengüterverkehrs hätte umfangreiche und tiefgreifende Folgen für den Güterverkehr.

Mögliche Veränderungen auf Fahrzeugebene, einschließlich vollelektrischer Zugmaschinen, deuten auf eine fundamentale Umgestaltung des Straßengüterverkehrs hin. Die Nutzung von Autobahnen für hochautomatisierten Verkehr birgt ökonomische Potenziale, bringt jedoch Herausforderungen für die Infrastruktur und andere Verkehrsträger mit sich.

Eine Automatisierung des Straßengüterverkehrs könnte möglicherweise die Bedeutung des Hub-and-Spoke-Systems wachsen lassen. Allerdings sind dafür infrastrukturelle Entwicklungen notwendig. Die Automatisierung verspricht eine Verkürzung der Transportdauer, Kosteneinsparungen und eine gesteigerte Wettbewerbsfähigkeit des Straßengüterverkehrs. Es besteht jedoch die Gefahr, dass dies auf Kosten des Schienengüterverkehrs und der Binnenschifffahrt geschieht. Insbesondere dann, wenn die Automatisierung den Straßentransport wirtschaftlicher gestaltet und aktuelle verkehrsträgerspezifische Probleme nicht konsequent angegangen werden.

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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