Energie und Umwelt
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Nachhaltige und emissionsarme Mobilität

Der Siegeszug der motorisierten Mobilität im Laufe des letzten Jahrhunderts führte zu einer der größten Gesellschaftsumwälzungen der Menschheitsgeschichte. Erst die Globalisierung des Personen- und Warenverkehrs zu Lande, zu Wasser und in der Luft ermöglichte ein Zusammenrücken vieler Weltregionen und ein bisher beispielloses Wohlstandswachstum. Auch im regionalen und lokalen Umfeld ist hochgradig verfügbare Mobilität unabdingbares Element des modernen Lebens geworden, sei es das Pendeln zum Arbeitsplatz, der Ausflug ins Grüne oder die tägliche Beförderung von Millionen von Fahrgästen im urbanen Umfeld.

Um den mit dem Mobilitätsboom einhergehenden Herausforderungen wie etwa der Abhängigkeit von fossilen Energieträgern, Schadstoffemissionen und überlasteten Verkehrswegen zu begegnen, hat die TU Wien das Forschungsfeld „Nachhaltige und emissionsarme Mobilität“ etabliert. Die ForscherInnen verfolgen dabei einen vielschichtigen Ansatz, der sich nicht nur auf die Entwicklung einzelner Schlüsseltechnologien wie etwa der Elektromobilität konzentriert, sondern auch systemische, politische, wirtschaftliche und soziale Aspekte einbezieht. Ziel ist die Schaffung eines multimodalen Verkehrsmix, in dem sich individuelle und öffentliche, motorisierte und nicht motorisierte Mobilität zu einem nachhaltigen und emissionsarmen System ergänzen.

Technologie in Bewegung

Besonderes Augenmerk legen die WissenschaftlerInnen auf die Entwicklung alternativer Antriebsstränge für Elektro-, Hybrid-, Brennstoffzellen- und Gasfahrzeuge. Dies beinhaltet neben der Erstellung von Gesamtsystemkonzepten und Betriebsstrategien auch die (Weiter)entwicklung einzelner technischer Komponenten wie etwa Elektromotoren und Hochleistungs-Regelungselektronik. Viele der Entwicklungen passieren in einem ersten Schritt rein virtuell am PC. Neben einem ausgeprägtem Know-how im Bereich solcher Modellierungen - sowohl von einzelnen Motoren als auch ganzen Antriebssträngen - verfügen die Institute der TU über umfangreiches Equipment zur tatsächlichen Messung von relevanten Parametern wie etwa Komponenten-, Motoren- und Rollenprüfstände sowie Klimakammern. Zudem besitzen sie die Infrastruktur, Prototypen von Antriebskomponenten (Elektromotoren, Leistungselektronik, Steuerungstechnik) zu entwerfen und aufzubauen.

Abgesehen von der Antriebstechnik sind es unzählige andere Komponenten in einem Fahrzeug, die entscheidend für dessen ökologischen Fußabdruck sind. So lassen sich mit dem Einsatz von Leichtbaumaterialien, wie sie an der TU Wien erforscht werden, hohe Treibstoffersparnisse erzielen. Die ExpertInnen im Bereich der Tribologie wiederum haben es sich zum Ziel gesetzt, die Reibung von bewegten Teilen zu minimieren und somit deren Lebensdauer und Effizienz zu erhöhen.
Damit moderne Fahrzeuge in Echtzeit auf die momentanen Gegebenheiten reagieren und alle Betriebsparameter optimieren können, braucht es eine ausgeklügelte Sensorik, deren Informationen von einer entsprechenden Hochleistungselektronik verarbeitet werden. Beide Technologien werden von ForscherInnen der TU Wien entwickelt.

Energie und Infrastruktur

Kernstück eines umweltfreundlichen und zukunftsträchtigen Mobilitätskonzepts ist eine nachhaltige Energieversorgung. Ziel muss es sein, die Abhängigkeit von fossilen endlichen Energieträgern nach und nach zu verringern. Dies kann beispielsweise durch die Substitution von klassischen Kraftstoffen durch sogenannte Biotreibstoffe wie etwa Biodiesel oder Biogas passieren. An der TU Wien wird sowohl an deren Produktionsprozessen als auch an deren Einsatz in Verbrennungsmotoren geforscht. Des Weiteren beschäftigen sich die WissenschaftlerInnen mit dem Potential von Wasserstoff als zukünftigem Energieträger.

Eine vielversprechende Alternative zu herkömmlichen Kraftstoffen ist die Umstellung auf Elektromobilität. Die Bereitstellung der elektrischen Energie aus dem öffentlichen Stromnetz ist aufgrund der zu erwartenden Verbrauchsmengen eine spezielle Herausforderung, die neue Konzepte intelligenter Netzintegration erfordert. Zentrales vs. dezentrales Speichermanagement, Energiebedarf von Modellregionen, Ladesteuerung und Speicherbewirtschaftung sind die Fragen, mit denen sich die Forschungsgruppen in diesem Zusammenhang auseinandersetzen.

Ist die elektrische Energie erst einmal beim Fahrzeug, muss sie in diesem auch effizient und in ausreichender Menge gespeichert werden. Dafür arbeiten die ForscherInnen der TU Wien an den elektrochemischen Grundlagen für immer bessere Akkumulatoren und versuchen mit raffiniertem Batteriemanagement, das Maximum an Leistung aus diesen herauszuholen.
Obwohl ein fossiler Rohstoff, wird Erdgas aufgrund seiner im Verhältnis zu klassischen Kraftstoffen günstigeren CO2-Bilanz und seiner nach wie vor umfangreichen Lagerstätten gerade in der Übergangsphase zur Zero-Emission-Mobilität eine bedeutende Rolle spielen. Dieser Entwicklung Rechnung tragend wird an der TU Wien  an den vielfältigen Einsatzmöglichkeiten dieses Energieträgers geforscht.

Selbst das ausgeklügeltste Fahrzeug kombiniert mit der idealen Energieversorgung wird ohne die entsprechende Infrastruktur nicht sein volles Potential ausschöpfen können. Deshalb beschäftigen sich mehrere Forschungsgruppen an der TU Wien mit solchen begleitenden Konzepten und Technologien. Der Erfolg der Elektromobilität beispielsweise hängt unmittelbar von einem gut ausgebauten Ladestationen-Netz ab. Für die Planung eines solchen muss der Bedarf erhoben, die nachhaltige Energiebereitstellung gesichert und eine praxistaugliche Betriebsführung entwickelt werden.

Einem zukunftsorientierten Ansatz entsprechend liegt ein Schwerpunkt der Infrastrukturforschung auf öffentlichem und nicht motorisiertem Verkehr. Dazu zählt das vielfältige Gebiet des Schienenverkehrs, aber auch Konzepte und Technologien für Busse und nicht zuletzt für Zweiräder werden entwickelt. Diese sollen beispielsweise durch benutzerfreundliche Abstellanlagen und Bikesharing-Modelle für eine möglichst breite Zielgruppe attraktiv gemacht werden.

Bereits in naher Zukunft werden die einzelnen Verkehrsteilnehmer zudem miteinander vernetzt sein und laufend Daten über die aktuelle Verkehrssituation austauschen, um ein möglichst reibungsloses Vorwärtskommen zu gewährleisten. Dafür muss unter anderem die Position der einzelnen Fahrzeuge genau bekannt sein. Insbesondere die Steuerung von autonomen Fahrzeugen benötigt hierbei höchste Präzision, einer Herausforderung, der sich die ExpertInnen auf dem Gebiet der Navigation stellen. Für den Austausch der Daten selbst werden an der TU Wien neuartige Funknetze entwickelt.

Mobilität mit Konzept

Um all diese Entwicklungen in die Wege leiten und adäquat auf die verschiedenen Anforderungen reagieren zu können, benötigen Entscheidungsträger aus Politik, Wirtschaft und Wissenschaft gut aufbereitete Analysen und Konzepte. Diese werden von ForscherInnen im Bereich Verkehrskonzepte und Mobilitätsmanagement erstellt. In den Analysen werden neben aktuellen Verkehrsdaten auch die politischen Rahmenbedingungen, das Nutzerverhalten, die ökonomischen und ökologischen Aspekte sowie die Wechselwirkungen dieser Bereiche untereinander berücksichtigt. Auf Basis dieser Untersuchungen werden Szenarien entwickelt und regionale Verkehrskonzepte erstellt. Darüber hinaus gehören auch nach ökologischen Gesichtspunkten erarbeitete Logistikkonzepte zum Portfolio der TU Wien.

So vielfältig der Themenbereich Mobilität ist, so unterschiedlich sind die Ansätze der ForscherInnen an der TU Wien. Gemeinsames Ziel aller Anstrengungen ist es aber, mittels nachhaltiger Technologien und Konzepte zukunftsfähige Mobilität für die Menschheit zu ermöglichen.