Assistiert, automatisiert und autonom? Was ist der Unterschied? 

Ausschließlich manuell sind die Straßen Deutschlands schon lange nicht mehr befahren. Spurhalteassistent, Tempomat und Abstandsregeltempomat unterstützen Autofahrer bei der Längs- als auch Querführung des Fahrzeugs. Diese Fahrassistenzsysteme sind technologisch keine Neuheit mehr, den ersten Tempomaten gibt es schon seit den 50er Jahren. Der entscheidende Unterschied zu dem, was unter die Kategorie des autonomen Fahrens fällt, ist jedoch die Anwesenheit eines Fahrers. Die Society of Automotive Engineers (SAE) hat das in verschiedene Automatisierungsstufen eingeordnet. 

Level Null, Eins und Zwei fallen in die Kategorie des automatisierten Fahrens und gehört für viele Autofahrer zum Alltag. Auch Teslas Autopilot fällt in Level Zwei. Wichtig hierbei ist, dass jederzeit ein Fahrer anwesend ist, welcher das Verkehrsgeschehen aktiv beobachtet und bei Bedarf eingreift. Für den ÖPNV ist das Level vier besonders interessant. Diese setzten zwar keinen anwesenden Fahrer voraus, funktionieren aber nur unter bestimmten Konditionen, wie etwa vorher festgelegten Strecken. Das Level fünf steckt momentan noch in den Kinderschuhen. In Zukunft sollen diese Systeme unter allen Bedingungen und Strecken verkehren. 

Warum der klassische ÖPNV auf dem Land an seine Grenzen stößt

In ländlichen Regionen ist über die Hälfte der Bevölkerung gar nicht oder nur sehr schlecht angebunden. Zu diesem Ergebnis kam eine Greenpeace-Datenanalyse aus dem Frühjahr 2025. Im Gegensatz zu urbanen Ballungsräumen, sind ländliche Gebiete deutlich dünner besiedelt. Das wiederum erschwert die Wirtschaftlichkeit von neuen Bus- oder Bahnlinien, der allgegenwärtige Fachkräftemangel macht die Mischung komplett. Die Konsequenz daraus: Mehr Autos, mehr Abgase, mehr ältere fahruntaugliche Menschen auf den Straßen, weniger Teilhabe, Chancenungleichheit, wirtschaftliche und soziale Isolation. Die Lösung könnten also autonome Fahrzeuge sein. Dabei sollen sie keinen kompletten Linienbus ersetzen, sondern als Zubringer, Verstärker oder On-Demand-Lösung funktionieren. Erprobt wird das aktuell in Hessen mit den KiRA-Taxen. Kira steht für KI-basierter Regelbetrieb autonomer On-Demand-Verkehre. Nutzer können sich als Testnutzer registrieren und dann per App ein Fahrzeug zum gewünschten Ort bestellen. Aktuell benötigt es aufgrund rechtlicher Vorschriften noch einen Sicherheitsfahrer, welcher im Bedarfsfall eingreifen kann. Laut einem Sprecher des Rhein-Main-Verkehrsverbundes bewerten die Tester Komfort und empfundene Sicherheit bei den Fahrten mit den autonomen Shuttles sehr hoch mit durchschnittlich 4,8 von 5 Sternen in der projekteigenen App. Ein anderer Ansatz wurde bis zuletzt in Friedrichshafen und Mannheim im Rahmen des Projekts RABus erprobt. Insgesamt vier Jahre lief das „Reallabor für den Automatisierten Busbetrieb im ÖPNV in der Stadt und auf dem Land“ und absolvierte über 400 Testfahrten mit Kleinbussen auf einer festgelegten Strecke.

Wie groß der Handlungsdruck wirklich ist, zeigt der Robo-Bus-Radar 2025 von PwC. Neben dem Mangel an Busfahrern, der sich in den kommenden Jahren weiter verschärfen wird, da viele in Rente gehen, schießen die Betriebs- und Wartungskosten weiter in die Höhe. Die Folge ist ein geringer Umsatz pro gefahrenem Kilometer. Zwar sind autonome Fahrzeuge zunächst teuer in der Anschaffung, senken aber langfristig laufende Betriebskosten.  

Der Weg vom Auge zum Fuß ist lang: Wie denken autonome Fahrzeuge?

Was beim Menschen Augen, Ohren, Hand und Fuß leisten, verteilt sich beim autonomen Fahrzeug auf verschiedene Sensoren. Kameras, Radar- und Lidarsysteme sowie hochpräzise GPS-Empfänger erfassen permanent die Umgebung. Aus ihren Daten entsteht ein fortlaufend aktualisiertes, dreidimensionales Modell der Welt. Anstelle von Augen hat ein autonomes Fahrzeug Kameras. Sie erkennen Fahrbahnmarkierungen, Verkehrszeichen, Ampeln, Fußgänger oder andere Fahrzeuge und liefern damit die Informationen, die menschliche Fahrer aus einem Blick erfassen. Kameras können Farben, Schriftzüge und Formen unterscheiden, stoßen aber an ihre Grenzen, wenn Lichtverhältnisse schlecht sind. Hier kommt der Radarsensor ins Spiel. Radarsensoren arbeiten mit elektromagnetischen Wellen, die vom Fahrzeug ausgesendet und von Objekten in der Umgebung reflektiert werden. Aus der Laufzeit des Signals lässt sich der Abstand bestimmen und aus der Frequenzverschiebung die Relativgeschwindigkeit. Radarsensorik ist robust gegenüber Regen, Nebel oder Dunkelheit und daher ein zentrales Element für Abstandsregelung, Kollisionswarnung und Notbremsfunktionen. In kompakterer Form findet sich dieselbe Technik auch bei Parksensoren wieder.

Anders als beim Radarsensor sendet der Lidarsensor Laserimpulse, also Licht aus. Auch hier wird die Flugzeit gemessen, doch die deutlich kürzere Wellenlänge des Lichts ermöglicht eine feinere räumliche Auflösung. So entsteht eine dichte 3D-Punktwolke, die Bordsteine, Fahrzeuge oder Personen millimetergenau im Raum verortet. Lidarsensorik liefert damit das geometrische Rückgrat der Umgebung und ist auch bei schlechter Sicht zuverlässig.

Die Rohdaten der verschiedenen Sensoren werden mittels Sensorfusion zusammengeführt und interpretiert. Darauf aufbauend übernimmt eine KI die entscheidende Aufgabe: Sie erkennt, was ein Objekt ist, ob es sich bewegt und wie wahrscheinlich es ist, dass daraus eine Gefahr entsteht. Ein Fußgänger am Fahrbahnrand, ein abbiegendes Auto oder ein liegengebliebener E-Scooter muss erst identifiziert, dann klassifiziert und in seinem zukünftigen Verhalten abgeschätzt werden. Aus dieser Einschätzung leitet das System schließlich konkrete Handlungen ab. So kann das Fahrzeug beschleunigen, bremsen, ausweichen oder anhalten.  Was beim Menschen das Zusammenspiel von Augen, Händen und Füßen ist, übernehmen hier Aktuatoren, Steuergeräte und Algorithmen.  

Und wie sicher sind die fahrerlosen Fahrzeuge stand jetzt wirklich?   

Aufgrund mangelnder Unfalldaten autonomer Fahrzeuge ist das Thema Fahrsicherheit in der Forschung aktuell noch stark diskutiert. Technologiestand, Datengrundlage und externe Faktoren wie der Fahrbahnzustand erschweren es, eine allgemeingültige Aussage über die Sicherheit zu treffen. Trotzdem konnten Forscher der University of Central Florida 2024 erste statistische Hochrechnungen präsentieren. Laut dieser fahren autonome Fahrzeuge generell sicherer als Menschen. Besonders bei Regen versagen Menschen deutlich häufiger, weil Lidar- und Radarsensorik weiter „sehen“ können als das menschliche Auge. Der Goldstandard im Thema Unfallsicherheit sind die Algorithmen und Sensoren der selbstfahrendenn Fahrzeuge von heute trotzdem noch nicht. Während dem Abbiegen ist das Unfallrisiko doppelt so hoch. Bei Fahrten in der Dämmerung ist es sogar 5 mal höher.

Ohne Fahrer von A nach B, macht das die Deutsche Helmpflichtmentalität mit?  

Grundsätzlich sind fahrerlose Konzepte in Deutschland keine Neuheit mehr. In Nürnberg fahren schon seit 2008 zwei von drei U-Bahnlinien ohne Fahrer. Das System hat eine Pünktlichkeitsquote von fast 98% im vergangenen Jahr und selten Störungen. Komplett unkritisch waren die Nürnberger den neuen U-Bahnen damals aber nicht gesinnt. Im Interview mit dem Verband Deutscher Verkehrsunternehmen, verrät Andreas May, ehemaliger Projektleiter der Fahrerlosen U-Bahn, wie wichtig die Aufklärung der Bürger war. „Wir haben Vorträge gehalten bei Bürgerverein, bei öffentlichen Veranstaltungen, bei Tagen der offenen Tür.“ Haben Pionierprojekte wie die U-Bahn in Nürnberg vielleicht dazu beigetragen, dass mittlerweile genug Vertrauen in die Technologie besteht? Eine Bitkom-Umfrage aus dem Herbst 2025 kam zu dem Ergebnis, dass eine deutliche Mehrheit autonomen Verkehrsmitteln offen gegenübersteht: 72 Prozent würden eine autonom fahrende U- oder S-Bahn nutzen. Auch autonome Busse stoßen auf hohe Akzeptanz – 70 Prozent der Befragten würden einsteigen. Etwas geringer, aber ebenfalls mehrheitlich, fällt die Zustimmung zu autonomen Minibussen oder Shuttlefahrzeugen mit 68 Prozent aus. Die Zahlen gehen auch mit Projektreports aus vergangenen Pilotprojekten ein. An mangelnden Fahrgästen wird das Vorhaben also nicht scheitern. Bisher waren aber auch bei allen Pilotprojekten Sicherheitsfahrer anwesend. So sah es die Rechtslage bis Dezember 2025 noch vor.

STVG, AFGBV, Fernlenk-Verordnung und die Frage: Wer haftet eigentlich? 

Im internationalen Vergleich wurde in Deutschland schon früh der erste rechtliche Grundbaustein gelegt. So wurde das Straßenverkehrsgesetz 2017 so angepasst, dass Kraftfahrzeuge mit hoch- oder vollautomatisierter Fahrfunktion im Straßenverkehr betrieben werden dürfen. Eine Bezeichnung, die aus heutiger Sicht allerdings irreführend ist. „Inzwischen ist man sich eigentlich einig, dass es nicht um hoch- und vollautomatisiertes Fahren gehen kann, sondern nur um SAE-Level 3“, erklärt Benjamin von Bodungen. Er ist Professor für Wirtschaftsrecht und Experte für den rechtlichen Rahmen für automatisiertes und autonomes Fahren. Mit Fahrzeugen nach SAE-Level 4 ging es erst im Jahr 2022, im Rahmen der AFGBV richtig los. Die Autonome-Fahrzeuge-Genehmigungs- und Betriebsverordnung (AFGBV) konkretisiert die Regelungen im Straßenverkehrsgesetz zum autonomen Fahren und legt die technischen und organisatorischen Voraussetzungen fest, unter denen Level-4-Fahrzeuge im öffentlichen Verkehr betrieben werden dürfen. Eine dieser Voraussetzungen ist aktuell zum Beispiel das Vorhandensein einer technischen Aufsicht, die aber nicht in der Fahrerkabine anwesend sein muss, sondern auch aus der Ferne Fahrmanöver freigeben kann.

Ähnliches sieht nun auch die neue Straßenverkehr-Fernlenk-Verordnung vor. Diese ermöglicht es erstmals, Fahrzeuge ohne einen Fahrer im Innenraum zu betreiben und ersetzt diesen durch einen „fernlenkenden Fahrer“. Darin besteht ein wesentlicher Unterschied zum autonomen Fahren nach SAE-Level 4, bei dem es bereits jetzt möglich ist, dass der Betrieb mehrerer Fahrzeuge von einer natürlichen Person technisch beaufsichtigt wird. Im Falle eines technischen Ausfalls sieht von Bodungen das Haftungssystem in Deutschland gut gerüstet. „Wir haben weiterhin die Fahrzeughalterhaftung. Der Halter haftet unabhängig davon, ob ein Fahrer im Fahrzeug sitzt oder nicht.“ Somit bleiben Verkehrsunternehmen auch bei autonomen Fahrzeugen zentrale Haftungsadressaten. Weg fällt dann lediglich die persönliche Haftung des Fahrzeugführers, die allerdings durch die hinzutretende Haftung der technischen Aufsicht zum Teil ersetzt wird. Hinter all dem steht weiterhin die Kfz-Haftpflichtversicherung des Halters, die künftig auch die technische Aufsicht mit absichert.

Die europäische Gesetzgebung ist dafür verantwortlich, dass Herstellern momentan noch die Hände gebunden sind, was die Genehmigung von SAE-Level-4-Fahrzeugen in größeren Stückzahlen angeht. Von Bodungen ist sich hierbei aber sicher: „Sobald die SAE-Level-4-Großserie in diesem Bereich zulässig ist, wird das sicherlich auch kommerziell eine ganz andere Schlagkraft entwickeln.“ Es bleibt also abzuwarten, wann diese entscheidende Änderung auf europäischer Ebene umgesetzt wird. 

Fazit

Autonome Fahrzeuge sind kein Wundermittel für die strukturellen Probleme des ÖPNV, aber bieten das Potenzial, insbesondere im ländlichen Raum Versorgungslücken zu schließen, Betriebskosten langfristig zu senken und Mobilität flexibler sowie bedarfsgerechter zu gestalten. Die Vielzahl an Pilotprojekten, welche momentan in Deutschland unterwegs sind, beweisen zudem, dass es sich hierbei um keine Zukunftsvision mehr handelt. Knut Ringat, der Vorsitzende des Rhein-Main-Verkehrsverbunds, bringt es auf den Punkt: „Wir machen uns auf den Weg, um in den 2030er Jahren das öffentliche Verkehrsangebot durch autonome On-Demand-Shuttles zu ergänzen und vor allem im ländlichen Raum auszubauen.” Der ländliche ÖPNV verträgt also durchaus „eine weitere Baustelle“, sofern diese strategisch geplant, rechtlich flankiert und gesellschaftlich begleitet wird. Autonome Fahrzeuge sind weit mehr als eine technische Spielerei: Sie bieten die realistische Chance, Mobilität zu verbessern, Lebensverhältnisse anzugleichen und den Verkehr auf dem Land nachhaltiger zu gestalten. 

Der Beitrag Fahrerlos zum Ziel: Das Mobilitäts-Ökosystem der nächsten Generation  erschien zuerst auf befootec.

Bidirektionales Laden bringt Bewegung in den Markt für Elektromobilität: Fahrzeuge werden zunehmend nicht nur als Fortbewegungsmittel, sondern auch als flexible Stromspeicher gedacht. Doch mit der neuen Nutzung rückt eine grundlegende Frage in den Mittelpunkt: Wie altert die Batterie eines Elektroautos eigentlich – und wodurch wird dieser Prozess beeinflusst?

Dr.-Ing. Florian Ringbeck ist seit 2020 Geschäftsführender Oberingenieur am CARL, Center for Ageing, Reliability and Lifetime Prediction of Electrochemical and Power Electronic Systems an der RWTH Aachen und forscht in der Batterietechnologie.

Befootec: Herr Ringbeck, unterscheidet sich das bidirektionale Laden vom normalen Fahrbetrieb?

Ringbeck: Aus Sicht der Batterie zunächst einmal nicht grundsätzlich. Ob die Batterie Energie abgibt, um ein Fahrzeug anzutreiben, oder ob sie Energie ins Stromnetz zurückspeist – chemisch betrachtet ist das derselbe Vorgang.

Was sich unterscheiden kann, sind die Ströme und Leistungen. Im Fahrbetrieb können je nach Fahrzeug sehr hohe Leistungen abgerufen werden. Beim Vehicle-to-Grid-Betrieb – bei dem Elektroautos nicht nur Strom aus dem Netz laden, sondern gespeicherte Energie bei Bedarf wieder in das öffentliche Stromnetz zurückspeisen – sind die Leistungen meist moderater und gleichmäßiger. Aber prinzipiell ist es der Batterie egal, wofür sie entladen wird.

Beeinflussen hohe Entladeströme die Lebensdauer der Batterie?

Ringbeck: Nach aktuellem Kenntnisstand hat die Entladeleistung wenn dann nur einen indirekten Einfluss auf die Lebensdauer – über die Erwärmung der Batterie und damit die Temperatur beim Ladeprozess. Was wir allerdings wissen: Hohe Ströme führen zu höheren Verlustleistungen – und damit zu höheren Batterietemperaturen. Je wärmer eine Batterie über eine längere Zeit ist, desto schneller altert sie.

Was beeinflusst denn dann die Alterung?

Bei Lithium-Ionen-Batterien unterscheiden wir zwei grundlegende Alterungsmechanismen. Es gibt einerseits die kalendarische Alterung. Sie beginnt in dem Moment, in dem die Batterie produziert ist – unabhängig davon, ob sie genutzt wird oder nicht. Selbst wenn ein E-Auto 20 Jahre nur in der Garage rumsteht, altert die Batterie weiter. Die Alterungsgeschwindigkeit hängt hier hauptsächlich von der Batterietemperatur und dem Ladezustand ab, wobei in der Regel höhere Ladezustände und höhere Temperaturen zu einer schnelleren Alterung führen. Und dann gibt es noch die zyklische Lebensdauer Sie entsteht durch Nutzung – also durch Lade- und Entladevorgänge. Hier spielen noch zusätzliche Faktoren eine Rolle. Da ist neben dem bereits angesprochenem Entladestrom auch die Zyklen-Tiefe – also wie tief die Batterie entladen wird. Zudem beeinflusst der Ladestrom die Alterungsgeschwindigkeit. Hohe Ladeströme sorgen in der Tendenz für eine schnellere Alterung.

Wie viele Zyklen hält eine moderne Batterie überhaupt aus?

Es ist technisch absolut möglich, Lithium-Ionen-Zellen zu bauen, die deutlich über 1.000, 2.000 oder sogar 3.000 Zyklen erreichen. Rechnet man das auf ein typisches Elektroauto mit realistischen 400 Kilometern Reichweite um, dann entsprechen 1.000 Zyklen etwa 400.000 Kilometern Fahrleistung. Das ist mehr, als viele Fahrzeuge im Laufe ihres Lebens zurücklegen. Natürlich hängt die tatsächliche Lebensdauer davon ab, wie stark die eingesetzte Batteriezelle auch auf andere Parameter optimiert wurde – etwa Kosten oder Energiedichte. Aber grundsätzlich ist die oft geäußerte Annahme, dass Batterien frühzeitig „verschleißen“, so pauschal nicht haltbar.

Das heißt, viele unterschätzen, wie lange die Batterie eines E-Autos eigentlich halten kann?

Ja. Es gibt bei Lithium-Ionen-Batterien unterschiedliche Optimierungsziele. Smartphone-Akkus werden beispielsweise stark auf maximale Energiedichte optimiert. Sie werden teilweise bis 4,3 Volt oder mehr geladen – das ist eine relativ hohe Spannung und damit schlecht für die kalendarische Lebensdauer. Bei Autos lädt man meist bis maximal 4,2 Volt, vielleicht sogar noch ein bisschen weniger, was die kalendarische Alterung verlangsamt. Batterien für Autos werden also schlichtweg anders ausgelegt als Batterien für Consumer-Elektronik. Trotzdem vergleichen viele Konsumenten diese Erlebnisse miteinander. Was wir mittlerweile sehen können, ist, dass die Batterien in E-Autos oft sehr lange halten.

Was kann man als E-Auto-Besitzer tun, um die Batterie zu schonen?

Da kommen wir im Grunde zu den beiden Alterungsmechanismen, über die wir eben gesprochen haben. Wenn wir uns zuerst die kalendarische Alterung anschauen, dann spielen vor allem zwei Faktoren eine Rolle: hoher Ladezustand und hohe Temperaturen. Die Temperatur kann ich als Nutzer nur begrenzt beeinflussen – das Auto steht eben dort, wo es steht. Was ich aber beeinflussen kann, ist der Ladezustand.

Und da gilt: Je höher der Ladezustand, während das Fahrzeug längere Zeit herumsteht, desto ungünstiger ist das für die Batterie. Genau darauf zielen Empfehlungen wie ‚nicht dauerhaft über 80 Prozent laden‘ ab. Viele Hersteller bieten inzwischen die Möglichkeit, einen maximalen Ladezustand einzustellen. Wenn ich also ein Fahrzeug mit 400 Kilometern Reichweite habe und überwiegend in der Stadt unterwegs bin, muss ich es nicht ständig auf 100 Prozent laden.

Wichtig ist aber: Das sind Optimierungshinweise. Es ist nicht so, dass die Batterie sofort starken Schaden nimmt, wenn ich einmal auf 100 Prozent lade. Es geht darum, pfleglich mit dem System umzugehen, um die Lebensdauer zu maximieren. Man kann das ein Stück weit mit dem Einfahren eines Verbrennungsmotors vergleichen: Wenn ich ihn erst warm fahre, bevor ich Vollgas gebe, ist das schonender – aber auch wenn ich es nicht perfekt mache, wird das Auto in der Regel trotzdem alt.

Der zweite Bereich betrifft die zyklische Alterung. Hier sind vor allem zwei Punkte entscheidend: die Laderate und die Zyklentiefe. Sehr hohe Laderaten – also häufiges Schnellladen – sind auf Dauer eher ungünstig. Es gibt Hinweise, dass Fahrzeuge, die konsequent nur schnellgeladen werden, schneller degradieren können. Deshalb sollte man Schnellladen nutzen, wenn es nötig ist, aber nicht ausschließlich.

Und dann spielt die Zyklentiefe eine Rolle. Tiefe Zyklen beanspruchen die Batterie stärker als kleine. Zweimal von 100 auf 50 Prozent und zurück ist weniger belastend als einmal von 100 auf 0 und wieder auf 100. Je kleiner die Ladehübe, desto geringer ist die mechanische und elektrochemische Beanspruchung.

Das lässt sich auch physikalisch erklären: Batteriezellen dehnen sich beim Laden aus und ziehen sich beim Entladen wieder zusammen. Je größer der genutzte Betriebsbereich ist, desto größer sind diese mechanischen Veränderungen – und desto stärker wird das Material beansprucht. Kleinere Zyklen bedeuten entsprechend geringere Belastung und damit tendenziell eine längere Lebensdauer.

Der Beitrag Wie lange halten E-Auto-Akkus wirklich? Dr. Florian Ringbeck im Experten-Interview erschien zuerst auf befootec.

Das Thema Wasserstoff ist für viele Menschen recht abstrakt. Was macht das Molekül so besonders?   

Wasserstoff ist ein chemischer Energieträger, das heißt wir können ihn leichter lagern im Vergleich zu Strom, den wir erst umwandeln müssen. Dazu kommt, dass wir Wasserstoff mittels erneuerbarer Energien herstellen können und damit eine Alternative zum heutigen Energiesystem haben, das auf fossilen Brennstoffen basiert. Insbesondere dieser Fakt wird häufig unterschätzt.

Wo wird Wasserstoff aktuell schon verwendet und welche Rolle spielt er in der Energiewende?

Wasserstoff ist alles andere als neu und wurde bereits Mitte des 19. Jahrhunderts für Straßenlaternen verwendet. Heute ist Wasserstoff besonders in der Industrie als klassischer Energieträger im Einsatz und wird in großtechnischen Systemen in großen Mengen erzeugt. Wir brauchen das Gas zum Beispiel in unglaublichen Quantitäten, um künstlichen Stickstoffdünger herzustellen und so die Welt zu ernähren.  Das allein ist ein sehr energieintensiver Prozess, der sich im weltweiten Energieverbrauch deutlich bemerkbar macht. Wenn es uns hier gelingt, zu großen Teilen auf grünen Wasserstoff umzusteigen kann das eine große Klimawirkung haben. Eine weitere Anwendung liegt in der Mobilität. Zum Beispiel bei Kraftfahrzeugen oder Zügen.

Ein großes Problem im Vergleich zu fossilen Energieträgern ist der hohe Marktpreis von grünem Wasserstoff. Wie kann sich das ändern?

Die Technologie Wasserelektrolyse, die zur Herstellung von grünem Wasserstoff verwendet wird, ist derzeit eher punktuell im Einsatz. Eine Massenproduktion von Elektrolyseuren (Anm. d. Redaktion: Anlagen, die grünen Wasserstoff herstellen) existiert noch nicht und es handelt sich dabei oft um teure Einzelstücke. Das heißt, wir können die Anschaffungskosten perspektivisch deutlich reduzieren. Ausgaben zu reduzieren und das Angebot an Wasserstoff zu erhöhen ist, jedoch nur der erste Schritt. Langfristig sollte das Ziel sein, durch eine Massenproduktion von grünem Wasserstoff einen deutlichen Kostenreduktion zu erzielen, wie wir das zum Beispiel bei Solarzellen gesehen haben. Das wäre selbstverständlich auch förderlich für den Industriestandort Deutschland, der dann eventuell eine führende Rolle beim weltweiten Export von Elektrolyseuren spielen könnte. Allerdings ist das, was ich hier beschreibe, ein sehr langer Prozess, der gerade erst anläuft.

Das Fraunhofer ISI begleitet im Rahmen eines Forschungsprojekts seit dem Jahr 2022 zwei Modellregionen in Baden-Württemberg. Dort werden verschiedene Pilotprojekte wie zum Beispiel der Aufbau von Elektrolyseuren, eine neue Wasserstoffpipeline oder der Betrieb von Wasserstofftankstellen vorangetrieben. Ein Gebiet liegt im Großraum Stuttgart und das Andere in Ostwürttemberg. Was genau ist hier der Beitrag des Fraunhofer ISI?

Das Ziel ist den Aufbau der Wasserstoffwirtschaft in diesen Gebieten zu begleiten. Das Fraunhofer ISI betreibt keine technische Forschung, sondern befasst sich mit der Entwicklung von Technologie. Für das Projekt haben wir drei Dimensionen definiert, die wir gemeinsam mit unseren Partnern, Fraunhofer IAO, IREES und ifeu, wissenschaftlich begleiten. Die ökonomische Perspektive untersucht, was wirtschaftlich Sinn macht. Dann betrachten wir zusätzlich die Umweltaspekte und untersuchen wie viel an tatsächlichen Emissionen wurde eingespart? Und zuletzt die soziale Dimension, wo wir einerseits schauen wie werden die Projekte akzeptiert und anderseits, ob wir zum Beispiel anders ausgebildete Arbeitskräfte brauchen.

Info: Herstellung von grünem Wasserstoff
Mittels der Elektrolyse werden Wassermoleküle (H₂0) in einem chemischen Prozess in ihre Bestandteile Wasserstoff (H₂) und Sauerstoff (0₂) aufgespalten. Für diesen Prozess ist unter anderem elektrische Energie, also Strom, nötig. Wenn der benötigte Strom aus regenerativen Ressourcen gewonnen wird, spricht man von grünem Wasserstoff. Laut der International Energy Agency wurden 2022 nur etwa 0,1 Prozent des weltweiten H₂-Bedarfs durch die Wasserelektrolyse hergestellt.

Und was ist Ihre persönliche Aufgabe im Rahmen des Projekts?

Ich darf die ökonomische Dimension leiten. Im Rahmen dessen haben wir auch eine allgemeine Untersuchung durchgeführt, wie zum Beispiel eine Marktanalyse oder eine Erklärung zu Elektrolyseuren. Wir versuchen die Informationen zu bündeln und der Öffentlichkeit auf unserer Website zugänglich zu machen.

Welche ökonomischen Herausforderungen konnten sie in den Modellregionen identifizieren?

Neben den Problemen, die ich bereits angesprochen habe, hatten die Modellregionen stark damit zu kämpfen, dass die Fördermittel, die sie vom Land Baden-Württemberg und der Europäischen Union erhalten haben, zu Projektbeginn festgesetzt waren. Dann kam eine heftige Inflationsphase, was für Schwierigkeiten sorgte. Im Moment ist das größte Problem der Modellregionen in meinen Augen, dass sich viele Randbedingungen nicht so entwickeln, wie es zu Beginn erwartet wurde. Ursprünglich ambitionierten Zielen wird aktuell enorm der Wind aus den Segeln genommen.

Wie genau zeigt sich das?

Die Idee, ist langfristig Wertschöpfungsketten zu etablieren und in einem kleinen Maßstab eine Ökonomie aufzubauen. Dafür braucht es viele motivierte Akteure und wenn dann einzelne Akteure, einfach aufgeben und zum Beispiel aussteigen oder ihre Produktion nach China verlagern, erschwert das dieses Ziel. Anderen Akteuren war das Geschäftsumfeld zu unsicher, weshalb sie sich unter anderem gegen den Bau einer Wasserstofftankstelle entschieden haben oder gar nicht mehr investieren wollten. In so einem Fall brechen die Pläne massiv zusammen. Insofern kämpfen die Modellregionen sehr viel mit diesen schwierigen Rahmenbedingungen.

Wie geht es in den Modellregionen weiter?

Der nächste Schritt wird sein, die verschiedenen Anlagen wie Elektrolyseure oder Pipelines tatsächlich fertigzustellen, da es hier einige Verzögerungen gab. Zusätzlich müssen konkrete Rahmenbedingungen geschaffen werden, wie die entsprechenden Einrichtungen auch über das Jahr 2027 hinaus wirtschaftlich überleben. Derzeit ist unklar, ob das aus eigener Kraft mit geschickten Geschäftsmodellen gelingt oder ob eine Anschlussförderung nötig sein wird.

Der Beitrag Grüner Wasserstoff: Ambitionierte Ziele und fehlende Perspektiven – Im Gespräch mit Henning Döscher erschien zuerst auf befootec.

Was bedeutet bidirektionales Laden überhaupt?

Wenn ein Elektroauto heute an der Wallbox hängt, denkt man meist an einen simplen Vorgang: Strom fließt in die Batterie, Reichweite entsteht. Doch genau dieser Energiefluss könnte sich in den kommenden Jahren umkehren. Bidirektionales Laden heißt das Konzept, bei dem Fahrzeuge nicht nur Strom aufnehmen, sondern ihn auch wieder abgeben können. Was zunächst nach einer technischen Spielerei klingt, berührt zentrale Fragen der Energiewende.

„Letztendlich geht es darum, die Fahrzeugbatterie einer stationären Anwendung zur teilweisen oder vollständigen Nutzung zur Verfügung zu stellen. Nehmen wir mal an, Sie hängen Ihr Auto in der Garage an Ihr Hausnetz und es kommt jetzt zu einem Stromausfall -dann können sie die Fahrzeugbatterie einfach nutzen, um weiter in Ihrer Wohnung wie gehabt leben zu können.“, so Prof. Martin März, Wissenschaftlicher Direktor Leistungselektronische Systeme vom Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie.

Dass das nur eines von vielen Beispielen für die Nutzung vom bidirektionalem Laden ist, zeigt sich bereits an den drei verschiedenen Anwendungsmöglichkeiten: Beim sogenannten Vehicle-to-Load (V2L) versorgt das Auto direkt einzelne Verbraucher – etwa einen Laptop, der im Fahrzeuginneren gerade aufgeladen wird. Vehicle-to-Home (V2H) geht einen Schritt weiter: Das Fahrzeug speist das eigene Hausnetz, etwa bei Stromausfall oder um die Photovoltaikanlage zu optimieren. Die Königsdisziplin ist jedoch Vehicle-to-Grid (V2G): Hier wird das Elektroauto Teil des öffentlichen Stromsystems und speist in das Energienetz ein.

„Wenn Sie sich die Strompreise in Deutschland anschauen, sehen Sie immer häufiger Phasen mit negativen Preisen. Das heißt, Sie bekommen teilweise sogar Geld dafür, Ihr Auto zu laden. Einige Stunden später können die Preise dann sehr hoch sein. Wenn Sie die Energie in einer Niedrigpreisphase im Fahrzeug speichern und in einer Hochpreisphase wieder ins Netz einspeisen, können Sie damit Geld verdienen. Das ist im Prinzip die Idee hinter Vehicle-to-Grid.“, sagt Prof. März.

Was hat bidirektionales Laden jetzt aber mit der Energiewende zu tun?

Ein Blick auf die Dimensionen des deutschen Stromsystems hilft bei der Einordnung: In Deutschland werden pro Jahr rund 500 Terawattstunden Strom erzeugt, die Höchstlast im Netz liegt bei etwa 80 Gigawatt. Demgegenüber stehen sämtliche Pumpspeicherkraftwerke des Landes mit einer gemeinsamen Speicherkapazität von rund 40 Gigawattstunden.

Rechnet man dieses Verhältnis gedanklich auf die Elektromobilität hoch, wird das Potenzial deutlich. Würden – rein theoretisch – alle der aktuell rund 49 Millionen Pkw in Deutschland elektrisch fahren und jeweils eine Batterie mit 60 Kilowattstunden besitzen, ergäbe das eine Speicherkapazität von rund drei Terawattstunden. Auf den Straßen stünde damit ein Vielfaches dessen, was heutige Pumpspeicherkraftwerke zusammen speichern können.

Natürlich ist dieses Maximalszenario unrealistisch. Doch selbst eine konservative Annahme zeigt: Wenn lediglich zehn Prozent des Fahrzeugbestands elektrisch unterwegs wären und davon wiederum nur zehn Prozent der Batteriekapazität für Netzdienstleistungen bereitgestellt würden, entspräche das immer noch einer Energiemenge von 15 Gigawattstunden. Das wäre genug, um die Leistung von zehn Kernkraftwerken für etwa zwei Stunden zu ersetzen.

Der Hebel sei also keineswegs vernachlässigbar – insbesondere, wenn es um das kurzfristige Ausgleichen von Schwankungen im Netz geht. Gleichzeitig sei das Konzept aber auch kein Allheilmittel: Selbst die Summe aller Elektrofahrzeuge könnte eine mehrtägige „Dunkelflaute“, also eine Phase ohne nennenswerte Wind- und Solarproduktion, nicht überbrücken. Für solche Extremsituationen braucht es andere Lösungen, meint Prof. März

So steht Deutschland beim bidirektionalen Laden im internationalen Vergleich da:

Im internationalen Vergleich zeigt sich: Deutschland ist kein Einzelfall – sondern eher Teil eines westlichen Sonderwegs. Prof. März meint außerhalb Japans sei bidirektionales Laden lange kaum konsequent verfolgt worden. Als Elektromobilität erstmals Fahrt aufnahm, hätte Japan mit CHAdeMO einen eigenen Ladesteckerstandard gesetzt, der bidirektionale Funktionalität von Beginn an vorsah. Ältere Modelle von beispielsweise Mitsubishi, die in Deutschland verkauft wurden, würden noch über diesen Anschluss verfügen – was hierzulande allerdings oft Adapterlösungen auf den europäischen Typ-2-Standard erforderlich macht.

Europa – und später auch die USA – hätten sich dagegen für den Typ-2-Stecker entschieden, bei dem Bidirektionalität ursprünglich nicht mitgedacht wurde. Entsprechend fehlte lange Zeit der regulatorische und wirtschaftliche Druck, diese Funktion weiterzuentwickeln. Es gab weder ein tragfähiges Geschäftsmodell noch eine erkennbare Nachfrage. Für Hersteller war das Thema damit schlicht unattraktiv gewesen, so Prof. März.

Neben technologischen Fragen spielte in Deutschland vor allem das Energierecht eine zentrale Rolle. Der Verband der Automobilindustrie (VDA) verweist darauf, dass bis Ende 2025 insbesondere die sogenannte Doppelbelastung von zwischengespeichertem Strom ein Markthindernis darstellte. Wurde Strom in einem Elektrofahrzeug gespeichert und später ins Netz zurückgespeist, fielen Netzentgelte und Stromsteuer sowohl beim Einspeichern als auch beim späteren Verbrauch erneut an. Dadurch wurde Vehicle-to-Grid wirtschaftlich unattraktiv.

Mit der Novelle des Energiewirtschaftsgesetz ist dieses Problem adressiert worden. Für bidirektionale Ladepunkte, die bis August 2029 ans Netz gehen, gilt nun eine 20-jährige vollständige Befreiung von Netzentgelten. Damit werden mobile Speicher regulatorisch stationären Großspeichern gleichgestellt.

„Die vom Deutschen Bundestag beschlossene Abschaffung der Doppelbelastungen muss noch im laufenden Jahr 2026 durch die Bundesnetzagentur umgesetzt werden. Andernfalls droht Deutschland erneut, aufgrund administrativer und prozessualer Verzögerungen bei einer Zukunftstechnologie ins Hintertreffen zu geraten, obwohl bidirektionale Fahrzeuge, die notwendigen Ladetechnologien und Anwendungen bereits verfügbar sind.“, teilt eine Sprecherin des VDA mit. „Mehr als sechzig in Deutschland verfügbare batterieelektrische Fahrzeugmodelle verfügen bereits über erste bidirektionale Ladefunktionalitäten. Über 20 Fahrzeugmodelle sind seitens der Hersteller für die Rückspeisung in das Heimnetz bzw. das öffentliche Versorgungsnetz freigegeben. Mit der passenden bidirektionalen Ladeeinrichtung könnten diese E-Fahrzeuge bereits heute bidirektional be- und entladen werden. In den kommenden Jahren erwarten wir eine deutliche Steigerung der im Markt verfügbaren E-Modelle und ihres Funktionsumfangs. Deutschland muss sich als Technologieführer in einem wachsenden Markt positionieren.“

Neben den technischen und regulatorischen Hürden behindert allerdings noch ein weiterer Faktor die Akzeptanz von bidirektionalem Laden.

Wie wirkt sich bidirektionales Laden auf die Batterie aus?

Viele E-Auto-Besitzer stehen dem bidirektionalen Laden skeptisch gegenüber – vor allem aus Sorge, der Akku könne schneller altern und damit an Wert verlieren.

Moderne Elektroautos verfügen heute typischerweise über 60 bis 80 Kilowattstunden Batteriekapazität. Rechnet man mit 2.000 Vollzyklen – ein heute realistischer Wert – und einem Verbrauch von rund 20 Kilowattstunden pro 100 Kilometer, ergibt sich eine theoretische Laufleistung von etwa 800.000 Kilometern.

Das übersteigt die typische Fahrzeuglebensdauer deutlich. Die Situation hat sich damit grundlegend verändert: Während vor zehn Jahren kleine 15-kWh-Batterien tatsächlich an die Lebensdauergrenze eines Fahrzeugs kommen konnten, verfügen heutige Systeme über erhebliche Reserven.

Ob bidirektionales Laden die Batterie schneller altern lässt, beantwortet Dr.-Ing. Florian Ringbeck, Geschäftsführender Oberingenieur am CARL, Center for Ageing, Reliability and Lifetime Prediction an der RWTH Aachen:

„Wahrscheinlich nur wenig“, lautet seine Einschätzung. „Wie stark sich V2G auf die Lebensdauer auswirkt, hängt vor allem vom Vergleichsmaßstab ab. Steht ein Auto die meiste Zeit vollgeladen an der Wallbox, kann ein intelligentes Energiemanagement sogar Vorteile bringen. Wird die Batterie durch V2G regelmäßig leicht be- und entladen, dafür aber im Mittel auf einem niedrigeren Ladezustand gehalten, kann es sogar sein, dass die Batterie länger hält als vorher.“

Anders sähe es aus, wenn man als Referenz den besonders sorgfältigen E-Auto-Fahrer nimmt – „den, der immer schon darauf geachtet hat, dass sein Auto nicht vollaufgeladen abgestellt wird und der Ladezustand in einem mittleren Bereich gehalten wird“. In diesem Fall werde die Batterie durch bidirektionales Laden „wahrscheinlich ein bisschen schneller altern“.

Solange die Nutzung durch die Garantien der Autobauer abgedeckt ist, gilt das Risiko für Kundinnen und Kunden als überschaubar. Technisch seien moderne Fahrzeugbatterien in der Lage, solche Anwendungen umzusetzen – insbesondere dann, wenn man „die Nutzung bei V2G auf kleine Lade- und Entladezyklen limitiert“. Angesichts der Tatsache, dass ein durchschnittliches Elektroauto im Jahr oft nur rund 35 bis 40 Vollzyklen durch Fahrbetrieb durchläuft, verfügen die Batterien über erhebliche Reserven. „Kleine, gezielt gesteuerte Energiebewegungen zählen zu den Anwendungen, für die Batterien besonders gut geeignet sind“, erläutert Dr. Ringbeck.

Auch der VDA teilt mit, dass bidirektionales Laden zwar zu zusätzlichen Lade- und Entladezyklen führt, was grundsätzlich die Batterie beansprucht. Studien und Praxistests würden jedoch zeigen, dass die Degradation moderat bleibt, wenn intelligente Ladestrategien eingesetzt werden. Viele Hersteller würden das Batteriemanagement so optimieren, dass die Rückspeisung innerhalb konservativer Ladefenster erfolgt. Eine Beeinträchtigung der Fahrzeugnutzung sei durch das bidirektionale Laden daher nicht zu erwarten.

Zum Abschluss lässt sich festhalten: Die Technik ist verfügbar und auf dem Markt angekommen. Energieversorger wie E.ON arbeiten gemeinsam mit Herstellern wie BMW an ersten marktnahen Anwendungen.

Ob Deutschland im internationalen Vergleich beim Thema bidirektionales Laden eine führende Rolle einnimmt, entscheidet sich damit eher an der Geschwindigkeit der politischen Umsetzung.

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Die Industrie befindet sich mitten in einer Phase rasanter Digitalisierung. Welche Rolle möchten Sie mit Ihren Hardwarelösungen in diesem Wandel einnehmen?

Frank Bollen: Wir als EXTRA Computer stellen IT-Hardware für die produzierende Industrie her. Unser Motherboard, also die Hauptplatine, die alle Computerteile miteinander verbindet und viele der Komponenten sind in Deutschland produziert. Das ist unsere zentrale Rolle: Hardwareherstellung in Deutschland.

Ihre Industrie-PCs und Lösungen für dezentrale Datenverarbeitung gelten als sehr robust. Was genau bedeutet das?

Frank Bollen: Robustheit heißt Hochverfügbarkeit und Laufzeit rund um die Uhr. Robustheit heißt auch, dass wir einen guten und schnellen Service mit kurzen Lieferzeiten bieten können. Die Geräte selbst, auch ohne internen Lüfter, haben zusätzlich keine Staubaffinität. Es geht also gar nicht unbedingt um Robustheit in dem Sinn, dass ein Gerät runterfallen kann, sondern dass es in einem industriellen Betrieb generelle Sicherheit bieten kann.

Wenn Robustheit ein so zentraler Faktor ist, spielt natürlich auch Sicherheit eine Rolle. Wie adressieren Sie das Thema Cyber Security?

Frank Bollen: Security fängt schon in der Produktionskette an. In einem gelöteten Motherboard könnten gefährliche Programme in kleinen Chipkomponenten integriert sein. Deshalb haben wir unsere Geräte mit Motherboards aus Deutschland bestückt. Das gibt einfach die Sicherheit, dass in der Lieferkette nichts eingebaut werden kann, was beim Kunden zu Unsicherheiten führt. Damit ist die Sicherheit allein schon bei der Hardware gegeben. Wir nutzen oftmals ein linuxbasiertes Operating System aus Deutschland. Unser Betriebssystem ist zentralisiert aufgebaut, das heißt: Der Hauptbestandteil der Software wird nicht lokal auf dem Endgerät installiert, sondern zentral bereitgestellt. Software und Daten werden an einem zentralen Ort gebündelt, was ein deutlich höheres Sicherheitsniveau ermöglicht. Gleichzeitig reduziert dieses Konzept die Anforderungen an die Endgeräte, da pro Device weniger Rechenleistung benötigt wird. Das Resultat sind eine effizientere Verwaltung, höhere Sicherheitsstandards und längere Lebenszyklen der Hardware.

Wo werden Ihre Systeme in der Praxis genau genutzt?

Michael Dannemann: Wir arbeiten beispielsweise mit großen Automobilherstellern zusammen und statten ganze Produktionsstraßen mit unseren PCs aus – zur Steuerung von Displayanzeigen oder in der Logistik als Bildausgabemedium.

Welche Rolle spielt Nachhaltigkeit in Ihrer Hardwareproduktion?

Frank Bollen: Nachhaltigkeit ergibt sich schon allein aus den Transportwegen. Von Augsburg nach Sachsenhausen zu transportieren, braucht weniger Ressourcen. Zudem sind unsere Verpackungen mindestens 80 % recyceltes Material. Oft ist es auch so, dass man an einem alten Gerät einfach nur einzelne Komponenten austauschen muss…

Michael Dannemann: Oder den Speicher erweitern muss. Die Grundkomponente bleibt bestehen. Unsere Geräte haben einen Lebenszyklus im Industriebetrieb von fünf bis sieben Jahren, teilweise sogar zehn Jahre. Das ist grundlegend nachhaltig, weil das Gerät nicht so schnell ausgetauscht werden muss.

Nachdem Sie auf Langlebigkeit und Nachhaltigkeit eingegangen sind, interessiert natürlich auch die Produktlandschaft: Wie unterscheiden sich ihre Produktlinien Calmo und Pokini voneinander? Für welche Branchen sind sie jeweils optimiert?

Frank Bollen: Die Unterscheidung ist recht simpel, sie liegt im Anwendungsfall. Pokini ist eher im Outdoor-Bereich zu finden, auf Baustellen oder im Lager. Das sind Geräte, die nochmal viel mehr Schutz brauchen als unsere Calmo-Geräte, die beispielsweise Einsatz in Fertigungs- und Produktionsumgebungen finden.

Michael Dannemann: Calmo ist sehr modular, sehr sonderlösungsbasiert. Pokini-Geräte sind Embedded-Systeme – klein und robust, aber nicht so flexibel wie Calmo. Und ein wesentlicher Unterschied: Calmo ist alles made in Germany, Pokini ist made in Europe.

Inwiefern wirken sich globale Engpässe – insbesondere die anhaltende Speicherkrise – auf die Produktion aus?

Frank Bollen: Doch wir merken natürlich, was sich gerade in der Preisbildung tut. Vor allem, was RAM-Speicher angeht, also DDR4 und DDR5. Aber durch unsere Ausrichtung haben wir sehr viele Komponenten auf Lager. Damit sind wir flexibel, selbstverständlich nicht komplett krisenbefreit. Dennoch ist unsere Situation gut und wir können liefern.

Welche Trends sehen Sie aktuell in der industriellen Computertechnik? Was kommt in Zukunft auf die Hardwarebranche im Industriebereich zu?

Michael Dannemann: Ein Trend ist, dass vieles in den kompakten Bereich geht. Das bedeutet, dass Rechenleistungen auf zentrale Server ausgelagert werden und dadurch die Endgeräte deutlich kleiner sein können. Gleichzeitig wächst aber der Bedarf an Grafikleistung und KI, wo man größere und leistungsstarke Computer braucht. Die Mittelschicht verschwindet also im Moment.

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