Wie umweltfreundliches Fahren und künstliche Intelligenz helfen könnten, die Emissionen von Stadtfahrzeugen zu senken

Wer hat nicht schon einmal an einer roten Ampel gestanden, gefangen im alltäglichen Tanz des Stop-and-Go-Verkehrs? Vielen ist nicht bewusst, dass diese scheinbar trivialen Unannehmlichkeiten messbare Kosten für die Umwelt mit sich bringen. Der unproduktive Leerlauf an signalisierten Kreuzungen kann zu den schwindelerregenden 15% der Kohlendioxidemissionen des Landverkehrs in den Vereinigten Staaten beitragen. Doch die Zukunft des Autofahrens könnte kurz vor einem großen Fortschritt stehen, der nicht nur unsere kollektive Frustration, sondern auch die Umweltbelastung verringert.

Auf dem Weg in eine grünere Zukunft

Neue Forschungen des MIT haben ergeben, dass ‘Eco-Driving’ einen entscheidenden Beitrag zur Verringerung dieser Emissionen leisten könnte. Dieser Ansatz ermutigt die Fahrer, die Geschwindigkeit ihres Fahrzeugs anzupassen, um unnötige Stopps und schnelle Beschleunigungen zu vermeiden. Mithilfe einer leistungsstarken KI-Technik, dem so genannten "Deep Reinforcement Learning", haben die Forscher analysiert, wie sich diese Änderung des Fahrverhaltens auf die Verkehrsemissionen in drei großen US-Städten auswirken könnte: Atlanta, San Francisco und Los Angeles.

Die Ergebnisse waren äußerst vielversprechend. Eine vollständige Übernahme von umweltfreundlichen Fahrpraktiken könnte zu einer Verringerung der kreuzungsbedingten CO2-Emissionen um 11% bis 22% führen.₂ Emissionen, ohne den Verkehrsfluss oder die Sicherheit zu beeinträchtigen. Der Silberstreif am Horizont ist, dass die Städte selbst dann, wenn nur 10% der Fahrzeuge diese Techniken anwenden, die Emissionen um bis zur Hälfte des Gesamtpotenzials senken könnten.

Eine interessante Entdeckung, die bei dieser Untersuchung gemacht wurde, war, dass selbst durch eine Anpassung der Geschwindigkeitsbegrenzungen an nur 20% der Kreuzungen bis zu 70% an Gesamtemissionen eingespart werden konnten. Dies bedeutet, dass die Einführung umweltfreundlichen Fahrens schrittweise erfolgen kann, aber dennoch sofortige Vorteile mit sich bringt. Cathy Wu, Hauptautorin der Studie, konnte nicht umhin, sich angesichts dieser Ergebnisse optimistisch zu zeigen. “Fahrzeugbasierte Kontrollstrategien wie umweltfreundliches Fahren können einen entscheidenden Beitrag zur Reduzierung des Klimawandels leisten”, sagte sie. “Dies ist nur die Spitze des Eisbergs”.”

Das Wichtigste in Kürze: Eine mehrteilige Studie über vier Jahre

Im Gegensatz zu herkömmlichen Verkehrssteuerungsmaßnahmen, die von einer festen Infrastruktur wie Ampeln und Stoppschildern abhängig sind, macht sich das umweltfreundliche Fahren die Fahrzeugtechnologie zunutze. Denken Sie an Smartphone-Apps, die die optimale Geschwindigkeit vorgeben, oder an intelligente Geschwindigkeitsbefehle für autonome Fahrzeuge, die über Fahrzeug-zu-Infrastruktur-Technologie übermittelt werden.

Die vier Jahre dauernde Untersuchung sollte die Frage beantworten, ob umweltfreundliches Fahren eingeführt werden sollte, nicht nur wie. In dieser umfassenden Studie wurden 33 Schlüsselfaktoren berücksichtigt, von der Straßenneigung bis zur Signalsteuerung. Die Forscher erstellten digitale Doppelgänger von über 6.000 Kreuzungen und simulierten Verkehrsszenarien in Millionenhöhe anhand von Daten aus verschiedenen Quellen. Datengestütztes Lernen half der KI, energieeffizientes Fahren zu optimieren, indem sie von verschwenderischen Aktionen abhielt, um die Rechenkomplexität zu bewältigen. Zur Verbesserung der Effektivität wurden für jedes Cluster eigene Modelle auf der Grundlage seiner Merkmale erstellt. Während die KI lernte, verbesserte sie die Gesamtleistung.

Die Untersuchung ergab auch, dass die Stadtstruktur eine entscheidende Rolle für die potenzielle Wirksamkeit des umweltfreundlichen Fahrens spielt. Während in dichteren Städten wie San Francisco der Nutzen aufgrund des begrenzten Platzangebots etwas geringer ausfällt, können Städte wie Atlanta mit höheren Geschwindigkeitsbegrenzungen und mehr Platz mehr von Initiativen für umweltfreundliches Fahren profitieren. Eine wichtige Schlussfolgerung der Studie war auch, dass selbst ein Bruchteil der Autos, die umweltfreundlich fahren, andere Autos dazu bewegen kann, es ihnen gleichzutun, was insgesamt zu einer Verringerung der Emissionen führt. Eine echte Win-Win-Situation!

Zusätzliche Vorteile

Ökologisches Fahren scheint das Geschenk zu sein, das immer wieder kommt. Abgesehen von der Verringerung der Kohlenstoffemissionen steigert es die Kraftstoffeffizienz, spart Energie und verbessert die Luftqualität. Kombiniert man dies mit der Einführung von Elektrofahrzeugen, ergeben sich kumulative Effekte. Ein Simulationslauf hat gezeigt, dass die Einführung des umweltfreundlichen Fahrens in San Francisco mit 20% die Emissionen um 7% senken könnte, und in Verbindung mit der Einführung von Elektrofahrzeugen steigt diese Reduzierung auf 17%. Cathy Wu weist zu Recht darauf hin, dass umweltbewusstes Fahren in der Tat eine “fast kostenlose Maßnahme” ist, die angesichts der Verbreitung von Smartphones und automatisierten Fahrzeugen schnell und in großem Umfang eingeführt werden kann.

Diese bahnbrechende Forschung wurde von Amazon und dem Utah Department of Transportation finanziert. Interessierte Leser finden die Ergebnisse veröffentlicht in Verkehrsforschung Teil C: Aufkommende Technologien oder den Originalartikel unter MIT-Nachrichten.