Der Klimawandel ist mit Abstand die größte Bedrohung der modernen menschlichen Ära – eine Krise, die sich nur verschlimmern wird, je länger wir schwanken -, wobei die amerikanische Autokultur einen wesentlichen Beitrag zu den Treibhausgasemissionen des Landes leistet. Aber CO2-neutralisierende Energie und Lösungen sind bereits in Sicht und werden in einigen weiter entwickelten Ländern wie Schweden bereits eingesetzt. In seinem neuesten Buch, Unsere lebenswerte Welt, Der Wissenschafts- und Technologieanalyst Marc Shaus nimmt die Leser mit auf eine faszinierende Tour durch die aufkommenden Werkzeuge – von „intelligenten Autobahnen“ bis hin zu Düsentreibstoff aus Müll -, die nicht nur zur Eindämmung des Klimawandels beitragen, sondern vielleicht sogar ein neues, nachhaltigeres und lebenswerteres einleiten werden Welt.

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Copyright © 2020 Marc Shaus Alle Rechte vorbehalten. Der folgende Auszug ist abgedruckt aus Unsere lebenswerte Welt: Wie Wissenschaftler heute die saubere Erde von morgen schaffen von Marc Shaus. Nachdruck mit freundlicher Genehmigung von Diversion Books.

In Bezug auf unsere schlechtesten Bereiche für CO2-Emissionen stehen Transport und Stromerzeugung ganz oben auf der Liste. Laut der American Environmental Protection Agency (EPA) macht der Transport allein rund 29 Prozent der gesamten Kohlenstoffemissionen des Landes aus. Das ist fast ein Drittel der amerikanischen Emissionen, die für das Bewegen von Fahrzeugen aufgewendet werden. Wir finden dieses Verhältnis auch in vielen anderen Ländern relativ konsistent, da nach globalen Zahlen der Verkehr zu den höchsten Emissionsquellen zählt. Und während sich die Entwicklungsländer weiterentwickeln, werden mehr potenzielle Fahrer Autos kaufen. Das frühzeitige Herausfinden unserer Transportprobleme sollte daher zu unseren obersten Prioritäten gehören.

Es gibt drei Möglichkeiten, wie Wissenschaftler daran gearbeitet haben, unseren Verkehrssektor zu retten: Schaffung klimaneutraler Kraftstoffe für unsere derzeitigen Fahrzeuge; Entwicklung umfassender neuer Verbesserungen für Elektrofahrzeuge der nächsten Generation; und Einführung einer neuen Infrastruktur, um die Auswirkungen unserer Fortbewegung zu verringern. CO2-neutrale Kraftstoffe sind unglaublich vielversprechend, hängen aber auch von unserer Fähigkeit ab, sie auf zivilisatorisches Niveau zu bringen. Die Elektrifizierung unserer Fahrzeuge erfolgt sofort, daher ist es nicht verwunderlich, dass dort immense Mengen an Kapital und Innovation beginnen. Und die gute Nachricht ist, dass Elektrofahrzeuge (EVs) zwar nur langsam gewachsen sind, wir aber mit technischen Verbesserungen erneut bahnbrechende Neuentwicklungen vorgenommen haben.

Zu den neuen technischen Höchstleistungen für Elektrofahrzeuge gehören Fahrzeugspezifikationen aus der Nanotechnologie für mehr Leichtigkeit und Haltbarkeit. autonome Navigation für selbstfahrende Autos; die Fähigkeit, unsere Fahrzeuge drahtlos oder sogar während der Fahrt aufzuladen; erneuerbare Energieeinträge für mehr Unabhängigkeit für Fahrer (plus das Potenzial, Fahrzeuge als „virtuelle Kraftwerke“ zu monetarisieren); sogenannte „intelligente Straßen“, die unseren Antrieb auf verschiedene Weise unterstützen können; und mehr – all dies kann potenziell die Emissionen reduzieren, indem Elektrofahrzeuge billiger, effizienter und letztendlich für potenzielle Fahrer attraktiver werden.

Je nachdem, wo Sie wohnen, kann es immer noch als elitär oder unnötig empfunden werden, elektrisch zu fahren. Aber keines dieser Narben kann viel länger überleben. Je mehr Staaten Vorschriften für Elektrofahrzeuge einführen, die erforderliche Ladeinfrastruktur aufbauen und Anreize für Käufer bieten, desto mehr werden diese Fahrzeuge zu einer kurzfristigen Lösung für unsere Transportprobleme. Viele Länder und einzelne Regionen haben bereits EV-Ladestationen entlang wichtiger Autobahnen oder haben diese Projekte in der Entwicklung. Einige dieser Ladestationen versprechen sogar eine erneuerbare Stromversorgung. Wenn sie öffentlich finanziert werden, können sie auch kostenlos genutzt werden. Mehrere größere globale Unternehmen haben auf ihren Parkplätzen ebenfalls kostenlose EV-Ladestationen installiert, die die Mitarbeiter nutzen können. Oder natürlich, um potenzielle Kunden mit dem Versprechen freier Elektronen auf Parkplätze zu locken.

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Die Möglichkeit, drahtlos aufzuladen, eröffnet EV-Fahrern überraschende neue Möglichkeiten. Daher arbeiten Wissenschaftler seit geraumer Zeit an der Entwicklung der Technologie für das drahtlose Laden. Probleme mit Parkfehlausrichtungen waren ein ständiges Problem, ebenso wie Gehäusekomponenten, die den Fahrer vor der damit verbundenen Strahlung schützen können. Aber die Forschung und Entwicklung hat sich weiterentwickelt, und große Autohersteller arbeiten jetzt mit mehreren Forschungsteams für drahtloses Laden auf der ganzen Welt zusammen. Und zum Glück sehen wir jetzt einige Unternehmen, die diese Technologie für den öffentlichen Gebrauch einführen.

In Long Beach, Kalifornien, hat das drahtlose EV-Ladeunternehmen Wave bereits spezielle Ladezonen für Stadtbusse auf öffentlichen Verkehrsmitteln bereitgestellt. Die Pads sind so konzipiert, dass Busse aufgeladen werden, während die Fahrgäste ein- und aussteigen, wodurch Zeit für die Weiterleitung zu einer separaten Ladestation gespart wird. Wissenschaftler haben Technologien eingesetzt, die dem Aufladen unserer Telefone ohne Kabel ähneln, jedoch zusätzliche Funktionen bieten, um die Ladesignale zu verstärken und eine ungenaue Positionierung zu korrigieren.

Ein Unternehmen wie WiTricity aus Watertown in Massachusetts (aus Wissenschaftlern des MIT hervorgegangen) hat versprochen, dass seine Pads durch Schnee und Zement aufgeladen werden, und selbst wenn das Parken leicht falsch ausgerichtet ist. “Park-and-Charge; So einfach ist das “, lautet der WiTricity-Slogan. Das Unternehmen hat sich mit Herstellern zusammengetan, um die Garage-fähigen Ladekissen für Haushalts-Elektrofahrzeuge möglicherweise sogar zu dem Zeitpunkt zu skalieren, zu dem Sie dies lesen (ein Beispielbild für WiTricity-Ladekissen in einem Parkhaus finden Sie auch im ersten Fotoabschnitt auf Seite 60).

Das Versprechen der drahtlosen Ladetechnologie für Elektrofahrzeuge besteht nicht nur darin, Hausbesitzern die Mühe zu ersparen, ihr Auto nachts anzuschließen – das eigentliche Versprechen besteht darin, die Betreiber öffentlicher Verkehrsmittel zu ermutigen, mit zunehmender Leichtigkeit umzusteigen. Taxiunternehmen können den Besitz einer EV-Flotte erhöhen, wenn sie wissen, dass Ladestationen in allen Städten dazu beitragen, dass sie nicht zur Stromversorgung zurück zum Firmensitz geleitet werden. Die Flottenfahrzeuge jeder Stadt könnten diese Technologie ebenfalls einsetzen. Denken Sie auch daran, Zonen von Krankenhäusern, Schulen und anderen Orten zu stoppen, an denen Menschen routinemäßig untätig sind. Analysen von Experten zeigen, dass der weltweite Markt für drahtlose Ladegeräte für Elektrofahrzeuge von 21,8 Mio. USD im Jahr 2017 auf rund 1,4 Mrd. USD im Jahr 2025 gestiegen ist.

Ingenieure hören jedoch nicht nur beim kabellosen Laden auf. Was wäre, wenn wir durch das Hinzufügen von drahtlosen Ladekissen zur Auswahl von Straßen und zum Laden unserer Fahrzeuge während der Fahrt mehr von der Rätselraten beim Laden nehmen könnten? Eine weitere Technologie, die immer „nur noch wenige Jahre entfernt“ zu sein scheint, das mobile Laden, hat ebenfalls von mehreren neuen Fortschritten profitiert.

In Schweden haben Ingenieure eine Schiene im Slot-Car-Stil getestet, die in Straßen eingebettet werden soll und Elektrofahrzeuge beim Überfahren mit Energie versorgt. Das seit 2017 in Betrieb befindliche eRoadArlanda-Projekt stattete Straßen mit einer Schiene aus, die in der Mitte jeder Fahrspur verläuft, um Fahrzeuge unterwegs anzutreiben. Die Schiene ermöglicht es Pkw und Lkw, die mit einem ausziehbaren Ladepad ausgestattet sind, mit nahezu Autobahngeschwindigkeit zu fahren. Ein Kontaktsensor am Ladearm kann erkennen, wenn die darunter liegende Schiene vorhanden ist, sich dann entweder absenken, um Strom zu ziehen, oder sich automatisch anheben, wenn die Schiene nicht mehr vorhanden ist. Wechselnde Magnetfelder erleichtern die Leistungsübertragung zwischen berührungslosen Schaltkreisen, wobei ein kleines Frequenzband für eine induktive Leistungsübertragung (IPT) verwendet wird. Berichten zufolge könnten bereits vorhandene Elektrofahrzeuge ohne ausgestattetes Ladekissen mit einem nachgerüstet werden.

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Schwedens E-Road war bisher ein relativer Erfolg. Die Ergebnisse wurden nur durch die Grenzen der Platzierung der Ladestreifen durch die Ingenieure verjüngt. Glücklicherweise ist die Elektrifizierung von Straßenabschnitten anscheinend nicht so gefährlich, wie es sich anhört: Streifenkanäle sind breit genug, damit Wasser abfließen kann, und nicht so breit, dass Motorräder getroffen werden können. Um sich persönlich zu verletzen, müssten Sie flach auf der Straße stehen und etwas in die Streifen klemmen (was zum Glück noch niemand versucht hat).

Derzeit werden in verschiedenen Labors auf der ganzen Welt mehrere drahtlose Lademöglichkeiten für Straßen entwickelt. Sogenannte „dynamische“ Ladekissen können Energie von Pad zu Pad für sich bewegende Fahrzeuge übertragen. Ingenieure entwickeln aber auch „semidynamische“ Ladekissen für den Einsatz, wenn Fahrzeuge vorübergehend angehalten werden (z. B. an roten Ampeln und Ladezonen). Frühe Geschäftsmodelle für E-Straßen konzentrierten sich darauf, Fahrer mit der eindeutigen Kennung eines Fahrzeug-Pads, die über die App synchronisiert wurde, wattweise zu berechnen, obwohl die Kommerzialisierung noch nicht begonnen hat.

Der internationale Technologieriese Qualcomm hat stark in die Entwicklung dynamischer Ladeoptionen für Elektrofahrzeuge (DEVC) investiert. Basierend auf der drahtlosen Elektrofahrzeug-Ladetechnologie (WEVC) von Qualcomm Halo hat das Unternehmen ein DEVC-System entwickelt, mit dem Fahrzeuge mit einer Geschwindigkeit von bis zu 20 Kilowatt auf Autobahngeschwindigkeit aufgeladen werden können (dank des FabricEV-Ladeprogramms von Paris).

Alle neuen Entwicklungen, die die Funktion und Attraktivität von Elektrofahrzeugen erhöhen, werden dazu beitragen, sie zu einer nachhaltigeren Alternative zu herkömmlichen Autos zu machen. Realistisch gesehen können Fahrzeuge der nächsten Generation – ob vollelektrisch, Plug-in-Hybrid oder einfach kohlenstoffarmes Gas – die Emissionen aus unserem Verkehrssektor durch Fortschritte in anderen Bereichen reduzieren. GPS-Navigation, Computer Vision, maschinelles Lernen, 5G-Konnektivität und KI-gesteuerte Echtzeitanalysen werden beispielsweise zur Kommerzialisierung autonomer Fahrzeuge beitragen – eine weitere Funktion, die zur Dekarbonisierung unseres Transportsektors beiträgt.

Sie haben wahrscheinlich schon von fahrerlosen Autos gehört, aber für die meisten Automarktanalysten scheint es eine Selbstverständlichkeit zu sein, dass autonome Fahrzeuge (AVs) letztendlich den Markt dominieren werden. Bei der Bewertung der Expertenanalyse schätzt Project Drawdown, dass AVs bis zum Jahr 2040 voraussichtlich einen Marktanteil von etwa 75 Prozent der Autos auf der Straße erreichen werden.

AVs können auf verschiedene Weise zur Dekarbonisierung unserer Verkehrssektoren beitragen. Beispielsweise können erhöhte Datenmengen in Verbindung mit verbundenen Fahrzeugsystemen Kollisionen, Stillstandsbedingungen und möglicherweise sogar die Anzahl der Fahrer auf der Straße verringern (dazu bald mehr). Die Reduzierung von Kollisionen und Leerlauffahrzeugen kann direkte Auswirkungen auf den Fußabdruck der Abhilfe haben.

Mithilfe von 5G-Netzen können autonome Fahrzeuge in Echtzeit wirklich unglaubliche Datenmengen untereinander und mit Sensoren von Drittanbietern austauschen. Denken Sie nur einmal darüber nach – während Sie fahren, werden verwirrende Mengen an Informationen von den Sensorsystemen eines AV gesammelt: Wo Sie sich von Moment zu Moment befinden, Orte, an denen Sensoren andere Autos und Objekte wahrnehmen, Ihre Geschwindigkeit, Ihre berechnete Flugbahn, die Kraft der Geschwindigkeit in Bremszeiten und vieles mehr. All dies kann schnell durch künstliche Intelligenz bewertet und analysiert sowie mit anderen Einheiten kommuniziert werden, die dasselbe tun.

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Zwei Autos, die in Echtzeit dieselben Datenpunkte austauschen, können im Wesentlichen um die Ecke sehen und wissen, wo sich andere Autos auf der Straße befinden. Abgesehen von der Reduzierung der Anzahl der Fahrer, die Autos bedienen, die unter Einfluss stehen oder am Steuer einschlafen, bieten AV-Anwendungen daher mehr Sicherheit durch Interkonnektivität. Wir werden auch eine Verbesserung des Stillstands feststellen, wenn AVs zur Routenoptimierung mit einem größeren, intelligenteren Satz stadtweiter Fahrdaten verbunden werden.

Die Kombination einer Reihe futuristischer AEV-Funktionen bietet den Fahrern faszinierende neue Möglichkeiten. Diese Optionen sind etwas weiter entfernt. Berücksichtigen Sie jedoch beispielsweise AV-Anwendungen, die mit drahtlosem Laden gemischt sind. Ausgestattete AEVs, die drahtlos aufgeladen werden können, können realistisch GPS-Navigationsfunktionen verwenden, um nahe gelegene Ladestationen zu lokalisieren. Stationen, die bevorstehende AVs erfassen, können dann möglicherweise Auftrags-IDs zur Rationalisierung des Dienstes verbreiten. Es wird immer wahrscheinlicher, dass wir einen Tag erleben, an dem AEVs von zu Hause aus versandt werden können, eine drahtlose Ladestation finden, drahtlos aufladen können, ohne dass ein Fahrer anwesend ist, und dann nach Hause navigieren können. On-Board-Kamerasysteme könnten absehbar die Möglichkeit bieten, alles in Echtzeit zu sehen. Der Vorteil liegt wiederum weniger in der Erhöhung der Faulheit als vielmehr in der Förderung des Einsatzes von Elektrofahrzeugen für Einzelpersonen und Flottenbesitzer.

Aus diesen Gründen sehen einige Branchenkommentatoren die Möglichkeit, dass zukünftige AV-Mitfahrgelegenheiten tatsächlich die Anzahl der Personen verringern, die sogar ein Auto kaufen. Schließlich kann es eines Tages billiger sein, einfach ein AEV von einem Shuttleservice aus anzurufen, bei dem jederzeit eine Flotte in Bewegung sein kann. Kaufen Sie eine Fahrt irgendwo für weniger Geld als Kraftstoff, Versicherung und mögliche monatliche Autozahlungen. und senden Sie dann den AV auf den Weg. Mit Ladebefehlen ausgestattete AV-Geräte könnten im Voraus wissen, ob ein voreingestelltes Passagierziel seine Energiereserven erschöpft, und den Betreibern signalisieren, dass möglicherweise zuerst eine Rückfahrt zu einer Ladestation erforderlich ist.

Fahrerlose Fahrzeuge wurden offensichtlich im Jahr 2018 eingeführt, als eine Frau aus Arizona von einem autonomen Uber auf tragische Weise geschlagen und getötet wurde. Die Technologie zeigt jedoch keine Anzeichen von Investitionsverlusten. Jährliche Upgrades bringen diese Autos näher an den kommerziellen Einsatz. Tesla zum Beispiel hat den Fahrern bereits eine autonome Beschwörungsfunktion für den Einsatz auf Parkplätzen (oder irgendwo innerhalb von 200 Fuß) zur Verfügung gestellt. Es mag für diejenigen von uns falsch klingen, denen es nichts ausmacht, zu unserem Auto zu gehen, aber diese Add-Ons tragen alle zur Entwicklung der Technologie im Laufe der Zeit bei.

Einige Städte auf der ganzen Welt nutzen bereits kleinere Netze autonomer Flotten-Shuttle-Dienste, um den Ball ins Rollen zu bringen. Ein solcher Dienst – fahrerlos und vollelektrisch – wird in Lyon, Frankreich, betrieben und befördert Passagiere zwischen festgelegten Touristenzielen hin und her. In New York City gibt es auch ein kleines AEV-Netzwerk in einem der Technologiezentren der Stadt.