Köln! Ausgerechnet die Stadt der einstürzenden U-Bahn soll Vorbild für Europa sein. Indem sie Lösungen entwickelt, wie Metropolen wachsen, ohne in Abgasen zu ersticken und der Umwelt klaffende Wunden zuzufügen. Vielleicht ist die Kunde von den lokalen Kalamitäten ja nicht bis Brüssel gedrungen. Jedenfalls traut die EU-Kommission Köln wie Stockholm und Barcelona zu, Blaupausen für klimaneutrales Leben und Arbeiten zu liefern, und spendiert der Stadt dafür 8,3 Millionen Euro.
Die geht forsch ans Werk und modelt eine alte Arbeitersiedlung in ihrem Norden um: zum Musterquartier für eine grüne Energieversorgung und schadstoffarme Mobilität. Gut gedämmte Häuser senken drastisch den Heizbedarf; den Rest decken etwa Wärmepumpen, betrieben mit dem Strom neu installierter solarer Dachkraftwerke. Der füllt auch die Batterien von Elektroautos und -fahrrädern, die die Bewohner an zentralen Stellen per App leihen können. Zudem haben die Ämter virtuelle 3-D-Modelle des Sanierungsviertels erstellt. Mit ihnen können sie etwa simulieren, welche Verkehrsführung die wenigsten Abgase verursacht.
Bis 2020 soll das Werk vollbracht sein und Europa wissen, wie so eine Stadt der Zukunft Energieverbrauch und Verkehrsemissionen um 60 Prozent senkt. Initiativen wie die in Köln erfassen inzwischen den ganzen Erdball. Ob in Paris, New York, Peking oder Rio de Janeiro – überall kämpfen die Metropolen mit der gleichen Herausforderung: Wirtschaften sie weiter wie bisher, killen sie das Klima und bedrohen mit ihrem Ressourcenhunger das Überleben der Menschheit.
Zahlen belegen das. 75 Prozent des globalen Energieverbrauchs und gar 85 Prozent aller Treibhausgasemissionen gehen laut Vereinten Nationen (UN) auf das Konto der Städte. Wird nicht gegengesteuert, drohen diese Werte noch zu steigen. Nach einer aktuellen Studie des Expertenrats der Bundesregierung zu globalen Umweltveränderungen drängen bis 2050 weitere 2,5 Milliarden Menschen in die Städte. Würden ihre Unterkünfte wie gehabt gebaut, erwärmte sich die Erde bedrohlich um mehr als zwei Grad Celsius, warnt das Gremium.
Doch so groß die Probleme auch sind: So wie die Städte einst die Wiege der Zivilisation waren, können sie wieder eine Geburtsstätte sein – dieses Mal für ein grünes Jahrhundert. Den Metropolen kommt die Schlüsselrolle bei der Gestaltung unserer Zukunft zu, erklärt etwa der Frankfurter Stararchitekt Albert Speer. Zugleich mahnt er: „Die Welt hat nur Bestand, wenn die Städte nachhaltig werden.“
Wie Städte künftig den Parksuchverkehr reduzieren können
Alle Parkplätze an der Straße sind digitalisiert, über das Navigationsgerät im Auto kann der Fahrer einen freien Platz reservieren. Apps des Parkhausbetreibers Apcoa und des Start-ups Clever City Systems sollen bald freie Parkplätze registrieren.
Sind an der Straße keine Plätze frei, steuert der Fahrer das nächste Parkhaus an. Dort rollt der Wagen automatisch - ohne Fahrer - zum nächsten freien Platz. Weil keine Laufwege, Aufzüge und Treppen nötig sind, passen im Vergleich zu konventionellen Parkhäusern auf die gleiche Fläche bis zu fünf Mal mehr Autos.
Quelle: eigene Recherchen, Audi, Apcoa
Privatleute können ihre Fahrzeuge, die in der Garage stehen, mit anderen teilen: Anwohner nutzen sie morgens und abends, Geschäftsleute greifen tagsüber auf die Flotte zu.
Sie müssen dazu Arbeit, Verkehr, Wohnen und Energieversorgung radikal neu organisieren. Besonders fortschrittliche Städte verwandeln sich dazu in Innovationslaboratorien. Einige wie Wien, Amsterdam oder Kopenhagen haben umfassende Smart-City-Strategien entwickelt. Und können damit ein Motor des technischen und gesellschaftlichen Fortschritts und damit des Wohlstands werden.
Big Data in der Stadtverwaltung
Schon heute erbringt London etwa die Hälfte der britischen Wirtschaftsleistung; die mehr als 6000 Technologieunternehmen in und um San Francisco – von Google bis Apple – haben unser Leben um Suchmaschinen und das iPhone bereichert. IT-Konzerne wie Cisco, IBM und Siemens preisen die digitale Vernetzung aller Lebensbereiche einer Kommune als Königsweg und hoffen auf Aufträge.
Sie werden kommen. Die Beratung Arthur D. Little sagt voraus, dass sich die Umsätze mit der intelligenten Aufrüstung unserer Städte weltweit schon in vier Jahren auf 2,1 Billionen Dollar verdoppeln werden – das entspricht der jährlichen Wirtschaftsleistung Frankreichs.
Zu nichts weniger als zur „Avantgarde der digitalen Transformation“ will der italienische Vordenker Carlo Ratti die Städte machen. Der Ingenieur und Architekt vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) möchte sie dazu mit Sensornetzwerken überziehen, die jede Regung registrieren. Die Echtzeitdaten, so Rattis Vision, bringen Transparenz, vereinfachen die Kommunikation zwischen Verwaltung, Bürgern und Wirtschaft, erleichtern es, Verkehrsströme zu lenken.
Ganz so weit wollen die Stadtoberen im benachbarten Boston noch nicht gehen. Doch den Anfang haben sie gemacht. Beispielsweise nutzen sie Daten von Googles Navigations-App Waze, mit der sich deren Benutzer gegenseitig über Staus oder Unfälle informieren, um Ampeln zu schalten oder Rettungswagen loszuschicken. Zugleich hat die Verwaltung eine Reihe von Service-Apps entwickelt. Über sie können die Einwohner die Stadt via Smartphone auf Schlaglöcher, verbogene Verkehrsschilder und überquellende Mülleimer hinweisen. Die Stadt meldet, wenn der Missstand beseitigt ist.
Sogar ein im Internet für jeden einsehbares Zeugnis lassen sich die Ämter ausstellen. Der CityScore gewichtet mehr als 20 Leistungskategorien: Verfügbarkeit von freiem WLAN etwa, beseitigte Graffiti oder das Tempo, mit dem die städtischen Bediensteten Bürgeranfragen beantworten. Liegt der Wert über eins, macht die Stadt einen guten Job. Fällt er darunter, verfehlt sie ihre Ziele. Dann wird es hektisch im Büro von Bürgermeister Martin Walsh. Sofort sinnt eine Eingreiftruppe über Abhilfe nach.
Noch viel weiter als Boston hat Chinas einstige Hauptstadt Nanjing die Datenerfassung getrieben. Ob Behörden, Polizei, Gesundheitsamt oder Stadtwerke – alle sind vernetzt und tauschen Informationen aus, um Planungen abzustimmen, zu beschleunigen und Fehler zu vermeiden. Zudem informiert die Stadt auf diesem Weg die Einwohner automatisch über Neuerungen, Unternehmen über öffentliche Ausschreibungen, und sie verschickt elektronisch Strafzettel für zu schnelles Fahren. Jeden Tag gehen rund 25 Millionen Nachrichten raus.
Anders als viele asiatische, amerikanische und auch europäische Metropolen habe Deutschland die Digitalisierung bisher „ziemlich verschlafen“, kritisiert der Stuttgarter Fraunhofer-Experte Alanus von Radecki. Er leitet ein Netzwerk, das für die Bundesregierung die Stadt von morgen entwirft. Bei aller Euphorie für den digitalen Wandel warnt er davor, Städte einseitig nur als einen Markt zu begreifen und vor allem auf Technologie zu setzen. „Probleme wie Einkommensgerechtigkeit und überteuerter Wohnraum kann sie allein nicht lösen.“
Jedes Haus ein Kraftwerk
Das muss man Wiens Oberbürgermeister Michael Häupl nicht zweimal sagen. Er will das Heft des Handelns in der Hand behalten, statt Lösungen der Fantasie und dem geschäftlichen Interesse von Technologiekonzernen zu überlassen. So beschloss der Stadtrat, dass Mobilität nicht mehr als einen Euro pro Tag kosten darf, damit jeder sie sich leisten kann. Seit das Jahresticket nur mehr 365 Euro kostet, fahren mit ihm schon 700.000 Wiener Bus, Tram und U-Bahn – erstmals mehr, als Autos in der Stadt angemeldet sind.
Um das Wohnen bezahlbarer zu machen, sollen zumindest die Nebenkosten sinken, indem der Strom- und Wärmebedarf abnimmt. Weil rund 220.000 Wohnungen der Stadt gehören, kommt das Dämmen von Gebäuden zügig voran. Ebenso die Umstellung auf zentral erzeugte, energieeffiziente Fernwärme. Dabei zapft die städtische Wien Energie nun auch die Abwärme aus Industriebetrieben an, die vorher ungenutzt entwich. So wird der bekannte Waffelproduzent Manner von Herbst an 600 Haushalte mit warmem Wasser fürs Heizen und Duschen aus seinem Backprozess versorgen.
Österreichs Kapitale will bis 2050 rund 40 Prozent weniger Energie verbrauchen; die Hälfte sollen Wind, Sonne und Wasserkraft produzieren. Eine Mammutaufgabe, wo doch die 1,8-Millionen-Einwohner-Stadt allein vergangenes Jahr 43.000 Bürger dazugewann.
Das ehrgeizigste Projekt startet Wien im nordöstlich gelegenen Stadtteil Aspern, wo rund um einen künstlichen See ein Quartier für 20.000 Bewohner und ebenso viele Arbeitsplätze entstehen. Dort erkunden Versorger, Netzbetreiber, der Technologiekonzern Siemens und Forscher mit realen Daten, wie viel Technik wirklich für eine grüne Energiezukunft notwendig ist. Dazu haben die Partner ein sechsstöckiges Wohnhaus, ein Studentenwohnheim und einen Kindergarten vom Keller bis zum Dach mit Sensoren, Wärmepumpen, Solarkollektoren, Fotovoltaik, Batterien, Heizstäben und einem riesigen Erdwärmespeicher vollgestopft.
Mit welchen Hindernissen Elektroautos kämpfen
Noch sind die reinen E-Autos deutlich teurer als ihre Benzin-Pendants. Ein Beispiel: Der E-Golf von Volkswagen ist ab 35 000 Euro zu haben. Ein Golf mit vergleichbarer Ausstattung kostet nur 24 150 Euro. Doch das könnte sich ändern. Laut Berechnungen des Ingenieurbüros P3 sind Elektrofahrzeuge ab dem Jahr 2018 beim Preis wettbewerbsfähig, wenn nicht sogar im Vorteil. Dabei werden neue Batterien zu Grunde gelegt, die einen höheren Nickelanteil vorweisen.
Die Batterietechnologie, die für den Preis verantwortlich ist, ist auch der Grund für einen weiteren Knackpunkt: Für den E-Golf gibt Volkswagen eine Reichweite zwischen 130 und 190 Kilometern an. Für eine Fahrt in den Urlaub dürfte das kaum reichen, zumal die Zahl der Ladepunkte in Deutschland im Vergleich zu den herkömmlichen Tankstellen noch klein ist. Auch das dürfte sich aber mit der Weiterentwicklung der Batterietechnologie ändern.
Vor allem auf dem Land kann die geringe Reichweite zum Problem werden. Deutschland liegt laut der Nationalen Plattform Elektromobilität mit 4800 Ladepunkten an 2400 Standorten im internationalen Mittelfeld. Nach dem Willen der EU Kommission sollen bis 2020 in Deutschland 150 000 öffentlich zugängliche Ladestationen entstehen. Zum Vergleich: Laut ADAC lag die Zahl der herkömmlichen Tankstellen 2013 bei 14 328.
Smart-Chefin Annette Winkler spricht sich schon lange offen für eine Förderung von E-Autos aus. Das müssen nicht unbedingt finanzielle Anreize sein: Der Bundestag erlaubte jüngst Städten und Gemeinden, kostenlose Parkplätze für E-Autos zu reservieren und ihnen die Nutzung von Busspuren zu erlauben. Ob das ausreicht, zweifelt unter anderem VDA-Präsident Matthias Wissmann an. Er fordert finanzielle Impulse - wie zum Beispiel Sonderabschreibungsregeln für Firmenwagen. In anderen Ländern wie den USA, China oder Frankreich bekommen Käufer Cash vom Staat beim Kauf eines E-Autos.
Nach Zahlen des Kraftfahrtbundesamtes (KBA) rollten Ende 2014 knapp 19 000 reine E-Autos auf deutschen Straßen. Die Zahl der sogenannten Plug-In-Hybride, die die Bundesregierung zu den E-Autos zählt und die sowohl an der klassischen Tankstelle als auch an der Steckdose betankt werden, lag bei 108 000. Insgesamt waren 44,4 Millionen Pkw in Deutschland unterwegs. Das Ziel der Bundesregierung von einer Million elektrisch betriebenen E-Autos bis 2020 liegt damit noch in weiter Ferne. An der Auswahl kann es nicht liegen: Im vergangenen Jahr kamen laut Verband der Automobilindustrie (VDA) 17 neue Serienmodelle mit Elektroantrieb auf den Markt. 2015 sollen noch einmal zwölf weitere hinzukommen. Selbst der elektroskeptische Porsche-Chef plant offenbar mit einem E-Auto: Zuletzt schloss Müller nicht mehr aus, dass das bis Ende des Jahrzehnts geplante nächste Porsche-Modell rein elektrisch betrieben wird.
Es ist eine äußerst raffinierte Anordnung. Die Ingenieure erfassen sogar, welche Hausecke gerade im Schatten liegt und daher eine höhere Heizleistung braucht als die sonnenbeschienene Seite.
Nach ersten Erkenntnissen kann der Geschäftsführer des Aspern Smart City Research-Konsortiums, Reinhard Brehmer, Erfreuliches berichten. Richtig dimensioniert ist die grüne Energieversorgung billiger als neu verlegte Fernwärme oder Gasleitungen
Vernetzt gegen den Verkehrskollaps
So weit wie der Energiebereich ist der Verkehr noch nicht. Im Gegenteil: Den lärmgeplagten Einwohnern der Ballungsräume droht ein Horrorszenario. Laut UN soll sich das städtische Verkehrsaufkommen bis 2050 noch einmal verdreifachen.
Was aber lässt sich tun, damit der Verkehr nicht völlig zusammenbricht und Abgaswolken die Städte verpesten?
Deutsche Politiker bringen wenig Mut für Innovationen auf
Statt es mit einer Citymaut für Autos wie London, Stockholm oder Singapur zu probieren, testet das niederländische Amsterdam, von der EU gerade zu Europas Innovationshauptstadt gekürt, kreativere Lösungen. Um Autos aus dem Zentrum fernzuhalten, baut die Verwaltung große Parkplätze am Stadtrand. Wer dort sein Auto abstellt und auf die Straßenbahn umsteigt, zahlt nur einen Bruchteil der hohen Parkgebühren in der Innenstadt. Dort reduziert die Stadt die Stellplätze zudem systematisch und baut dafür lieber neue Fahrradwege.
Die 350 Elektroautos des Carsharing-Anbieters Car2Go, einer Daimler-Tochter, parken umsonst. Privatleute und Unternehmer, die ein E-Mobil anschaffen, erhalten sofort einen Parkplatz, statt auf einer Warteliste zu landen. Und die Stadt fördert den Kauf elektronischer Fahrzeuge mit Zuschüssen von 5000 bis zu 40.000 Euro für Lkws. An fast 2000 Stationen lassen sich die Fahrzeuge laden, annähernd so viele, wie es in ganz Deutschland gibt. Bis 2025 sollen auch alle städtischen Busse elektrisch fahren.
Lkws und Kleintransporter würden die Rathauspolitiker am liebsten aus dem Zentrum verdrängen. Die Fahrer sollen stattdessen ihre Waren an Sammelpunkten vor den Toren Amsterdams auf Fracht-Fahrräder und 1,7 Meter schmale und neun Meter lange E-Transporter umladen. „Täglich verstopfen halb leere Lastwagen die Straßen“, schimpft Bert Roozendaal vom privaten Transporteur Transmission, der das grüne Verteilsystem aufbaut. „Jedes unserer Fahrzeuge hält vier bis fünf Lkws aus der Stadt “, sagt er.
Deutsche Politiker bringen weniger Mut für solche Innovationen auf – egal, welcher Couleur. So besetzt Stuttgart, obwohl grün regiert, seit Jahren den Spitzenplatz bei schlechter Luft und Zahl der Staus.
Noch viele Hürden für selbstfahrende Autos
Autopiloten sind in Flugzeugen Standard. Auch in Schiffen übernimmt zumindest außerhalb der Häfen oft der Computer das Ruder. Am Ende geht es auch beim autonomen Fahren um einen Autopiloten, der das Fahrzeug steuert. Doch der Autoverkehr ist komplex. Auf der Autobahn können die Prototypen der Industrie bereits ohne größere Probleme ohne Eingriffe des Fahrers unterwegs sein. Im Stadtverkehr wird es schon schwieriger. Halbautomatische Funktionen sind allerdings inzwischen Alltag. Ob Tempomaten, Einparkhilfen, Stauassistenten oder Abstandsregler - viele Funktionen entlasten den Fahrer bereits. Auch etwa Mähdrescher können längst eigenständig über das Feld fahren.
Eins der wichtigsten Argumente ist die Sicherheit. Die meisten Unfälle gehen auf Fahrfehler zurück. Weit oben in der Statistik: zu hohe Geschwindigkeit, zu geringer Abstand oder Abbiegefehler. Automatisch gesteuerte Autos würden solche Fehler minimieren. Denn Risikofreude, Spaß an der Geschwindigkeit und Selbstüberschätzung kennt ein Computer nicht. Er bremst, wenn der Abstand zu gering wird und nimmt nicht aus Unachtsamkeit anderen die Vorfahrt.
Die Entwicklung ist recht weit fortgeschritten. BMW etwa testet seit Jahren automatisch fahrende Autos, auch auf deutschen Autobahnen. Die Fahrzeuge können auch eigenständig überholen. Solche Tests müssen sich die Hersteller aber von Behörden genehmigen lassen. Audi ließ jüngst zur US-Technikmesse CES einen Wagen „autonom“ rund 900 Kilometer aus dem Silicon Valley nach Las Vegas fahren. Auch Daimler präsentierte auf der CES seine Vision für ein selbstfahrendes Auto der Zukunft. Der silberne Mercedes-Prototyp fuhr autonom auf die Bühne nach einer Tour durch die Wüste und die Hotel-Meile der Glücksspiel-Stadt. Zumindest für die Autobahn können sich manche Hersteller pilotiertes Fahren bereits in fünf bis sieben Jahren vorstellen.
Hier beginnen die Schwierigkeiten jenseits der Technik. Die erste Hürde ist das „Wiener Übereinkommen für den Straßenverkehr“ von 1968, das die Basis für die meisten Verkehrsregelungen ist. Darin gibt es zwar Hinweise zu Zugtieren, aber von selbstfahrenden Autos ist nicht die Rede. Dafür aber davon, dass jedes Auto einen Fahrer braucht, der am Ende verantwortlich ist. Dass Autofahrer am Ende Verantwortung und Kontrolle völlig abgeben werden, gilt eher als unwahrscheinlich. Noch fehlen dafür aber Regeln und Gesetze. Bei den bisher fahrenden Prototypen auf normalen Strecken müssen in Deutschland die Fahrer darauf geschult sein.
Europas größter Versicherer, die Allianz, würde auch selbstfahrende Autos versichern. Allerdings würde sich die Risikoeinschätzung ändern, denn das Risiko verlagere sich vom menschlichen Fehler des Fahrers zum Entwickler der Autopiloten. Allerdings glauben die Versicherer nicht daran, dass es vollständig selbstfahrende Auto geben wird. Ein Fahrer werde auch künftig einen Führerschein brauchen, und das Gefährt im Notfall oder in Situationen wo es nötig ist, kontrollieren zu können.
Sicherlich auch, um Kunden mit immer ausgereifteren Extras zu locken. Doch daneben spielt auch die mögliche Konkurrenz durch andere Spieler eine Rolle. So arbeitet etwa auch der Internetkonzern Google seit einigen Jahren an selbstfahrenden Autos.
Immerhin: Erste smarte Mobilitätsprojekte hat Oberbürgermeister Fritz Kuhn mit angestoßen. Seit einigen Monaten stellt der VSS Verkehrs- und Tarifverbund Stuttgart Wochen- und Monatskarten auf die Polygo Card um. Sie berechtigt zum Fahren mit Bussen und Straßenbahnen, zum Ausleihen von Fahrrädern und Carsharing-Autos sowie zum Befüllen der Akkus von E-Mobilen an Schnellladestationen. Alles entspannt mit einer Karte.
In der Vernetzung von Verkehrsmitteln à la Schwabenmetropole sieht Silke Cuno vom Berliner Fraunhofer-Institut für Offene Kommunikationssysteme die Zukunft. „Es braucht Angebote, mit denen jeder Einzelne anbieterunabhängig in Echtzeit die optimale Route von A nach B für sich ermitteln kann“, sagt die Leiterin des EU-geförderten Forschungsprojekts Streetlife. Es erkundet, wie sich Autofahrer zum Umstieg aufs Fahrrad oder die Straßenbahn bewegen lassen.
Technische Hintergründe zu Akkus
Eine Batterie hat die Aufgabe, beim Aufladen möglichst viele Elektronen aufzunehmen und diese mit möglichst wenigen Verlusten zu speichern. Beim Entladen gibt sie die Elektronen dann wieder ab, um mit diesem Strom zum Beispiel einen Elektromotor oder ein Handy zu betreiben.
Im Akku übernehmen die sogenannten Lithium-Ionen diese Speicheraufgabe: Diesen Atomen fehlt ein Elektron. Daher sind sie elektrisch positiv geladen. Beim Aufladen strömen negativ geladene Elektronen in den Akku und sammeln sich in einem dichten Geflecht aus dem leitfähigen Kohlenstoff Graphit. Dorthin wandern dann auch die positiv geladenen Lithium-Ionen. Jedes von ihnen bindet ein Elektron – man könnte auch sagen, dass jedes Ion ein Elektron festhält, um die Ladungsneutralität zu gewährleisten. Beim Entladen des Akkus verlassen die Elektronen das Graphit nach und nach wieder. Damit wandern auch die positiv geladenen Lithium-Ionen aus dem Graphit-Netzwerk heraus. Später kann der Ladezyklus dann von neuem beginnen.
Je mehr Lithium-Ionen in einen Akku hineinpassen, umso mehr Elektronen und damit Energie können auf gleichem Raum gespeichert werden. Daher arbeitet Bosch schon länger unter anderem daran, den Graphit-Anteil zu reduzieren oder ganz auf das Graphit zu verzichten. Dies würde die Energiedichte des Akkus deutlich steigern. Das scheint jetzt dem Start-up Seeo, das Bosch gekauft hat, gelungen zu sein.
In Berlin haben Senat, Verkehrszentrale und Siemens eine IT-Plattform geschaffen, die Daten des öffentlichen Nahverkehrs mit Unfallstatistiken sowie Wettervorhersagen und Luftschadstoffwerten kombiniert. Daraus ist eine kostenlose Navigations-App entstanden. Sie weist Pendlern die kürzeste, die sicherste und die umweltfreundlichste Route zum Ziel. Auch nahe gelegene Haltestellen und Ausleihstationen für Fahrräder zeigt sie an. So wird intelligente Mobilität zum Kinderspiel – grün, günstig, flott.
