Verkehrsinfrastruktur : 5G – Chance für besseren Verkehr auf Deutschlands Autobahnen

Der Verkehr auf Deutschlands Straßen nimmt zu. Laut der gleitenden Verkehrsprognose des Bundesverkehrsministeriums (BMDV) dürfte die Güterverkehrsleistung auf deutschen Straßen bis 2051 um 54 Prozent steigen – mit entsprechenden Folgen für den Verkehrsfluss. Es wird erwartet, dass der Anteil überlasteter Streckenabschnitte von 2,5 Prozent 2019 bis 2051 auf mehr als 7,7 Prozent steigen wird.

Denn erreicht die Fahrzeugdichte eine kritische Schwelle, sinkt die mögliche Maximalgeschwindigkeit aufgrund der Mindestabstände. An überlasteten Stellen ist die Fahrzeugdichte so hoch, dass die Richtgeschwindigkeit nicht mehr gehalten werden kann und sich das Risiko der Staubildung signifikant erhöht. 2022 war dies die Ursache für zwei Drittel der insgesamt 300.000 registrierten Staustunden. 

Deshalb braucht es Investitionen, um die Infrastruktur zu stärken. Im Rahmen der Bundesverkehrswegeplanung stellt das BMDV bis 2030 Investitionsmittel in Höhe von 132,8 Milliarden Euro für Bundesverkehrsstraßen zur Verfügung, wovon knapp 50 Prozent für Erhaltung und Ersatzbau vorgesehen sind. Für den Neubau und somit zur Kapazitätserhöhung stehen 34,1 Milliarden Euro zur Verfügung. Damit sollen bis 2030 circa 800 Kilometer Autobahn neu gebaut werden – eine Netzkapazitätssteigerung um etwa sechs Prozent.

Autonomes Fahren setzt flächendeckende 5G-Funkversorgung voraus

Der Abgleich von Ausbauplan und erwarteter Verkehrsentwicklung zeigt jedoch, dass das nicht ausreichen könnte. Es bedarf zudem neuer Lösungen, um einen reibungslosen Personen- und Güterverkehr zu ermöglichen. Ein Schlüssel für mehr Effizienz im Verkehrsraum könnte dabei im (teil-)autonomen Fahren liegen.

(Teil-)autonomes Fahren gehört bereits heute teilweise zur Fahrzeugbasisausstattung. Dabei gibt es jedoch große Unterschiede, bis zu welchem Grad das Fahrzeug die fahrzeugführende Person unterstützt. Aktuelle Modelle bieten häufig bereits das Fahrassistenzlevel 2, bei dem das Fahrzeug – mittels im Fahrzeug verbauter Sensoren – grundlegende Steuerungsfunktionen übernimmt. Der Mensch muss jedoch im Fahrzeug sitzen und bleibt in der Verantwortung.

Ab Fahrassistenzlevel 4 können sich Fahrzeugführende anderen Dingen widmen oder müssen nicht mehr selbst im Fahrzeug sitzen. Da sich das Fahrverhalten durch Abstimmung der Fahrzeuge miteinander sowie mit der Infrastruktur direkt dem Umfeld anpasst, werden der Verkehrsfluss signifikant verbessert sowie Unfälle und Staus reduziert. 

Fahrten können in die Nacht verlagert werden

Zudem besteht das Potenzial, Mindestabstände zu verringern, wenn nur noch Bremsweg und Reaktionszeit der Fahrzeuge und nicht mehr die Reaktionszeit des Menschen berücksichtigt werden muss. So läuft der Verkehr effizienter ab. Autonome Fahrsysteme bieten perspektivisch darüber hinaus die Möglichkeit, Fahrten in die Nacht auszulagern, was den Tagverkehr entlasten würde.

Zur Realisierung von Fahrassistenzlevel 4 beziehungsweise 5 braucht es mehr als im Fahrzeug montierte Sensoren: Es bedarf einer hochverfügbaren Datenanbindung mit geringer Latenz von weniger als 20 Millisekunden, eine Anforderung, für die vor allem die 5G-Technologie prädestiniert ist.

Neben der technologischen Entwicklung der Fahrzeuge und der Gestaltungen des Rechtsrahmens benötigt (teil-)autonomes Fahren eine 5G-Anbindung. Auswertungen von Funknetzinformationen machen dabei aber zwei Herausforderungen deutlich:  So sind bisher circa 23 Prozent der deutschen Autobahnstrecken noch nicht mit 5G versorgt.

Mehr als 3400 neue Masten nötig

Die bereits abgedeckten Strecken bieten Messungen zufolge nicht durchgängig hohe Bandbreiten (> 200 Megabit pro Sekunde Mbit/s), sondern vielmehr durchschnittliche Bandbreiten von weniger als 100 Mbit/s; ein Indiz für eine zu geringe Dichte an Funkmasten. Eine Analyse mit McKinsey-Geodaten kommt zu dem Ergebnis, dass für eine Anbindung der bisher unversorgten Streckenabschnitte circa 1200 neue Masten aufgebaut werden müssen. 

Für die erforderliche Bandbreite von 200 Mbit/s muss das dann bestehende Netz durch den Aufbau von circa 2200 weiteren Masten verdichtet werden. Insgesamt wären damit Aufbau und Betrieb von mehr als 3400 neuen Masten in direkter Nähe zu den Autobahnen erforderlich. Dafür muss mit dem Erwerb oder der Pacht neuer Liegenschaften, deren Erschließung mit Strom und Glasfaser, dem Aufbau neuer Masten sowie der Installation von Sendemodulen einhergehen. Unter Berücksichtigung der unterschiedlichen Standortbeschaffenheiten ist mit einem Investitionsvolumen von 3,8 bis 4,3 Milliarden Euro über einen Zeitraum von 30 Jahren zu rechnen. 

Für die mittelfristige Finanzierung von Aufbau und Betrieb der 5G-Infrastruktur könnten die wirtschaftlichen Effizienzgewinne der Profiteure von Innovationen im Bereich autonomes Fahren monetarisiert werden. Diese ergeben sich vor allem in der Logistik von Gütern auf Autobahnen per Lkw.

Assistenzsysteme machen Beruf attraktiver 

So stellt der zunehmende Fachkräftemangel den Lkw-Transport vor große Herausforderungen. Die Attraktivität des Berufs könnte perspektivisch durch Realisierung von Fahrsystemen mit dem Fahrassistenzlevel 4 verbessert werden. Erhöhte Kosten für die Talentgewinnung oder Verluste aufgrund nicht erfüllbarer oder verspäteter Aufträge können so vermieden werden. Für Speditionsunternehmen lassen sich dabei zwischen zwei und vier Prozent der Kosten pro Transportkilometer einsparen. Allein in Deutschland entspricht dies einem Volumen von 260 Millionen Euro pro Jahr. 

Der Autobahnbetreiber könnte – etwa im Rahmen eines Gebührenmodells – durch Bereitstellung der passiven Infrastruktur samt Masten für den Ausbau des 5G-Netzes entlang der Autobahnen zusätzliche Einnahmen erzielen. Hierzu gehören die Bereitstellung vorhandener Grundstücke, auf denen die Funkmasten errichtet werden, die unterstützende Infrastruktur – wie etwa die Bereitstellung von Strom – und der Funkmast selbst. Die Ausstattung durch den Autobahnbetreiber selbst dürfte zu Kostenreduktionen führen, da Pacht- und Kapitalkosten wegfallen und die Ausgaben für Wartung und Backhaul geringer sind. Ein Teil dieser Kostenvorteile kann an die Telekommunikationsunternehmen weitergegeben werden, die dadurch günstiger auf die bereitgestellten Masten zugreifen können. 

Die Telekommunikationsunternehmen könnten das Sendemodul stellen und die Gesamtlösung in Betrieb nehmen. Der vergünstigte Infrastrukturzugang würde die zu refinanzierenden Investitionen über 30 Jahre um circa 40 Prozent senken. Dies verändert ihre übliche Kostenkalkulation: Standorte entlang der Autobahn zu bewirtschaften, wird wirtschaftlich attraktiv. Sobald dies gewährleistet ist, hätten Speditionen die Möglichkeit, die Autonomisierung im Fahrbetrieb einzusetzen.

Dabei wirken sich autonome Fahrsysteme auch positiv auf Personalkosten aus. Perspektivisch können Fahrzeugführende zeitgleich mehrere Lkw bewegen – etwa ein Leitfahrzeug, das manuell gesteuert wird, während weitere Fahrzeuge als automatisiert fahrende Kolonne folgen. 

Gemeinsame Roadmap entscheidend

Hinzu kommen – je nach Ausbaustufe – die ökonomischen Vorteile weiterer Automatisierungsansätze, die die leistungsstarke Internetanbindung ebenfalls benötigen. Beispiele dafür sind etwa die Teleoperation oder ein vollständig automatisierter Fahrbetrieb – zunächst etwa für vordefinierte Shuttle-Strecken. Obwohl bei den Automatisierungsvorhaben mit erheblichen Investitionskosten seitens der Logistikunternehmen sowie mit fortlaufenden Gebühren zu rechnen ist – etwa für die Nutzung der 5G-Technologie und digitaler Services – verbleiben den Logistikunternehmen unter dem Strich erhebliche Einsparpotenziale. Für die Nutzung der Internetinfrastruktur entrichten die Speditionen eine Nutzungsgebühr an die Telekommunikationsunternehmen. Dies ermöglicht diesen eine Refinanzierung ihrer Investitionen.

Damit die nächsten Schritte hin zu einer zukunftsfähigen 5G-Infrastruktur erfolgen können, müssen alle relevanten Stakeholdergruppen eingebunden werden. Dazu gehören Autobahnbetreiber und Telekommunikationsunternehmen, aber auch Automobilhersteller, Speditionen und weitere Logistikunternehmen, Technologiezulieferer, Digitalunternehmen sowie Branchenverbände, Politik, Verwaltung, Forschung und Zivilgesellschaft. Es gibt bereits Kooperationen zwischen einzelnen Stakeholdern, die auf eine Beschleunigung des 5G-Ausbaus abzielen. 

Co-Autor dieses Beitrags: Frank Sartorius, Partner bei McKinsey. Martin Wrulich spricht heute auf dem Future Mobility Summit des Tagesspiegels zum Thema „Unlock 5G - Wertschöpfung im Verkehr durch Digitalisierungsinfrastruktur“.