Kurs:Mathematische Modellbildung/Themen/2023-24 Wintersemester/Umweltauswirkungen von Verkehr und Mobilität
Umweltauswirkungen von Verkehr und Mobilität Bearbeiten
zurück zur Übersichtsseite WS 23-24
Einleitung Bearbeiten
In einer Welt, die zunehmend von Mobilität geprägt ist, stehen wir vor der Herausforderung, die Auswirkungen unseres Verkehrsverhaltens auf die Umwelt kritisch zu betrachten. Insbesondere die CO2-Emissionen verschiedener Verkehrsmittel sind zu einem zentralen Anliegen geworden, da wir uns mit den drängenden Problemen des Klimawandels und der Umweltbelastung konfrontiert sehen. In diesem Kontext eröffnet die Untersuchung der Umweltauswirkungen von Verkehr und Mobilität durch die Analyse der CO2-Emissionen eine Tür zum tiefgreifendem Verständnis und nachhaltigen Lösungen. Der Verkehrssektor ist einer der Hauptverursacher von Treibhausgasemissionen und die Wahl des Verkehrsmittels spielt eine entscheidende Rolle bei der Beeinflussung dieser Emissionen. Vom privaten PKW über öffentliche Verkehrsmittel bis hin zu Flugzeugen und Fahrrädern - jedes Verkehrsmittel hinterlässt einen ökologischen Fußabdruck. Durch die Entwicklung eines mathematischen Modells zur Analyse der CO2-Emissionen verschiedener Verkehrsmittel können wir nicht nur Vergleiche anstellen, sondern auch tiefere Einblicke in die Faktoren gewinnen, die unsere Umweltbelastung beeinflussen. In dieser Studie werden wir uns auf die Herausforderungen und Chancen konzentrieren, die mit der umweltfreundlichen Gestaltung unserer Mobilität verbunden sind. Indem wir den Blick auf quantitative Analysen und mathematische Modelle lenken, streben wir danach, nicht nur den Status quo (die Gegenwart) zu verstehen, sondern auch mögliche Zukunftsszenarien zu erforschen. Durch die Betrachtung von CO2-Emissionen als zentrale Größe werden wir tiefer in die Mechanismen eindringen, die unsere Umwelt beeinflussen, und uns zugleich dazu inspirieren lassen, transformative Lösungen für eine nachhaltigere Mobilität zu erkunden. Diese Untersuchung bietet die Gelegenheit, nicht nur wissenschaftliche Erkenntnisse zu gewinnen, sondern auch einen Beitrag zu einer lebenswerteren Umwelt zu leisten. Betreten Sie mit uns gemeinsam den Pfad der mathematischen Modellierung, um die Zukunft der Mobilität verantwortungsbewusst zu gestalten.
Ziele der Modellierung Bearbeiten
Unser mathematisches Modellierungsprojekt zur Umweltauswirkung von Verkehr und Mobilität zielt darauf ab, den CO2-Ausstoß verschiedener Verkehrsmittel zu berechnen, um das umweltfreundlichste zu identifizieren. Dadurch möchten wir eine Grundlage schaffen, anhand derer Menschen bei der Wahl ihres Verkehrsmittels den CO2-Ausstoß berücksichtigen können. Des Weiteren streben wir an, Möglichkeiten zur Reduzierung des CO2-Ausstoßes zu ermitteln, beispielsweise durch die Eliminierung bestimmter Faktoren und deren potenzielle Auswirkungen auf den Klimawandel zu untersuchen. Zusätzlich beabsichtigen wir, eine Verbindung zwischen Temperaturabweichungen und dem CO2-Ausstoß in Deutschland herzustellen, um zu beobachten, ob die Klimaziele des Landes erreicht werden können.
Zuordnung der UN-Nachaltigkeitszielen Bearbeiten
Das Thema der Umweltauswirkungen von Verkehr und Mobilität ist von zentraler Bedeutung im Kontext der globalen Nachhaltigkeitsziele. Die Art und Weise, wie wir uns fortbewegen, beeinflusst nicht nur unsere Umwelt, sondern hat auch direkte Auswirkungen auf Schlüsselaspekte des menschlichen Lebens. In diesem Modellierungsprojekt werden die Umweltauswirkungen des Verkehrs mit den nachhaltigen Entwicklungszielen in Verbindung gebracht. Die Ziele 3 (Gesundheit und Wohlbefinden, 9 (Industrie, Innovation und Infrastruktur, 11 (Nachhaltige Städte und Gemeinden) und 13 (Maßnahmen zum Klimaschutz) können dem Kontext der Mobilität zugeordnet werden.
Diese Ziele repräsentieren vielschichtige Ansätze, wie die Transformation des Verkehrssektors nicht nur zu einer nachhaltigeren Umwelt beitragen kann, sondern auch zu einer verbesserten Lebensqualität und wirtschaftlichen Entwicklung weltweit. Im weiteren Verlauf werden die Verbindungen zwischen den Umweltauswirkungen von Verkehr und Mobilität sowie den genannten Nachhaltigkeitszielen näher erläutert.
- Ziel 3: Gesundheit und Wohlbefinden
Verkehr und Mobilität beeinflussen direkt die Gesundheit und das Wohlbefinden der Bevölkerung. Luftverschmutzung durch Fahrzeugemissionen, Lärm und Verkehrsunfälle sind ernsthafte Bedrohungen für die Gesundheit. Reduzierte Luftqualität kann zu Atemwegsproblemen und anderen Krankheiten führen, während Unfälle Verletzungen und sogar den Verlust von Menschenleben verursachen können. Ein nachhaltiges Verkehrssystem, das auf umweltfreundlichen Technologien und sicherer Infrastruktur basiert, trägt dazu bei, die Gesundheit der Menschen zu schützen.
- Ziel 9: Industrie, Innovation und Infrastruktur
Der Verkehrssektor spielt eine Schlüsselrolle in der Entwicklung von Industrie, Innovation und Infrastruktur. Nachhaltige Mobilität erfordert innovative Lösungen wie Elektrofahrzeuge, intelligente Verkehrssteuerungssysteme und alternative Transportmittel. Durch Investitionen in nachhaltige Verkehrsinfrastrukturen können Länder ihre Wirtschaft stärken, neue Arbeitsplätze schaffen und innovative Technologien fördern, die den Verkehr umweltfreundlicher gestalten.
- Ziel 11: Nachhaltige Städte und Gemeinden
Verkehr und Mobilität sind entscheidende Faktoren für die Gestaltung nachhaltiger Städte und Gemeinden. Eine effiziente und umweltfreundliche Verkehrsplanung trägt zur Reduzierung von Verkehrsstaus, Emissionen und Umweltbelastungen bei. Durch den Ausbau von öffentlichen Verkehrsmitteln, sicheren Radwegen und fußgängerfreundlichen Straßen können Städte lebenswerter und nachhaltiger gestaltet werden. Dies fördert eine ausgewogene städtische Entwicklung und verbessert die Lebensqualität der Bewohner.
- Ziel 13: Maßnahmen zum Klimaschutz
Der Verkehrssektor ist ein bedeutender Verursacher von Treibhausgasemissionen, die zum Klimawandel beitragen. Die Umstellung auf nachhaltige Verkehrsmittel wie Elektrofahrzeuge, der Ausbau von öffentlichen Verkehrssystemen und die Förderung von umweltfreundlichen Technologien sind entscheidend, um den CO2-Ausstoß zu reduzieren. Ein nachhaltiges Verkehrssystem ist somit von zentraler Bedeutung für effektive Maßnahmen zum Klimaschutz und zur Erreichung der globalen Klimaziele.
Zielgruppe Bearbeiten
Sekundarstufe I: In diesem Zyklus wird ermittelt wie viel CO2 verschiedene Verkehrsmittel ausstoßen. Es wird ebenso darauf eingegangen, was die Personenzahl in den jeweiligen Verkehrsmittel für eine Rolle spielen.
Sekundarstufe II: In dem zweiten Zyklus geht es darum, den gesamten CO2-Ausstoß an einem gesamten Tag, anhängig der Verkehrszeiten auf einer bestimmten Strecke zu berechnen.
Universität: Im letzten Zyklus wird die Optimierung der Berechnung des täglichen Gesamtausstoßes von CO2 durchgeführt, sowie Prognosen erstellt, die aufzeigen, welche Auswirkungen es hätte, wenn auf bestimmte Fahrzeuge verzichtet würde.
Softwarenutzung Bearbeiten
1. Libre Office
2. Geogebra
Gruppenteilnehmer Bearbeiten
1. Alina Döringer
2. Lena Zachmann
3. Eda Nur Sahinoglu
Sekundarstufe I / Modellierungszyklus I Bearbeiten
Im Rahmen unserer Datenerhebung haben wir eine genaue Analyse durchgeführt, indem wir uns eine Strecke in Karlsruhe näher angesehen haben. Unser Hauptziel bei dieser Datenerhebung ist es, den CO2-Ausstoß unterschiedlicher Fahrzeuge zu berechnen und zu analysieren. Dazu haben wir eine komplette Arbeitswoche von Montag bis Freitag lang täglich 15 Minuten lang zur gleichen Uhrzeit an dieser Strecke verbracht, um die verschiedenen Mobilitätsarten zu zählen und ihre Auswirkungen zu erfassen. Am Montag haben wir eine Stunde lang gemessen, um den Zeitverlauf analysieren zu können. Fakten zur Strecke:
- In der Kaiserstraße vom Kaiserplatz bis zum Europaplatz
- Eine Länge von 500 m
- Stark befahrene Strecke
- Mobilitätsarten: Fahrrad, PKW, LKW/Transporter, Bus, Straßenbahn
- Uhrzeit: 15:30 Uhr bis 15:45 Uhr
Anzahl der Verkehrsmittel Fahrzeug Montag 15:30 bis 16:30 Montag Dienstag Mittwoch Donnerstag Freitag Fahrrad 48 13 18 19 22 28 PKW 287 48 52 78 89 100 LKW 10 2 4 1 1 3 Bus 4 1 2 0 1 1 Straßenbahn 18 5 4 6 6 7
Zusätzlich ist es wichtig zu berücksichtigen, dass es beim PKW einen signifikanten Unterschied macht, ob es sich um ein Diesel-, Benzin- oder Elektroauto handelt. Um dies zu erfassen, nehmen wir eine differenzierte Betrachtung vor und verrechnen die entsprechenden Zahlen mit dem Durchschnittsprozentsatz der jeweiligen Fahrzeugtypen, basierend auf der Gesamtzahl der in Deutschland gemeldeten Fahrzeuge. Für Diesel Autos haben wir einen Prozentsatz von 32% bei Benzin Autos 65% und für Elektro Autos einen Prozentsatz von 3%
CO2-Ausstoß der Verkehrsmittel beim Betrieb selbst Bearbeiten
Zunächst geht es darum, den CO2-Ausstoß der verschiedenen Verkehrsmittel auf unserer Strecke von 500 Metern zu berechnen. Hierfür nimmt man ein durchschnittliches Fahrzeug an. 500 Meter, da dies die Länge unserer Teststrecke ist. Beim CO2-Ausstoß kann man unterscheiden ob es sich um einen direkten CO2-Ausstoß oder um einen indirekten CO2-Ausstoß handelt. Diesel- und Benzinfahrzeuge haben einen direkten CO2-Ausstoß, da sie während des Verbrennungsprozesses fossile Brennstoffe verwenden, was zu Emissionen führt. Straßenbahnen und Elektroautos haben im Gegensatz einen indirekten CO2-Ausstoß, der mit der Stromerzeugung verbunden ist. Bei den folgenden Rechnungen ist zu beachten, dass immer durchschnittszahlen verwendet wurden, wie Beispielsweise der Verbrauch der Benzin- und Dieselfahrzeuge auf 100km. Ebenso könnte die Stromerzeugung aus rein erneuerbaren Energien stammen und somit nahezu Emissions frei sein, jedoch wurden hier auch Durchschnittswerte angenommen. Ebenso wird von einer durchschnittlichen Bahn von 30 Metern ausgegangen. Bei Bussen und LKWs wird angenommen, dass diese ausschließlich mit Diesel betrieben werden, da Diesel noch die führende Kraftstoffart dieser Fahrzeuge ist.
Direkter CO2-Ausstoß Bearbeiten
Um den Verbrauch der Diesel PKWs, der Benzin PKWs, der LKWs und den Bussen zu bestimmen, rechnen wir mit folgender Formel:
CO2-Ausstoß (g CO2/100km) = Verbrauch (l/100km) * Emissionsfaktor (g CO2 pro Liter) [4]
- Der Verbrauch beschreibt wie viel Liter Kraftstoff pro 100km benötig wird.
- Der Emissionsfaktor ist eine Kennzahl, die den Ausstoß von CO2 einer bestimmten Aktivität quantifiziert. Hier wird er in Gramm CO2 pro Liter angegeben.
Fahrzeug Verbrauch l/100km Emissionsfaktor g CO2/l CO2-Ausstoß g CO2/100km CO2-Ausstoß g CO2/km CO2-Ausstoß g CO2/0,5km Benzin PKW 7,7 2370 18.249 182,49 19,245 Diesel PKW 6,5 2650 17.225 172,25 86,125 Diesel LKW 35 2650 92.750 927,5 463,75 Diesel Bus 42 2650 111.300 1113 556,5
Indirekter CO2-Ausstoß Bearbeiten
Um den Verbrauch der Elektroautos und der Straßenbahn zu bestimmen, rechnen wir mit folgender Formel: CO2-Ausstoß (g CO2/100km) = Energieverbrauch (kWh/100km) * CO2-Faktor der Stromerzeugung (g CO2 /kWh) Der Energieverbrauch gibt an, wie viel Kilowattstunden pro 100 Kilometer verbraucht werden. DIndirekter CO2-Ausstoß Um den Verbrauch der Elektroautos und der Straßenbahn zu bestimmen, rechnen wir mit folgender Formel:
CO2-Ausstoß (g CO2/100km) = Energieverbrauch (kWh/100km) * CO2-Faktor der Stromerzeugung (g CO2 /kWh)[5]
- Der Energieverbrauch gibt an, wie viel Kilowattstunden pro 100 Kilometer verbraucht werden.
- Der CO2-Faktor gibt an wie viel Gramm CO2 durch die Erzeugung einer Kilowattstunde verursacht wird.
Fahrzeug Energieverbrauch kWh/100km CO2-Faktor der Strom erzeugung g CO2/kWh CO2-Ausstoß g CO2/100km CO2-Ausstoß g CO2/km CO2-Ausstoß g CO2/0,5km Elektro PKW 20 434 8680 86,8 43,4 Straßenbahn 350 434 151.900 1519 759,5
Diese Tabelle und dieses Diagramm zeigen nun den CO2 Ausstoß von jeweils einem der verschiedenen Verkehrsmittel auf einer Strecke von 500 Metern.
Verkehrsmittel CO2-Ausstoß g CO2/0,5km Benzin PKW 91,245 Diesel PKW 86,125 Diesel LKW 463,75 Diesel Bus 556,5 Elektro PKW 43,4 Straßenbahn 759,5
CO2-Emissionen pro Kopf Bearbeiten
Anhand dieser Auswertung kann man erkennen, dass die Straßenbahn auf einer Strecke von 500m am meisten CO2 ausstößt. Anschließend folgt der Bus, der LKW, der Benzin PKW, der Diesel PKW und schließlich das Elektroauto mit dem geringsten CO2-Ausstoß. Jedoch ist jetzt ein wesentlicher Punkt zu betrachten: Eine Straßenbahn bietet Platz für erheblich mehr Passagiere als ein Auto. Daher ist es weitaus relevanter, den CO2-Ausstoß pro Kopf zu berechnen. Ein typischer Kleinwagen bietet meistens 4 bis 5 Plätze, wobei SUVs und Vans bis zu 9 Plätzen haben. In Deutschland sind durchschnittlich 1,46 Personen in einem PKW. Ein LKW hat fast immer nur eine Person an Bord. Ein durchschnittlicher Bus bietet insgesamt 70 steh- und Sitzplätze. Eine 30 Meter lange Straßenbahn um die 185 Plätze. Beide öffentlichen Verkehrsmittel sind meistens im Durchschnitt um die 65% ausgelastet.
Verkehrsmittel durchschnitliche Besetzung in Personen [6] PKW 1,46 LKW 1 Bus 45,5 Straßenbahn 120,25
Für unsere oberen Berechnungen der CO2-Emissionen bedeutet das, dass die berechneten Ausstöße der jeweiligen Verkehrsmittel durch die Anzahl der Personen im Verkehrmittel geteilt werden müssen, um den CO2 Ausstoß pro Kopf zu ermitteln.
Die Bereits bestehende Formel Co2-Ausstoß= Verbrauch * Emissionsfaktor muss also zu folgenden Formel ergänzt werden:
CO2-Ausstoß pro Kopf (g CO2/100km) = (Verbrauch (l/100km) * Emissionsfaktor (g CO2 pro Liter)) / (Anzahl Personen im Verkehrsmittel)
Verkehrsmittel durchschnittliche Besetzung in Personen CO2-Ausstoß (g CO2/0,5km) CO2-Ausstoß pro Kopf (g CO2/0,5km) Benzin PKW 1,46 91,245 62,49657534 Diesel PKW 1,46 86,125 58,98972603 Diesel LKW 1 463,75 463,75 Diesel Bus 45,5 556,5 12,23076923 Elektroauto 1,46 43,4 29,7260274 Straßenbahn 120,25 759,5 6,316008316
Mittelwert unserer Datenerhebung Bearbeiten
In der folgenden Tabelle wird der Mittelwert unserer Datenerhebung ermittelt. Somit wird veranschaulicht wie viele Verkehrsmittel durchschnittlich in einer viertel Stunde (15.30 Uhr bis 15.45 Uhr) auf unserer Strecke fahren. Hierfür werden die jeweils gezählten Mittelwerte der einzelnen Tagen summiert und durch fünf (Montag-Freitag) geteilt.
Anzahl der Verkehrsmittel Fahrzeug Mittelwert von Montag bis Freitag Fahrrad 20 PKW 73,4 Diesel 32% 23,4 Benzin 65% 47,8 Elektro 3% 2,2 LKW 2,2 Bus 1 Straßenbahn 5,6
Somit kann man jetzt mit den Mittelwerten den gesamten CO2-Ausstoß pro Kopf mit unserer entwickelten Formel in einer ganzen viertel Stunde berechnen. Hierzu lassen wir die Werte des LKWs außenvor um in der nachfolgenden Darstellung das Augenmerk auf die Fortbewegungsmittel im Alltag zu legen.
Verkehrsmittel Mittelwert CO2-Ausstoß (g CO2/0,5km) CO2-Ausstoß gesamt pro Kopf (g CO2/0,5km) von 15:30 bis 15:45 Uhr Benzin PKW 23,4 62,5 1462,5 Diesel PKW 47,8 59 2820,2 Diesel Bus 2,2 12,2 26,84 Elektro PKW 1 29,7 29,7 Straßenbahn 5,6 6,3 35,28
Sekundarstufe II, Universitätsniveau / Modellierungszyklus II Bearbeiten
Um nun den CO2-Ausstoß an einem ganzen Tag zu berechnen müssen wir beachten, dass unsere Werte aus der Datenerhebung nur auf eine bestimmte Zeit zu treffen, nämlich auf die Nebenverkehrszeit. Da es zu unterschiedlichen Zeiten ein unterschiedliches Verkehrsaufkommen gibt, wird unsere Datenherbung im laufenden dieses Zyklus mit Daten aus den anderen Verkehrszeiten ergänzt. Ebenso wir in deiesem Zyklus wieder der CO2-Ausstoß aller Verkehrsmittel betrachtet
Nahverkehrsplan Bearbeiten
In den Hauptverkehrszeiten (HVZ), stehen hauptsächlich die Wege zur Arbeit (Berufsverkehr) und zur Schule (Schülerverkehr) im Vordergrund. Das Verkehrsaufkommen ist in der Hauptverkehrszeit besonders hoch, was häufig zu Staus führt.
Die Nebenverkehrszeit (NVZ) kennzeichnet eine Zeitperiode mit mittlerem bzw. normalem Verkehrsaufkommen. Die Verkehrsnachfrage ist in dieser Zeit geringer im Vergleich zur Hauptverkehrszeit. Hier stehen vor allem Lieferverkehr sowie die Fahrtzwecke Besorgungen, Erledigungen und Einkäufe im Vordergrund.
Die Verkehrsnachfrage, während der Schwachverkehrszeit (SVZ) ist gering. Die Schwachverkehrszeit beginnt an Wochentagen in der Regel nach 20 Uhr (aufgrund der Verlängerung der Ladenöffnungszeiten oft erst nach 21 Uhr) und dauert bis zur morgendlichen Hauptverkehrszeit.
Im Folgenden sind die Zuordnungen der einzelnen Verkehrszeiten aus dem Nahverkehrsplan der Stadt Karlsruhe aufgeführt.
CO2-Ausstoß in den unterschiedlichen Verkehrszeiten Bearbeiten
Da die bisherige Datenerhebung nur in der Nebenverkehrszeit stattgefunden hat, wurde sie jetzt um die Haupt- und Schwachverkehrszeit ergänzt. Die Anzahl der Verkehrsmitteln in einer viertel Stunde wurden dann mit 4 multipliziert um die Anzahl für eine ganze Stunde zu erlangen.
Datenerhebung für eine Stunde Verkehrsmittel HVZ NVZ SVZ Benzin PKW 231,4 191,2 101,32 Diesel PKW 113,92 93,6 49,92 Elektro PKW 10,68 8,8 4,68 LKW 16 8,8 0 Bus 8 4 4 Straßenbahn 24 22,4 16
Verkehrsmittel CO2-Ausstoß g CO2/0,5km Benzin PKW 91,245 Diesel PKW 86,125 LKW 463,75 Bus 556,5 Elektro PKW 43,4 Straßenbahn 759,5
HVZ (1h): 61488,9650g CO2
NVZ (1h): 26455,9154g CO2
SVZ (1h): 49209,0640g CO2
Gleitender Durchschnitt der Daten Bearbeiten
Um nun einen "gleitenden" Übergang unserer Daten zu erlangen, bestimmten wir den gleitenden Durchschnitt mit n=3. Dadurch entstehen realistischere Übergänge zwischen den Verkehrszeiten an einem Tag.
Gleitender Durchschnitt Uhrzeit CO2-Ausstoß (g CO2/0,5km) 0 26455,9154 1 26455,9154 2 26455,9154 3 26455,9154 4 26455,9154 5 38133,5986 6 49811,2818 7 61488,965 8 57395,66467 9 53302,36433 10 49209,064 11 53302,36433 12 57395,66467 13 61488,965 14 57395,66467 15 57395,66467 16 57395,66467 17 61488,965 18 57395,66467 19 53302,36433 20 41624,68113 21 34040,29827 22 26455,9154 23 26455,9154 24 26455,9154
Geradengleichungen Bearbeiten
Um dem Ziel die Fläche unterhalb der Punkte zu berechnen näher zu kommen, stellt man 23 Geradengleichungen auf. Eine Gleichung entsteht jeweils durch 2 Uhrzeiten.
Geradengleichungen x1 y1 x2 y2 Geradengleichung 0 26455,9154 1 26455,9154 f(x)=26455,9154 1 26455,9154 2 26455,9154 g(x)=26455,9154 2 26455,9154 3 26455,9154 h(x)=26455,9154 3 26455,9154 4 26455,9154 i(x)=26455,9154 4 26455,9154 5 38133,5986 j(x)=11677,6832*x-20254,8174 5 38133,5986 6 49811,2818 k(x)=11677,6832*x-20254,8174 6 49811,2818 7 61488,965 l(x)=11677,6832*x-20254,8174 7 61488,965 8 57395,66467 m(x)=-4093,3003*x+90142,06733 8 57395,66467 9 53302,36433 n(x)=-4093,3003*x+90142,06733 9 53302,36433 10 49209,064 p(x)=-4093,3003*x+90142,06733 10 49209,064 11 53302,36433 q(x)=4093,30033*x+8276,060667 11 53302,36433 12 57395,66467 r(x)=4093,30033*x+8276,060667 12 57395,66467 13 61488,965 s(x)=4093,30033*x+8276,060667 13 61488,965 14 57395,66467 t(x)=-4093,3003*x+114701,8693 14 57395,66467 15 57395,66467 a(x)=57395,6647 15 57395,66467 16 57395,66467 b(x)=57395,6647 16 57395,66467 17 61488,965 c(x)=4093,30033*x-8097,140667 17 61488,965 18 57395,66467 d(x)=-4093,3003*x+131075,0707 18 57395,66467 19 53302,36433 e(x)=-4093,3003*x+131075,0707 19 53302,36433 20 41624,68113 f1(x)=-11677,683*x+275178,3451 20 41624,68113 21 34040,29827 g1(x)=-7584,3829*x+193312,3385 21 34040,29827 22 26455,9154 h1(x)=-7584,3829*x+193312,3385 22 26455,9154 23 26455,9154 i1(x)=26455,9154 23 26455,9154 24 26455,9154 j1(x)=26455,9154
Flächeninhalte der Trapeze Bearbeiten
Um nun den Flächeninhalt unter unseren Geraden zu berechnen und somit den CO2-Ausstoß an einem ganzen Tag zu bekommen, betrachtet man jeweils alle einzelnen Zeitstunden. Im folgenden Bild kann man erkennen, dass hierfür der Mittelpunkt einer Zeitstunde ermittelt wird und somit lediglich nur noch den Flächeninhalt eines Rechteckes bestimmen muss. Das liegt daran, dass man durch die einzelnen kongruente Dreiecke der Trapeze ein Rechteck bilden kann. Mit folgender Formel kann man somit, den Flächeninhalt unter allen Geraden bestimmten:
CO2 Ausstoß der einzelnen Trapeze Fläche der einzelnen Trapeze (g CO2) f 26455,9154 g 26455,9154 h 26455,9154 i 26455,9154 j 32294,757 k 43972,4402 l 55650,1234 m 59442,31483 m 55349,0145 p 51255,71417 q 51255,71417 r 55349,0145 s 59442,31483 t 59442,31483 a 57395,66467 b 57395,66467 c 59442,31483 d 59442,31483 e 55349,0145 f1 47463,52273 g1 37832,4897 h1 30248,10683 i1 26455,9154 j1 26455,9154
kumulierter CO2-Ausstoß an einem Tag Bearbeiten
.png)
Prognose - keine Diesel PKWs Bearbeiten
CO2-Ausstoß in den unterschiedlichen Verkehrszeiten
Gleitender Durchschnitt der Daten
Gleitender Durchschnitt Uhrzeit CO2-Ausstoß (g CO2/0,5km) 0 22156,5554 1 22156,5554 2 22156,5554 3 22156,5554 4 22156,5554 5 31996,9023 6 41837,2491 7 51677,596 8 48167,652 9 44657,708 10 41147,764 11 44657,708 12 48167,652 13 51677,598 14 48167,652 15 48167,652 16 48167,652 17 51677,596 18 48167,652 19 44657,708 20 34817,3611 21 28486,9583 22 22156,5554 23 22156,5554 24 22156,5554
Geradengleichungen
Geradengleichungen x1 y1 x2 y2 Geradengleichung 0 22156,5554 1 22156,5554 f(x)=22156,5554 1 22156,5554 2 22156,5554 g(x)=22156,5554 2 22156,5554 3 22156,5554 h(x)=22156,5554 3 22156,5554 4 22156,5554 i(x)=22156,5554 4 22156,5554 5 31996,9023 j(x)=9840,34687*x-17204,83207 5 31996,9023 6 41837,2491 k(x)=9840,34687*x-17204,83207 6 41837,2497 7 51677,596 l(x)=9840,34687*x-17204,83207 7 61488,965 8 48167,652 m(x)=-3509,944*x+76247,204 8 48167,652 9 44657,708 n(x)=-3509,944*x+76247,204 9 44657,708 10 41147,764 p(x)=-3509,944*x+76247,204 10 41147,764 11 44657,708 q(x)=3509,944*x+6048,324 11 44657,708 12 48167,652 r(x)=3509,944*x+6048,324 12 48167,652 13 51677,596 s(x)= 3509,944*x+6048,324 13 51677,596 14 48167,652 t(x)=-3509,944*x+97306,868 14 48167,652 15 48167,652 a(x)=48167,652 15 48167,652 16 48167,652 b(x)=48167,652 16 48167,652 17 51677,596 c(x)=3509,944*x-7991,452 17 51677,598 18 48167,652 d(x)=-3509,944*x+111346,644 18 48167,652 19 44657,708 e(x)=-3509,944*x+111346,644 19 44657,709 20 34817,3611 f1(x)=-9840,34687*x+231624,2985 20 34817,3611 21 28486,9583 g1(x)=-6330,40287*x+161425,4185 21 28486,9583 22 22156,5554 h1(x)=-6330,40287*x+161425,4185 22 22156,5554 23 22156,5554 i1(x)=22156,5554 23 22156,5554 24 22156,5554 j1(x)=22156,5554
Flächeninhalte der Trapeze
CO2 Ausstoß der einzelnen Trapeze Fläche der einzelnen Trapeze (g CO2) f 22156,5554 g 22156,5554 h 22156,5554 i 22156,5554 j 27076,72883 k 36917,0757 l 46757,42257 m 49922,624 n 46412,68 p 42902,736 q 42902,736 r 46412,68 s 49922,624 t 49922,624 a 48167,652 b 48167,652 c 49922,624 d 49922,624 e 46412,68 f1 39737,53457 g1 31652,1597 h1 25321,75683 i1 22156,5554 j1 22156,5554
Kumulierter CO2-Ausstoß an einem Tag
Der CO2-Ausstoß wurden an einem Tag auf der Strecke also um 16,1% ohne Diesel PKWs gesenkt.
CO2-Ausstoß in Deutschland Bearbeiten
Da man jetzt nun weiß, dass der CO2-Ausstoß mit unseren Daten um 16,1% sinkt, wenn man Diesel PKWs verbietet, betrachtet man jetzt den ganzen CO2-Ausstoß in ganz Deutschland, der durch den Verkehrssektor verursacht wird und senkt diesen um 16,1% ab.
Jahr CO2-Ausstoß in ganz Deutschland in Mio. Tonnen im Verkehrssektor mit allen Fahrzeugen CO2-Ausstoß in ganz Deutschland in Mio. Tonnen im Verkehrssektor ohne Diesel PKW -16,1% Temperaturabweichung in Grad Celsius vom Durchschnit von den Jahren 1850-1900 2005 160 134,24 0,963364721 2006 156 130,884 0,929054871 2007 153 128,367 0,948203471 2008 153 128,367 0,822152011 2009 152 127,528 0,953283871 2010 153 128,367 1,036873631 2011 155 130,045 0,894199901 2012 154 129,206 0,934109271 2013 158 132,562 0,980077571 2014 159 133,401 1,029373821 2015 162 135,918 1,181616541 2016 165 138,435 1,289429301 2017 168 140,952 1,201676421 2018 162 135,918 1,119156171 2019 164 137,596 1,247574771 2020 145 121,655 1,279295971 2021 147 123,333 1,118358071 2022 148 124,172 1,157786301 2023-Ziel 133 111,587 1,132017471 2024-Ziel 127 106,553 2025-Ziel 122 102,358 2026-Ziel 116 97,324 2027-Ziel 111 93,129 2028-Ziel 104 87,256 2029-Ziel 95 79,705 2030-Ziel 84 70,476
Zusammenhang CO2-Ausstoß und Temperaturabweichung Bearbeiten
Da man für die selben Jahre den passenden Wert für CO2-Ausstoß und Temperatur hat, kann man jetzt beide in eine Abhängigkeit setzten:
Mit folgender Regressionsgerade kann man jetzt mit dem CO2-Ausstoß ohne Diesel PKWs auch eine neue Temperaturabweichung bestimmen:
Jahr CO2-Ausstoß in ganz Deutschland in Mio. Tonnen im Verkehrssektor mit allen Fahrzeugen CO2-Ausstoß in ganz Deutschland in Mio. Tonnen im Verkehrssektor ohne Diesel PKW -16,1% Temperaturabweichung in Grad Celsius vom Durchschnit von den Jahren 1850-1900 neue Temperaturabweichung ohne Diesel PKWs f(x)=0,0043x+0,4025 2005 160 134,24 0,963364721 0,979732 2006 156 130,884 0,929054871 0,9653012 2007 153 128,367 0,948203471 0,9544781 2008 153 128,367 0,822152011 0,9544781 2009 152 127,528 0,953283871 0,9508704 2010 153 128,367 1,036873631 0,9544781 2011 155 130,045 0,894199901 0,9616935 2012 154 129,206 0,934109271 0,9580858 2013 158 132,562 0,980077571 0,9725166 2014 159 133,401 1,029373821 0,9761243 2015 162 135,918 1,181616541 0,9869474 2016 165 138,435 1,289429301 0,9977705 2017 168 140,952 1,201676421 1,0085936 2018 162 135,918 1,119156171 0,9869474 2019 164 137,596 1,247574771 0,9941628 2020 145 121,655 1,279295971 0,9256165 2021 147 123,333 1,118358071 0,9328319 2022 148 124,172 1,157786301 0,9364396
Würde Deutschland mit dem selben Trend der Temperaturabweichung so weiter machen, würden schon 2035 die 1,5 Grad Celsius überschritten werden. Wenn man jedoch Maßnahhmen durchsetzt um den CO2-Ausstoß zu senken, wie den Verbot von Diesel PKWs, könnte diese hohe Temperaturabweichung noch um mehrerer Jahre verschoben werden.
Ergebnisse Bearbeiten
Am Ende der Modellierung kann man feststellen, dass es auf jeden Fall eine wichtige Rolle spielt welches Verkehrsmittel man wählt. Wenn viele Menschen von PKW auf öffentliche Verkehrsmittel umsteigen würden könnte der CO2-Ausstoß im Verkehrssektor um ein deutliches eingespart werden. Denn dies hat wie in Zyklus 2 gezeigt, Auswirkungen auf die Temperaturabweichung in Deutschland und somit großen Einfluss auf den Klimawandel.
Literatur Bearbeiten
- ↑ ADAC: Pkw-Bestand in Deutschland: Erstmals mehr als eine Million E-Autos. 08.05.2023 https://www.adac.de/news/pkw-bestand-deutschland/#:~:text=Fast%20zwei%20Drittel%20aller%20Autos%20auf%20deutschen%20Stra%C3%9Fen,sie%20beim%20Bestand%20immer%20noch%20ein%20Nischendasein%20fristen.
- ↑ ADAC: Pkw-Bestand in Deutschland: Erstmals mehr als eine Million E-Autos. 08.05.2023 https://www.adac.de/news/pkw-bestand-deutschland/#:~:text=Fast%20zwei%20Drittel%20aller%20Autos%20auf%20deutschen%20Stra%C3%9Fen,sie%20beim%20Bestand%20immer%20noch%20ein%20Nischendasein%20fristen.
- ↑ ADAC: Pkw-Bestand in Deutschland: Erstmals mehr als eine Million E-Autos. 08.05.2023 https://www.adac.de/news/pkw-bestand-deutschland/#:~:text=Fast%20zwei%20Drittel%20aller%20Autos%20auf%20deutschen%20Stra%C3%9Fen,sie%20beim%20Bestand%20immer%20noch%20ein%20Nischendasein%20fristen.
- ↑ CO2online: CO2-Ausstoß und Klimabilanz von Pkw. 19.03.2021. https://www.co2online.de/klima-schuetzen/mobilitaet/auto-co2-ausstoss/#c162633
- ↑ CO2online: CO2-Ausstoß und Klimabilanz von Pkw. 19.03.2021. https://www.co2online.de/klima-schuetzen/mobilitaet/auto-co2-ausstoss/#c162633
- ↑ Deutscher Bundestag:Nur 1,46 Personen pro Pkw unterwegs. 22.03.2018. https://www.bundestag.de/webarchiv/presse/hib/2018_03/548536-548536