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Sustainability impacts of automated vehicles: externalities and individual time costs regarding technology, ownership, and transport modes
2026
Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2026
Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University
Genehmigende Fakultät
Fak08
Hauptberichter/Gutachter
;
Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2026-06-22
Online
DOI: 10.18154/RWTH-2026-06283
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/1038084/files/1038084.pdf
Einrichtungen
Projekte
Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
automated vehicle (frei) ; external costs (frei) ; externalities (frei) ; sustainability (frei) ; time costs (frei)
Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 330
Kurzfassung
Der Verkehrssektor ist einer der größten Verursacher von Emissionen und vorzeitigen Todesfällen. Zudem stellen räumliche Parkplatzanforderungen eine große Herausforderung in urbanen Gebieten dar und das Steuern von Fahrzeugen nimmt persönliche Zeit in Anspruch. In diesem Kontext werden automatisierte Fahrzeuge mit verschiedenen potenziellen Vorteilen in Verbindung gebracht, aber bedingen auch mögliche negative Effekte in Bezug auf einen nachhaltigeren Verkehrssektor. Vor diesem Hintergrund untersucht die vorliegende kumulative Dissertation den Einfluss automatisierter Fahrzeuge auf die Nachhaltigkeit, wobei eine monetäre Bewertung der Externalitäten und des individuellen Zeitaufwands vorgenommen wird. Die Dissertation wird durch einen umfassenden Überblick eingeleitet, gefolgt von drei aufeinander aufbauenden Forschungspapieren. Der Überblick beschreibt das übergeordnete Forschungsmodell, den Hintergrund und das methodische Vorgehen sowie die Ergebnisse und schließt mit einem Fazit. Darauffolgend untersuchen die zugrunde liegenden Forschungspapiere den Einfluss automatisierter Fahrzeuge eingehend aus drei Perspektiven, welche die Technologie, verschiedene Besitzarten und das Zusammenspiel mit anderen Transportmodi betreffen. Die Forschungspapiere sind entlang der Säulen der Nachhaltigkeit strukturiert, die abhängig von der Perspektive jeweils unterschiedliche Komponenten in Bezug auf Externalitäten und Zeitkosten umfassen. Das erste Forschungspapier untersucht den Einfluss automatisierter Fahrzeuge auf die Nachhaltigkeit aus technologischer Sicht. In Verbindung zu den drei Säulen der Nachhaltigkeit werden ökologische, soziale und ökonomische Einflüsse bewertet, wobei die externen Kosten pro Fahrzeugkilometer bestimmt werden. Insgesamt nehmen die externen Kosten durch die Fahrzeugautomatisierung um 34% ab. Die Bewertung zeigt, dass die sozialen Kosten, welche Stau und Unfälle umfassen, am stärksten reduziert werden. An zweiter Stelle folgen die ökonomischen Kosten, welche den Wert der frei werdenden ehemaligen Parkplätze messen. Die Externalitäten durch Umweltemissionen werden ebenfalls verringert, jedoch weniger stark im Vergleich zu den sozialen und ökonomischen Säulen. Zudem wird gezeigt, inwiefern die Höhe der Einsparungen unter anderem von der Fahrzeuggröße und dem Anteil erneuerbarer Energien im Strommix abhängt. Das zweite Forschungspapier untersucht verschiedene Besitzarten und ordnet die Nutzung automatisierter Fahrzeuge im Hinblick auf potenzielle Rebound-Effekte ein. Rebound-Effekte in Form von gesteigerter Nutzung, d.h. einem erhöhten Verkehrsaufkommen durch automatisierte Fahrzeuge, könnten den zuvor beschriebenen positiven Effekten der Technologie entgegenwirken. Es werden Break-even-Punkte berechnet, welche zeigen, dass ein um 34-47% erhöhtes Verkehrsaufkommen auftreten dürfte, bis die Summe aus ökologischen und sozialen Externalitäten sowie persönlichen Zeitkosten das heutige Niveau überschreiten würde. Die Größenordnung hängt von der Besitzart ab, welche sich auf privat besessene und geteilte Fahrzeuge bezieht, deren Nutzung in urbanen und ländlichen Gebieten in Deutschland untersucht wird. Der Einsatz geteilter automatisierter Fahrzeuge in ländlichen Gebieten hat den größten positiven Effekt auf ökologische und soziale Externalitäten. Jedoch sind damit auch die größten persönlichen Zeitkosten bezogen auf Reisezeiten sowie Wartezeiten für das geteilte Fahrzeug verbunden, was es für die potenzielle Nutzung weniger attraktiv macht. Insgesamt sind die Ergebnisse für geteilte automatisierte Fahrzeuge stark von der Höhe der Wartezeit für die Abholung abhängig. Abschließend wird die Alltagsmobilität im Rahmen des dritten Forschungspapiers bewertet. Diese umfasst die Nutzung verschiedener Fahrzeugmodi, wobei Autos, Busse, zu Fuß gehen und Fahrradfahren berücksichtigt werden. Die Autos werden manuell gefahren oder es handelt sich um privat besessene automatisierte Fahrzeuge oder geteilte automatisierte Fahrzeuge. Die Studie bewertet den Einfluss der Diffusion automatisierter Fahrzeuge und zeigt, wie sich Wechsel zwischen Verkehrsmodi sowie ein steigender Marktanteil auf die Externalitäten der Alltagsmobilität auswirken. Zudem werden mögliche Diffusionspfade aus der Literatur identifiziert und hinsichtlich der auftretenden Externalitäten bewertet. Die Externalitäten werden lediglich bei einem Wechsel von manuell gesteuerten zu automatisierten Autos verringert. Ein Wechsel von den anderen Verkehrsmodi zu automatisierten Autos ist im Hinblick auf die nachhaltigkeitsbezogenen Externalitäten nicht vorteilhaft. Wenn der Marktanteil gering ist, doch automatisierte Fahrzeuge gegenüber anderen Modi bevorzugt genutzt werden, steigen die Externalitäten der Alltagsmobilität über das derzeitige Niveau. Die Gestaltung der Alltagsmobilität mit automatisierten Fahrzeugen in Verbindung mit öffentlichen Verkehrsmitteln erweist sich als die robusteste Lösung, um mit einem potenziell steigenden Verkehrsaufkommen umzugehen. Zusammenfassend bietet die vorliegende Dissertation eine Beurteilung von ökologischen, sozialen und ökonomischen Einflüssen automatisierter Fahrzeuge mittels eines monetären Bewertungsrahmens. Sie zeigt welche Auswirkungen von der Technologie zu erwarten sind, ordnet verschiedene Besitzarten automatisierter Fahrzeuge im Kontext von Rebound-Effekten ein und beleuchtet vorteilhafte Diffusionspfade im Zusammenhang mit anderen Transportmodi.The transport sector is one of the largest contributors to emissions and to premature deaths. Moreover, spatial parking requirements are a major challenge in urban areas, and individual time is taken up by the driving task. In this context, automated vehicles are linked to various potential benefits, but they also entail possible negative effects with regard to a more sustainable transport sector. Against this background, the impacts of automated vehicles on sustainability are evaluated in this cumulative dissertation, employing a monetary assessment of externalities and individual time spending. The dissertation begins with a comprehensive overview, followed by three individual research papers that build on each other. The overview outlines the overall research model, establishes the background and methodology as well as highlights the key findings, and finally provides a conclusion. The following underlying research papers analyze in depth the impacts of automated vehicles from three different perspectives, considering the technology, different ownership concepts, and the interaction with other transport modes. All of the research paper assessments are structured alongside the pillars of sustainability, which encompass differing components corresponding to externalities and time costs, depending on the relevant perspective. The first research paper analyzes the impacts of automated vehicles on sustainability from the technology perspective. In correspondence to the three pillars of sustainability, environmental, social, and economic impacts are assessed by determining the external costs per vehicle kilometer. Overall, external costs are shown to decrease by 34% through vehicle automation. The assessment demonstrates that social costs, which encompass congestion and accidents, are mitigated the most. These are followed by the economic costs, which measure the value of former parking space that is freed up. Externalities from environmental emissions are also reduced, but to a smaller extent than the social and economic pillars. It is also shown how the magnitude of cost savings depends on the vehicle size and the share of renewable energy sources in the energy mix, among other things. The second research paper sheds light on different ownership concepts and classifies automated vehicle use in the context of potential rebound effects. Rebound effects in the form of elevated usage, i.e. additional mileage from automated vehicles, could counteract the previously described positive effects of the technology. Calculating break-even points, it is shown that traffic volume may rise by 34-47%, beyond which the sum of environmental and social externalities as well as individual time costs would exceed current levels. The magnitude depends on the ownership concept, which refers to privately owned and to shared vehicles, whose deployment is examined in urban and rural areas in Germany. Deploying shared automated vehicles in rural areas is shown to have the largest positive effect on environmental and social externalities. However, it also entails the highest individual time costs related to travel time and waiting time for the shared vehicle, making it less attractive to potential users. Overall, the results for shared automated vehicles are very sensitive to the amount of waiting time for pickup. Finally, the third paper assesses daily mobility, considering the usage of various transport modes, i.e. cars, buses, walking, and biking. Cars may be driven manually, or they may be private automated cars or shared automated cars. The research assesses the impact of automated vehicle diffusion, showing the impact of mode shifts and increasing market shares on the externalities of daily mobility. Also, possible diffusion pathways are identified from the literature and assessed with respect to the corresponding externalities. Externalities are only decreased when switching from human-driven to automated cars. Switching from other modes of transport to automated cars is not beneficial with regard to the sustainability-related externalities. When market shares are low but automated vehicles are preferably used compared to other modes, the externalities of everyday mobility increase above their current levels. Organizing daily mobility by using automated vehicles in combination with public transport is shown to be the most robust solution for coping with potentially increased traffic volumes.In summary, the present dissertation offers an assessment of automated vehicles that analyzes their environmental, social, and economic impacts by means of a monetary valuation framework. It shows which impacts can be expected from the technology, it classifies automated vehicle ownership in the context of rebound effects, and it sheds light on favorable diffusion pathways in relation to other road transport modes.
OpenAccess: 
PDF
(additional files)
Dokumenttyp
Dissertation / PhD Thesis
Format
online
Sprache
English
Externe Identnummern
HBZ: HT031528137
Interne Identnummern
RWTH-2026-06283
Datensatz-ID: 1038084
Beteiligte Länder
Germany
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