Eine Blockchain & IoT-Lösung zur Berechnung des Fahrzeugemissionsniveaus

Das Geschäftsszenario hinter der Lösung

Städte in der überbevölkerten Welt sind stark von Stickoxid- (NOx) und Kohlendioxidemissionen (CO2) als Ergebnissen unserer direkten oder indirekten Aktivitäten betroffen. Moderne Dieselautos erzeugen 500 mg NOx-Emissionen (NO + NO2) pro 1 km, was das 10-fache eines Buses oder eines schweren LKWs ist. Ihre tödliche Wirkung kann Asthma und andere Erkrankungen der Atemwege verursachen. Gleichzeitig stoßen Fahrzeuge, die mit Diesel / Ottokraftstoff / Benzin betrieben werden, jeweils 12,2 / 8,7 / 10,4 kg CO2 pro Kraftstoffliter aus. Es gibt auch andere CO2-Quellen, die bei der Herstellung von Kunststoffteilen (6 kg CO2 pro 1 kg Kunststoff) oder Cheeseburger (3,1 kg CO2 pro Stück) usw. entstehen. Leider können wir heutzutage nicht alle Emissionen vollständig beseitigen, sondern nur ihr Volumen auf das akzeptable Niveau senken. Selbst mit den neuen Technologien wie SCR, FLOX und Wassereinspritzung können die NOx-Emissionen beispielsweise nur auf 50% bis 84% gesenkt werden.

Außerdem kann der vollständige Umstieg auf Elektrofahrzeuge etwa 8 oder 10 Jahre dauern, wie verschiedene Quellen prognostizieren. Bis dahin kann die Luftverschmutzung ihre kritischen NOx- und CO2-Konzentrationen erreichen und die Ausbreitung schwerwiegender Gesundheitsprobleme begünstigen.

Eine Lösung, die ein objektives Bild der Emissionsdaten eines Fahrzeugs liefert und nicht manipuliert werden kann, kann europäischen Ländern wie Deutschland, Belgien, den Niederlanden, Schweden u. a. helfen, den Verkehrsfluss in der etablierten Umweltzone effektiv zu steuern (Low Emission Zone, LEZ). Nur in Deutschland überschreiten 26 Städte die Luftverschmutzungsgrenzwerte der Europäischen Union. Auf der untenstehenden Landkarte sehen Sie, welche Teile des Landes am stärksten von Stickstoffdioxidemissionen (NO2) betroffen sind.

2008 und 2009 erhielten Stuttgart und Düsseldorf als Städte mit der stärksten Luftverschmutzung die Umweltzone, wodurch Fahrzeuge mit hohem Schadstoffausstoß in ihre Stadtgebiete nicht mehr einfahren dürfen. Nur Fahrzeuge mit Umweltplaketten, die ein akzeptables Emissionsniveau bescheinigen, können in die Innenstädte gelangen.

Das Bundesverwaltungsgericht in Leipzig hat dieses Jahr übrigens entschieden, dass alle deutschen Städte bundesweit die gleichen Einfahrtbeschränkungen für Dieselfahrzeuge umsetzen können. Behörden sowie Autohersteller werden verpflichtet, die Emissionsgrenzwerte einzuhalten. Das Problem ist nur, dass das Umweltplaketten-System nicht genügend Effizienz, Transparenz und Kontrolle bietet. Der berühmte Dieselgate-Fall zeigt deutlich, dass sich ein Regelungssystem nicht einfach nur auf den Ruf eines Autoherstellers verlassen kann. Stattdessen braucht man eine unabhängige Lösung, die die Emissionen in Echtzeit prüft und sammelt, sodass keine weiteren Spekulationen stattfinden können.

Lösung und ihre Vorteile für das Unternehmen

Das Infopulse-Team entwickelte ein Konzept unter dem Arbeitstitel “The Trusted Carbon”. Es ist die auf Blockchain basierende Lösung, mit der die Daten zu den Emissionen eines Fahrzeugs (CO2-Fußabdruck, NOx usw.) erfasst, berechnet und sicher dokumentiert werden können, die Ergebnisse werden in einem öffentlichen dezentralen Blockchain-Netzwerk gespeichert. Die Emissionsaufzeichnungen werden allen an einem Netzwerk Teilnehmenden zugänglich gemacht, sind jedoch vor weiteren Manipulationen oder Bearbeitungen geschützt. Das Blockchain-Netzwerk ist verteilt, d.h., dass die zu jedem Block hinzugefügten Daten auf den Computern aller Teilnehmenden gespeichert sind, kein zentraler Punkt kann den Zugriff auf die gesamte Datenbank steuern.

Für Unternehmen, einschließlich OEMs, Zulieferer für Tier 1, 2 und 3, liefert diese Lösung eine Bestätigung ihrer Nachhaltigkeit und zeigt ihre hohe Umweltverantwortung und die Bereitschaft zur Einhaltung der geltenden Umweltvorschriften.

Große Logistikunternehmen mit globalen Lieferketten wie DHL Logistics, CEVA Logistics, XPO Logistics, FedEx usw. können unsere Lösung zur Berechnung, Kontrolle und Optimierung ihres gesamten CO2-Fußabdrucks und des NOx-Niveaus einsetzen. Vor allem muss das Unternehmen aufgrund des manipulationssicheren Blockchain-Systems die Glaubwürdigkeit der gemeldeten Emissionsdaten nicht zusätzlich überprüfen.

Als Geschäftsführer der Infopulse Europe GmbH weist Jürgen Selig auf Folgendes hin:

Gleichzeitig erhalten die Städte und Gemeinden ein gutes Werkzeug, um ihr Fahrverbot für Dieselfahrzeuge durchzusetzen. Der Auswahlmechanismus für die Autos, welche nicht in ein städtisches Gebiet einfahren dürfen, wird vereinfacht und transparent gemacht: Das Regelungssystem auf der kontrollierenden Seite überprüft oder blockiert automatisch den Zugang für ein bestimmtes Fahrzeug durch den Abgleich mit dem Blockchain-Netzwerk.

Die Lösung kann auch als zusätzliches Steuerungsinstrument für eine Aufsichtsbehörde dienen, um verschiedene, von einem bestimmten Fahrzeug erzeugte Emissionen zu überprüfen und den Betrug seitens des Fahrers zu verhindern. Übrigens kann ein Fahrer die Lösung von Infopulse auch verwenden, um seine Fahrt in eine bestimmte Stadt entsprechend der örtlichen NOx- und CO2-Beschränkungen zu planen.

Die Architektur der Lösung „Trusted Carbon“

Einige Monate vor dem IoT-Hackathon in Berlin analysierte das Infopulse-Team gründlich das Geschäftsszenario und entwickelte die High-Level-Architektur der Lösung „Trusted Carbon“, um ein komplexes Diagramm der folgenden Prozesse zu erstellen.

Cloud usw. zu integrieren. Unser Team wählte Bosch Calponia, eine Online-Plattform für ingenieurtechnische Lösungen, als Quelle für Porsche GT3-Emissionsdaten. Sowohl auf dem erweiterten als auch auf dem gekürzten Architekturdiagramm können Sie sehen, wie diese Plattform in der ersten Phase integriert wurde.

Das Team kann aber auch die Integration in die mySPIN-Lösung von Bosch ermöglichen, mit der ein Benutzer über die mySPIN-Schnittstelle auf Daten zu den aktuellen Emissionen und Statistiken zu dem eigenen Fahrverhalten zugreifen kann.

Am wichtigsten ist allerdings, dass das Team das Konzept umgesetzt und eine einsatzbereite Lösung entwickelt hat, die sich unter Echtzeitbedingungen bewährt hat.

Nehmen wir uns nun etwas Zeit, um zu verstehen, wie die Lösung von Infopulse funktioniert.

Ein IoT-Gerät wird über den OBD-2-Port an das Fahrzeug angeschlossen und sammelt Diagnosedaten zu CO2-, NOx- oder anderen Emissionen, die in Form von konkreten Zahlen erfasst werden. Das IoT-Gerät enthält auch die Kontodaten des Fahrzeugs, z. B. eine Kennung und ein Kennwort. Nachdem die Informationen zum Emissionsvolumen gefiltert, strukturiert und signiert wurden, werden sie zusammen mit den Kontodaten des Fahrzeugs über das MQTTT-Protokoll an eine Serverinstanz übertragen. Sie ist leicht, offen und einfach, aber zuverlässig genug, um eine Publish-Subscribe-Nachricht in einer ressourcenbeschränkten Umgebung von IoT-Geräten zu versenden.

Um Daten vor Manipulationen zu schützen, wird die Datei mit den Daten vom Server an das IPFS-System übertragen, das den vollständigen Datensatz behält und ein Hash an den Server zurückgibt. Der hinzugefügte Hash ist einmalig und fungiert als Pfad zur Datei. Das Ändern von Daten in der Datei wirkt sich auch auf den Hash im IPFS aus, der ebenfalls in der Blockchain gespeichert wird. Da es nicht möglich ist, Daten in der Blockchain zu mischen, können wir durch einen Vergleich eines in der Blockchain gespeicherten Hash und eines Hash im IPFS-System überprüfen, ob die Daten im IPFS authentisch sind.

Was springt für uns dabei raus?

Durch die Teilnahme am Bosch-IoT-Hackathon konnte Infopulse neue praktische Erfahrungen sammeln und unsere Kompetenzen auf internationaler Ebene testen. Darüber hinaus konnten wir unser innovatives Forschungs- und Entwicklungspotenzial in der Automobilindustrie, unser starkes Know-how in den Bereichen IoT und Blockchain sowie die Fähigkeit zur Integration unserer Lösungen in Bosch-Konnektivitätslösungen unter Beweis stellen.

Die Bosch ConnectedWorld 2018 war unser erster internationaler Hackathon dieser Art. Wir hatten die perfekte Gelegenheit, sich mit anderen beteiligten Teams zu vernetzen und erhielten positives Feedback zu unserer Lösung von Top-Experten aus den jeweiligen Branchen. Die Teilnahme am Hackathon war eine wunderbare Chance, unsere eigenen Leistungen und Ansätze in die Entwicklung eines bestehenden Konzepts professionell einzubringen. Wir haben außerdem auch die Umsetzbarkeit unserer Lösung und die Einfachheit der Implementierung überprüft. Durch die Aktivierung eines Blockchain-Ökosystems für die Dokumentation von Emissionen können Autohersteller und Aufsichtsbehörden Vertrauen aufbauen und die Compliance zu den zahlreichen Anforderungen und Vorschriften für mehr Nachhaltigkeit einfacher erreichen.

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