Drohnen-Liefersystem

Beschreibung

Paketzustellfahrzeuge sind ein auffälliger Bestandteil des städtischen Verkehrs, der durch die Einführung eines Drohnenzustellsystems reduziert werden kann. Da der Markt für Zustellungen insbesondere aufgrund der zunehmenden Möglichkeiten im Online-Handel erheblich und stetig wächst, gewinnt dies noch mehr an Bedeutung. Ebenso wandelt sich der Zustellmarkt langsam von einem vorwiegend B2B-Markt zu einem B2C-Markt. Diese Entwicklungen führen zu einer zunehmenden Bedeutung der sogenannten „letzten Meile“ – der Zustellung vom nächstgelegenen Verkehrsknotenpunkt zum endgültigen Bestimmungsort. Eine Möglichkeit zur Verbesserung der Zustellung auf der letzten Meile sind Drohnen. Autonome Drohnen können die Lieferzeiten erheblich verkürzen und den mit der Zustellung verbundenen Personalaufwand reduzieren.

Betriebsmodelle

Betriebsarten:

• Zentrale Verteilzentren: Alle Drohnen starten von einem zentralen Verteilzentrum aus und liefern jeweils ein Paket auf einmal aus. Für Empfänger, die außerhalb der Reichweite liegen oder für die Drohnen zu schwer sind, kommen herkömmliche Zustellmethoden zum Einsatz (b). Der teilweise Einsatz herkömmlicher Zustellmethoden lässt sich optimieren, da Empfänger, die auf der Route des herkömmlichen Lieferwagens liegen, möglicherweise effizienter vom Lieferwagen als von Drohnen beliefert werden können (c). Zum Vergleich der verschiedenen Zustellarten zeigt (a) ein herkömmliches Zustellsystem per Lkw. (Murray, Chase C.; Chu, Amanda G., 2015)

• Lieferwagen als Drohnenbasis: Insbesondere in Fällen, in denen das Verteilzentrum weit von den Kunden entfernt liegt, besteht eine Alternative darin, das Drohnen-Zustellsystem mit einem herkömmlichen Lieferwagen zu kombinieren (b). Der Lieferwagen transportiert alle Pakete und die Drohnen vom Verteilzentrum näher an die Empfänger heran. Je nach der optimalen Route des Lieferwagens wird ein Teil der Pakete per Drohne zugestellt. Die Drohnen starten und landen auf dem Lkw. Der Lkw kann seine Position ändern, während die Drohne das Paket ausliefert. Der Fahrer muss Pakete verladen, Akkus austauschen und die Drohnen wieder an Bord des Lkws sichern, während dieser unterwegs ist. (Murray, Chase C.; Chu, Amanda G., 2015)

Kostenvorteil:

Laut Business Insider werden Drohnenlieferungen zu sofortigen Kosteneinsparungen führen, von denen ein Teil an die Verbraucher weitergegeben wird. Vor allem in Industrieländern ist der Betrieb einer Flotte unbemannter Luftfahrzeuge weitaus kostengünstiger als der einer Flotte von Bodenfahrzeugen. Laut einer Berechnung von Raffaello D’Andrea, Mitbegründer von Kiva Systems (den von Amazon eingesetzten Lagerrobotern), kostet die Zustellung eines 2-g-Pakets über eine Strecke von fast 10 km mit einer Drohne 10 Cent. Das ist weitaus günstiger als die 2 bis 8 Dollar pro Paket, die Amazon heute für Lieferungen auf dieser „letzten Meile“ mit Bodentransportmitteln aufwendet.

Werden die erzielten Kosteneinsparungen bei der Zustellung an die Kunden weitergegeben, kann dies den Marktanteil eines E-Commerce-Unternehmens erheblich steigern, da „höhere als erwartete Versandkosten“ der Hauptgrund dafür sind, dass Verbraucher ihren Warenkorb im Internet verlassen. (Smith, 2015)

Die nachstehende Grafik zeigt die Versandkosten pro Sendung per Drohne. Die Berechnung basiert auf einer Untersuchung der „Ivey Business Review“ zum Liefersystem von Amazon. Die berechneten Kosten variieren je nach Marktanteil der Drohnenzustellung, dem jeweiligen Jahr und den Investitionskosten pro Drohne. (Menon, Prashon, 2013 – Wie viele Drohnen benötigt Amazon?)

Für ein so großes E-Commerce-Unternehmen wie Amazon und bei Investitionskosten von weniger als 500 US-Dollar pro Drohne liegen alle berechneten Kosten weit unter den herkömmlichen Versandkosten, die im Durchschnitt bei 2,1 US-Dollar liegen.

Pilotprojekte: Derzeit führt Amazon in Cambridge, England, einen lokalen Testlauf von „Amazon Prime Air“ durch, und DHL experimentiert in Deutschland mit Drohnen-Liefersystemen. DHL setzt je nach den örtlichen Gegebenheiten unterschiedliche Drohnen ein. Die folgende Abbildung zeigt die technischen Details der drei derzeit eingesetzten Drohnen.

VIDEO: www.edge-cdn.net/video_1046346

Marktpotenzial

Marktüberblick:

Das Drohnen-Zustellsystem kann Teil des Paketzustellmarktes sein. Die weltweiten Gesamtkosten für die Paketzustellung, ohne Abholung, Fernverkehr und Sortierung, belaufen sich auf rund 70 Milliarden Euro. Dabei entfallen mehr als 40 Prozent des Marktes auf China, Deutschland und die Vereinigten Staaten. Der Markt ist jedoch nicht nur groß, sondern auch äußerst dynamisch. Die Wachstumsraten variieren je nach Land. Die derzeitigen Hauptmärkte, bei denen es sich hauptsächlich um Industrieländer wie Deutschland oder die USA handelt, weisen Wachstumsraten zwischen 7 und 10 Prozent auf. Aufstrebende Märkte wie Indien erreichen hingegen Wachstumsraten von fast 300 Prozent. (McKinsey, 2016)

Selbst wenn Drohnen, wie im Folgenden erläutert, nur Teile oder Nischen des Paketzustellmarktes bedienen können, ist das globale Marktpotenzial dennoch beträchtlich. Der Markt fand in der Start-up-Szene große Beachtung. Die nachstehende Grafik zeigt 308 dieser Start-ups, gruppiert nach der Art der Zustellung, auf die sie sich konzentrieren.

Die Grafik zeigt, dass die meisten Start-ups an Lösungen für die Lebensmittellieferung arbeiten. Auch viele Investoren interessieren sich für Drohnen-Liefersysteme – so haben junge Unternehmen in diesem Markt von 2011 bis 2016 Finanzmittel in Höhe von knapp 10 Milliarden US-Dollar eingeworben. (McKinsey, 2016)

Mögliche Zielgruppen:

• Premium-Schnelllieferung: Laut einer groß angelegten Umfrage, die McKinsey in China, Deutschland und den USA mit insgesamt 4.700 Befragten (jeweils über 1.500 in jedem der drei Länder) durchgeführt hat, wären 25 Prozent der Kunden bereit, eine zusätzliche Gebühr von bis zu 3 € zu zahlen, wenn ihr Paket noch am selben Tag zugestellt würde. Dennoch würden sich 70 Prozent der Befragten für die günstigste Option entscheiden. (McKinsey, 2016)
• Lebensmittellieferung: Der Lebensmittelsektor ist der einzige Sektor innerhalb der oben genannten Umfrage, in dem mehr als 25 Prozent der Kunden bereit sind, zusätzliche Gebühren für eine schnellere Lieferung zu zahlen. Andererseits gaben einige Befragte auch an, dass sie insbesondere beim Online-Lebensmitteleinkauf weiterhin wünschen, dass die Kisten bis in ihre Wohnung getragen und Rücksendungen direkt abgewickelt werden. (McKinsey, 2016)
• Medizinische Produkte: Wie Lebensmittel sind auch Medikamente Produkte, bei denen die Lieferzeit von großer Bedeutung sein kann. Ein Beispiel für ein bereits umgesetztes System zur Lieferung medizinischer Güter per Drohne ist „Zipline“ in Ruanda, wo Blut an ländliche Krankenhäuser geliefert wird.
• Kleine und private Gebäude: Da in Hochhäusern oder Geschäftsgebäuden mehrere Pakete gleichzeitig zugestellt werden können, verringert sich der Kostenvorteil des Paketzustellsystems. Nach Berechnungen auf der Grundlage einer Studie von McKinsey wird dieGewinnschwelle zwischen herkömmlichen Lieferungen und Drohnenlieferungen bei einer durchschnittlichen Zustellmenge von 10 bis 15 Paketen pro Standort erreicht. Für diese Berechnung wurden die Personalkosten auf 20 Euro pro Stunde geschätzt. (McKinsey, 2016)
• Gebiete mit hohen Arbeitskosten: Nach den Berechnungen von McKinsey bieten Drohnen vor allem durch die Einsparung von Personalkosten einen Kostenvorteil. Daher können sie in Ländern mit Arbeitskosten von über 10 bis 12 Euro pro Stunde einen Kostenvorteil gegenüber dem herkömmlichen Zustellsystem erzielen. Dies trifft mehr oder weniger auf die gesamte entwickelte Welt zu. (McKinsey, 2016)

Anforderungen:

• Gewicht des Pakets: Derzeit können Drohnen nur Pakete bis zu 5 kg befördern. (McKinsey, 2016) Amazon gibt an, dass 86 % seiner Lieferungen unter dieser Gewichtsgrenze liegen.
• Länge der Lieferroute: Ein Sofortdienst ist nur dann wirtschaftlich rentabel, wenn das richtige Produkt in der Nähe des Empfängers verfügbar ist, was viele ländliche Gebiete von diesem Dienst ausschließt. Bei kommerziellen Produkten werden die zusätzlichen Kosten nur bei Entfernungen unter 5 bis 10 km akzeptiert. (McKinsey, 2016) Die „Prime Air“-Drohne verfügt beispielsweise über eine Reichweite von 10 Meilen (Gross, 2013). Daher muss sich das Verteilzentrum in der Nähe der Empfänger befinden.

Technische Aspekte:

• Derzeit sind die meisten Drohnen auf GPS angewiesen, das ohne Korrekturtechnologien eine begrenzte Genauigkeit von etwa 10 m aufweist (Arnold und Zandbergen, 2011).
• Aufgrund der begrenzten Länge der Lieferrouten ist der Einsatz in städtischen Gebieten ein effizienter Anwendungsbereich für das Drohnen-Liefersystem. Ein Hauptproblem, das bei GPS-Signalen in städtischen Gebieten auftritt, ist das Risiko eines Signalverlusts in sogenannten „Urban Canyons“. Daher besteht ein zunehmendes Interesse an Ortungs- und Navigationsansätzen, die es Drohnen ermöglichen, in Umgebungen ohne GPS-Empfang zu funktionieren (Clark und Bevly, 2008; Marais et al., 2014).
• Ein weiteres Risiko bei der Steuerung von Drohnen ist die Gefahr einer Entführung ( Humphreys, 2012; Faughnan et al., 2013)
• Die Akkus der Drohnen schränken derzeit die Länge der Lieferrouten erheblich ein (Gross, 2013)

Ökologische und soziale Aspekte:

• Beständigkeit gegen starken Regen sowie Widerstandsfähigkeit gegenüber Schäden durch Unwetter und Tiere (Murray, Chase C.; Chu, Amanda G., 2015)
• Lärmbelästigung (Murray, Chase C.; Chu, Amanda G., 2015)
• Abschuss von Drohnen (Gross, 2013)

Unterstützende Faktoren

• IT-Infrastruktur: Zur Steuerung der Drohnen im täglichen Verkehrsgeschehen
• GPS-Genauigkeit

Rechtliche Anforderungen

EU:

• Bislang gibt es noch keine rechtsverbindliche Verordnung. Seit dem 29.11.2017 arbeitet die Europäische Agentur für Flugsicherheit (EASA) an einer entsprechenden Verordnung.
• Derzeit müssen Drohnenbetreiber registriert sein, wenn sie Drohnen betreiben, die bei einem Aufprall auf eine Person mehr als 80 Joule kinetische Energie übertragen können.
• Erster Entwurf hier: data.consilium.europa.eu/doc/document/ST-5218-2018-INIT/en/pdf
• Ziel: Gewährleistung von Sicherheit, Schutz sowie der Privatsphäre und des Schutzes personenbezogener Daten

USA:

• Bundesstaaten, Länder und Städte verfügen meist über zusätzliche eigene Vorschriften.
• FAA-Ausnahmeregelung gemäß Part 333 für den gewerblichen Drohnenbetrieb:
  • Der Betrieb außerhalb der Sichtlinie ist möglich, jedoch nicht über fremdem Eigentum.
  • Dies ist nur für zertifizierte Piloten gestattet oder wenn Sie einen Abstand von 500 ft zu nicht am Flug beteiligten Personen einhalten.
• FAA-Drohnenverordnung gemäß Part 107:
  • Drohnen, die Post befördern, dürfen keine Landes- oder Staatsgrenzen überqueren.
  • Drohnen müssen sich in Sichtweite des Piloten befinden.
  • Ein Fernpilot ist erforderlich.
  • Ein Fernpilot darf jeweils nur eine Drohne steuern.
  • Die Drohnen dürfen nicht von einem fahrenden Fahrzeug aus gesteuert werden.
  • Der Betrieb in der Nähe von Flughäfen ist untersagt (mit Ausnahme der meisten Stadtgebiete!).