Von Manuel Küffer

5G verspricht innovative Anwendungsfälle. Die mit der neuen Mobilfunkgeneration einhergehende Hyperkonnektivität hat aber auch das Potenzial, Innovation in Sachen Energieeffizienz und Nachhaltigkeit zu pushen. Daraus ergibt sich allerdings auch Handlungsbedarf für die Akteure.

Bis 2025 wird es voraussichtlich 100 Milliarden Verbindungen geben, darunter 40 Milliarden intelligente, vernetzte Geräte. Die Kombination aus mobilem 5G mit verbesserten Glasfaseranschlüssen (FTTH) und Wi-Fi 6 wird mehr Menschen und Orte mit erschwinglichen Breitbandanschlüssen versorgen und eine breite Palette neuer Anwendungsfälle ermöglichen. Dies wiederum wird, so ist anzunehmen, weiteres Wirtschaftswachstum und die allumfassende Digitalisierung einer hypervernetzten Gesellschaft ermöglichen. Es steht uns somit Innovation pur ins Haus.

Ein Aspekt, der nachfolgend beleuchtet werden soll, ist die Frage, inwieweit dieser Siegeszug von 5G Einfluss auf Fragen rund um Energieverbrauch, Energieeffizienz und Innovation haben wird. Laut dem SMART 2020-Bericht der ITU beläuft sich der Kohlenstoff-Fussabdruck der ICT-Branche auf 2% der weltweiten Emissionen, mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 6 %. 5G selbst bietet einige inhärente Energieverbesserungen im Vergleich zu früheren Generationen und kann eine bis zu 50-fach höhere Energieeffizienz pro Bit als 4G erreichen.

Das wahre Energieeffizienz-Potenzial von 5G liegt im «Enabling Effect»

Angesichts des im Vergleich zu anderen Branchen kleinen Anteils an Emissionen der ICT-Branche wird 5G allerdings nur dann einen nennenswerten Einfluss auf den globalen Energieverbrauch haben, wenn die Energieeffizienz anderer Sektoren positiv beeinflusst wird. Die Fähigkeit auf 5G-basierender Netze, andere Branchen energieeffizienter zu machen, wird als «Enabling Effect» bezeichnet. Indem sie Konnektivität und Effizienz erhöhen und Verhaltensänderungen in anderen Sektoren vorantreiben, tragen Mobilfunknetze dazu bei, Emissionen zu vermeiden. Die neuen Betriebsweisen wären ohne 5G entweder gar nicht möglich oder nicht bezahlbar, insbesondere wenn die neue Mobilfunkgeneration noch mit anderen disruptiven Technologien wie Cloud, KI und IoT resp. mit anderen Bestrebungen wie etwa der Einführung erneuerbarer Energiequellen kombiniert wird. Dem SMART 2020-Bericht der ITU zufolge entspricht das Ausmass der ICT-gestützten Energieeffizienz über alle Branchen hinweg derzeit 15 % aller globalen Emissionen. Als grösste Energieverbraucher gelten der Verkehr, die Industrie und die Haushalte.

Innovationen in den emissionsstarken Branchen dank 5G

Der «Enabling Effect» durch ein leistungsfähiges, allgegenwärtiges und latenzarmes Mobilfunknetz bringt eine Vielzahl an Visionen hervor, die sich zum Teil schon in konkreten Vorhaben manifestieren:

• Für die Transportbranche etwa gilt, dass bis 2025 mehr als 200 Millionen Fahrzeuge mit 5G-Netzen mit dem Internet verbunden sein werden. Mit intelligentem Management des Personen- und Güterverkehrs in intelligenten Städten können beispielsweise unnötige Fahrten vermieden und somit Treibhausemmissionen reduziert werden.
   
• Wenn Intelligenz in die Fertigung einfliesst, werden die Informations- (IT) und die Betriebstechnologie (OT) in einem beschleunigten Tempo zusammenwachsen. Dies wird sich positiv auf die Innovation, die Branche, die Wertschöpfungskette und das gesamte Ökosystem auswirken.
   
• Intelligentes Energiemanagement in allen Sektoren, einschliesslich der Verbesserung von Smart-Grid- und Smart-Metering-Systemen mit 5G-Konnektivität, IoT-basierter Überwachung und KI-gestützter Analytik zur Unterstützung von Massnahmen wie der vorausschauenden Abschaltung von Maschinen, städtischer Infrastruktur oder Haushaltsgeräten, wird die Energiewirtschaft effizienter machen und den Energieverbrauch generell drosseln.
   
• Effiziente «Just-in-Time»-Lieferketten, die mittels Überwachung von Waren, Fahrzeugen und Anlagen in Echtzeit möglich werden, gehen mit geringerer Verschwendung und proaktiver Planung einher.
   
• Dank der Kombination von 5G und virtueller Realität kann die Konferenztechnik noch ausgefeilter werden, so dass der Bedarf an Büroräumen oder Reisen noch weiter sinkt.

Kurz zusammengefasst: Wenn jedes Objekt, jede Person und jedes Fahrzeug vernetzt sind, können die erzeugten Daten gemeinsam genutzt, korreliert und mithilfe von KI analysiert werden, um intelligente und dynamische Entscheidungen über den Energieverbrauch in allen Bereichen der Gesellschaft zu unterstützen.

Network Slicing – die Technologieinnovation für Energieeffizienz

Insbesondere beim intelligenten Energiemanagement in Gebäuden und Infrastrukturen ermöglicht Hyperkonnektivität den Nutzern eine neue Art der Interaktion, die weniger Energie verbraucht: Die Kombination von 5G-Hochgeschwindigkeitsverbindungen mit geringer Latenz und anderen Technologien wie KI/ML und Edge Cloud in den Milliarden vernetzter IoT-Geräte bildet die Grundlage für das Network Slicing, bei dem genau die Netz- und Rechenressourcen zugewiesen werden, die für eine bestimmte Branche und eine bestimmte Aufgabe benötigt werden, und zwar so lange, wie sie benötigt werden: Sobald die Aufgabe beendet ist, kann die virtuelle Ressourcen-«Scheibe» abgeschaltet und an anderer Stelle wiederverwendet werden. Das Slicing stellt den verschiedenen Branchen dedizierte virtuelle Netze zur Verfügung, die ihren Anforderungen entsprechen, ohne dass diese im Übermass vorgehalten werden müssten und somit Ressourcen verschwendet würden.

Intelligenter Einsatz von 5G fordert Regierungen, Behörden und Betreiber

Die genannten Beispiele zeigen das Potenzial von Technologie für eine nachhaltige Entwicklung auf. Daraus ergeben sich für Regierungen und Regulierungsbehörden einerseits und für Betreiber andererseits Handlungsempfehlungen, die den Weg zu einem raschen Einsatz ebnen.

Regierungen und Regulierungsbehörden sollten rasch Hindernisse für die optimale Einführung von 5G und anderen Schlüsseltechnologien abbauen, rechtzeitig 5G-Frequenzen zur Verfügung stellen und Anreize für den Netzausbau an Industriestandorten, inkl. abgelegener Produktionsstätten oder landwirtschaftlicher Regionen schaffen. Im urbanen Raum braucht es 5G-Kleinzellen für eine flächendeckende Erschliessung der städtischen Infrastrukturen künftiger Smart Cities. Hierfür braucht es die Zusammenarbeit zwischen den verschiedenen industriellen Akteuren – etwa Infrastruktureigentümern, Versorgungsunternehmen, Verkehrsbehörden, Städten, Mobilfunkbetreibern und Vertretern der vertikalen Industrie – und den Aufbau gemeinsamer Plattformen für einen einheitlichen Ansatz im Energiemanagement.

Für die Mobilfunkbetreiber gilt, dass sie bereits vor der Einführung von 5G mit der Planung und Beschaffung der energieeffizientesten Geräte und Prozesse beginnen und Cloud-basierte Energiemanagement-Plattformen in ihre Infrastrukturen integrieren sollten. Ihnen ist auch eine Abschaltung alter Netze und deren Ersatz durch SingleRAN-Architekturen bzw. alternativ eine dynamische gemeinsame Nutzung des Spektrums zu empfehlen. Für die flächendeckende Abdeckung ist es notwendig, mit Interessengruppen wie Grundstückseigentümern zusammenzuarbeiten, um Kleinzellen zu planen, die städtische, ländliche und Innenraumlücken kosteneffizient schliessen, und enge Beziehungen zu den wichtigsten Akteuren des vertikalen Marktes, z. B. zu Kommunen, Verkehrsbetrieben und Versorgungsunternehmen aufzubauen. So können gemeinsame Ziele für eine 5G-gestützte Energieeffizienz festzugelegt und Ko-Investitionen in ICT-Plattformen gefördert werden.