Ressourcenverbrauch von Funktechnik

Wie nachhaltig wirkt 5G?

5G ermöglicht eine verbesserte mobile Breitbandkommunikation mit hoher Zuverlässigkeit und geringen Latenzzeiten, die von 4G nicht bereitgestellt werden kann. Die Bewertung der Nachhaltigkeit von 5G-Netzen ist daher von entscheidender Bedeutung.
In den letzten 30 Jahren wurden weltweit vier große Generationen von Mobilfunknetzen mit jeweils unterschiedlichen Datenraten und Latenzzeiten eingeführt: 1G, 2G, 3G, 4G und jetzt 5G. Mit dem Internet der Dinge und datenintensiven Anwendungen übersteigt die Zahl der Geräte, die eine Mobilfunkverbindung benötigen, bei weitem die Zahl der Mobilfunkteilnehmer.

Die Mobilfunkkommunikation hat sich von der reinen Sprachkommunikation zu einer komplexen Multiservice-Umgebung entwickelt, die eine Vielzahl von Anwendungen unterstützt und einer großen Zahl von Teilnehmern und Geräten einen Hochgeschwindigkeitszugang bietet. Die Leistung der Netze hat sich von Mal zu Mal verbessert, bis 3- und 4G den mobilen Internetzugang ermöglichten, wie wir ihn heute kennen, und das Surfen im Internet sowie Audio- und Videostreaming möglich machten.

Die Datenraten und Latenzzeiten von 5G können nicht einfach durch eine Weiterentwicklung oder Modifikation von 4G erreicht werden, da diese Fähigkeit radikale Veränderungen und neue Technologien wie mmWave, Small Cells, D2D, M2M, Massive MIMO mit Beamforming, New Waveform, CoMP, Carrier Aggregation, m-RAT, effiziente Kodierungstechniken, Netzwerkvirtualisierung und c-RAN erfordern.

Datengeschwindigkeit und Latenzzeit

5G hat direkte Auswirkungen auf die Treibhausgasemissionen, da die Geräte hergestellt, installiert, mit Strom versorgt und am Ende ihrer Lebensdauer entsorgt werden müssen. Ferner entstehen indirekte Auswirkungen, da 5G den Weg für Anwendungen ebnet, die potenziell mehr oder weniger nachhaltig sind. Die ISO-Standardmethode für Ökobilanzen kann zur Bewertung solcher Auswirkungen verwendet werden, wobei auch Substitutions-, Optimierungs-, Induktions- und Reboundeffekte berücksichtigt werden müssen.

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Jüngsten Schweizer Studien zufolge, die sich auf die Swisscom und ihre Pläne zur Einführung von 5G bis 2030 konzentrieren, wird erwartet, dass das Treibhauspotenzial von 5G im Jahr 2030 pro Gigabyte übertragener Daten 44 Prozent niedriger sein wird als das von 4G und 85 Prozent niedriger als das von 5G im Jahr 2020. Für den Netzbetrieb werden 0,018 Mio. Tonnen CO2e pro Jahr erwartet, was nur drei Prozent des Treibhausgas-Fußabdrucks des gesamten IKT-Sektors entspricht. Vergleicht man ein hypothetisches 4G-only-Szenario für 2030 mit einem 5G-only-Szenario, so würde 5G-only 15 Prozent weniger Treibhausgase verursachen. Der Energiemix beeinflusst die Ergebnisse und kann die Umweltauswirkungen von 5G von Land zu Land unterschiedlich ausfallen lassen. Die vielversprechendsten 5G-Anwendungsfälle sind: Flexibles Arbeiten, Smart Grid, autonomes Fahren und Präzisionslandwirtschaft.

Unterschiedliche Szenarien möglich

5G kombiniert die Merkmale vieler Technologien (2G-4G, LPWAN, WiFi, Festnetz) und kann so den Verwaltungsaufwand, die Kosten und die Umweltauswirkungen im Vergleich zu anderen Technologien optimieren. Die indirekten Auswirkungen der oben genannten Anwendungsfälle wurden anhand von drei Annahmen analysiert: pessimistisch, erwartet, optimistisch. Es konnte ein Treibhausgas (THG)-Vermeidungspotenzial von 0,1 bis 2,1 Mio. Tonnen CO2e ermittelt werden, wobei die besten Ergebnisse für flexible Arbeitszeiten, Smart Grids und Präzisionslandwirtschaft erzielt wurden.

Die Treibhausgasbilanz für die Herstellung und den Betrieb zusätzlicher Nicht-5G-Geräte, die für 5G-Anwendungsfälle erforderlich sind, wird auf 0,03 bis 0,16 Mio. Tonnen CO2e pro Jahr geschätzt. Die relativen Ergebnisse werden durch unterschiedliche Einführungsraten und länderspezifische Verhaltensweisen beeinflusst.

Sparpotenzial von Anwendungsfällen abhängig

Für 2030 kann ein THG-Vermeidungspotenzial erwartet werden. Dies gilt auch unter Berücksichtigung der erforderlichen Nicht-5G-Ausrüstung und der 5G-Netze anderer Betreiber. Die Ergebnisse solcher Analysen sind mit Unsicherheitsfaktoren behaftet: Annahme eines THG-Basisszenarios, Berücksichtigung nur eines bestimmten 5G-Netzes und Unmöglichkeit, alle erforderlichen Nicht-5G-Geräte zu berücksichtigen. Auch die ausgewählten Anwendungsfälle und ihre Rebound-Effekte sind mit einem gewissen Grad an Unsicherheit behaftet, ebenso wie die angenommenen Adoptionsraten. Schließlich kann es viele andere Anwendungsfälle geben, welche die Treibhausgasemissionen entweder erhöhen oder verringern.

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Weitere Auswirkungen von 5G

5G kann Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit, Gebäude und die Natur haben. Bis zur Einführung von 5G konnte die WHO keine gesundheitlichen Beeinträchtigungen mit der Exposition gegenüber Funkfrequenzen in Verbindung bringen. Der wissenschaftliche Nachweis solcher Risiken durch 5G wird überprüft, wenn 5G eingeführt wird und mehr Daten zur Verfügung stehen. Höhere 5G-Frequenzen bedeuten eine größere Dichte von Endgeräten, Antennen werden auf Straßenniveau verlegt, und die Kosten für den Bau von Sendemasten steigen. Dies kann zu mehr Bautätigkeiten, zur Schädigung von Bäumen, Natur und Tieren sowie zu ästhetischen Beeinträchtigungen führen. Anwendungsfälle wie Smart Cities, autonomes Fahren und intelligente Gebäude könnten ebenfalls die Bautätigkeit ankurbeln und die Auswirkungen von 5G in Frage stellen.

Digitalisierte Bauindustrie

5G kann sich auch auf das Baugewerbe selbst auswirken, und zwar durch 5G-fähige Anwendungen (3D-Druckroboter, Drohnen, autonome Kräne, Lader und Lastkraftwagen) und neue Technologien (KI, AR, VR), die riesige Datenmengen mit extrem niedriger Latenz erfordern. Neben möglichen Rebound-Effekten sind auch positive Auswirkungen auf die Umwelt denkbar (sicherer, ferngesteuerter Betrieb von Geräten; Innovation, die Grenzen sprengt; höhere Effizienz von Passivhäusern; synchronisierte Schwarmrobotik). Da Telefone aus der Zeit vor 5G nicht 5G-kompatibel sind, sollten systematische Maßnahmen zur Entsorgung von Elektroschrott getroffen werden (Rückkaufprogramme, Pläne für ausgemusterte Geräte).

Zusammenfassung

Es kann davon ausgegangen werden, dass 5G weniger direkte Treibhausgasemissionen pro übertragene Dateneinheit verursachen wird als heutige Mobilfunknetze, obwohl länderspezifische Faktoren wie Energiemix, Verkehrsmuster und der betrachtete Zeitraum die Prognose beeinflussen können. Schweiz-spezifische Studien schreiben flexiblen Arbeitsformen, intelligenten Stromnetzen und Präzisionslandwirtschaft klare ökologische Vorteile zu, obwohl Rebound-Effekte und die Verwendung von nicht 5G-spezifischen Geräten diese Vorteile zunichte machen können.

Der Treibhausgas-Fußabdruck des gesamten IKT-Sektors sollte zunächst klein gehalten und virtuose 5G-Anwendungsfälle gefördert werden. Im Bausektor haben einige 5G-Anwendungsfälle einen grünen Fußabdruck. Die negativen Auswirkungen von 5G auf Gesundheit und Natur sollten durch Organisationen wie die WHO gemildert, der Dialog zwischen Wissenschaftlern, Regierungen und der Öffentlichkeit gefördert, und systematische Maßnahmen zur Bekämpfung von Elektronikschrott ergriffen werden.