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Wie klimafreundlich ist 5G?

Forscher ermitteln Treibhausgas-Bilanz für 5G-Infrastruktur und Anwendungen

5G
Der Ausbau der 5G-Netze erfordert neue Infrastruktur und ermöglicht neue Anwendungen – aber sieht die Klimabilanz der neuen Technologie aus? © sarayut/ iStock

Klimasünder oder Helfer? Forscher haben ermittelt, wie sich die Umrüstung des Mobilfunks auf den 5G-Standard auf das Klima auswirken könnte. Demnach erzeugen Produktion und Betrieb der 5G-Infrastruktur und Endgeräte zwar gut 0,16 Megatonnen CO2–Äquivalente pro Jahr. Bezogen auf die übertragene Datenmenge sind die 5G-Netze aber 85 Prozent sparsamer als die 3G- und 4G-Technologie. Zudem könnten durch 5G-Anwendungen zwischen 0,1 und 2,1 Megatonnen CO2 pro Jahr eingespart werden.

Der 5G-Standard soll künftig mehr Tempo und Bandbreite bei der mobilen Datenübertragung erlauben. Möglich wird dies, weil diese Technologie auf höheren Frequenzen und einer effektiveren Ausnutzung der einzelnen Frequenzbereiche basiert. Dadurch wird eine Übertragung nahezu in Echtzeit möglich – das ist wichtig für Anwendungen wie das autonome Fahren, die Industrie oder auch das Internet of Things.

Allerdings hat der 5G-Standard eine deutlich kürzere Reichweite als die 3G- oder 4G-Netze, weshalb die Antennen mit weniger Abstand platziert werden müssen und entsprechend mehr davon nötig werden.

5G: Chance oder Risiko für das Klima?

Das weckt die Frage, wie die Klimabilanz dieser neuen Technologie aussieht: Kommt es durch den Aufbau und den Betrieb des 5G-Netzes zu mehr Treibhausgas-Emissionen? Oder sorgt die effizientere Technik dafür, dass die Klimabilanz des Mobilfunks dadurch sogar positiver ausfällt? Genau das haben Jan Bieser von der ETH Zürich und seine Kollegen nun am Beispiel der Schweiz untersucht.

Für ihre Studie ermittelten die Forscher, welche CO2-Emissionen durch den Aufbau des 5G-Netzes bis ins Jahr 2030 verursacht werden. Dabei berücksichtigten sie sowohl die Energie- und Materialflüsse für den Aufbau und Betrieb der Infrastruktur sowie die indirekten Effekte durch neue Anwendungen. Zwar wird das 4G-Netz ihre Prognosen zufolge auch im Jahr 2030 noch bestehen, aber nur noch rund 20 Prozent des Datenverkehrs ausmachen.

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„Das Ziel dieser Studie ist nicht, Argumente für oder gegen den Aufbau von 5G-Mobilfunknetzen in der Schweiz zu liefern“, betonen Bieser und sein Team. „Vielmehr soll ein spezifischer Aspekt von 5G beleuchtet werden: die zu erwartenden Auswirkungen auf die Treibhausgasemissionen. Andere Aspekte, wie Sicherheit oder Gesundheit, werden durch diese Studie ausdrücklich nicht betrachtet.“

Effizienter als bisherige Netze

Das Ergebnis: Aufbau und Betrieb des 5G-Netzes inklusive der dafür nötigen Technik führen bis 2030 zu Mehremissionen von 0,018 Megatonnen CO2-Äquivalenten pro Jahr. Dafür gehen 57 Prozent auf die Produktion der Netzwerk-Infrastruktur zurück und 43 Prozent auf den für den Betrieb des Netzes nötigen Strom. Zu diesen Emissionen kommen noch einmal 0,03 bis 0,16 Megatonnen CO2 für die in den künftigen 5G-Anwendungen eingesetzten Endgeräte.

Das aber bedeutet eine erhebliche Einsparung gegenüber den bisher gängigen 3G- und 4G-Netzen, wie die Forscher erklären. Denn bezogen auf die Datenrate verursachen diese heute im Schnitt Emissionen von rund 30 Gramm CO2-Äquivalenten pro Gigabyte. „Für 5G-Mobilfunknetze erwarten wir im Jahr 2030 Emissionen von etwa 4,5 Gramm CO2 pro Gigabyte und somit 85 Prozent weniger als bei den heutigen Mobilfunknetzen“, so Bieser und sein Team.

Angesichts der für die Zukunft prognostizierten Zunahme des Datenverkehrs könnte der Umstieg auf das effizientere 5G-Netz demnach trotz der vielen zusätzlichen Anlagen Emissionen einsparen helfen, wie die Wissenschaftler erklären.

Indirekte Effekte durch 5G-Anwendungen

Allerdings gibt es einen Haken: Diese Vorteile könnten schwinden, wenn durch das 5G-Netz auch die Nachfrage nach entsprechenden Dienstleistungen und Geräten so stark steigt, dass diese Einsparungen kompensiert werden – ein durchaus denkbares Szenario.

Ausgeglichen werden könnte dies jedoch durch indirekte Effekte der 5G-Technologie: Durch 5G werden zum Beispiel intelligente Stromnetze, ein vermehrt digitales Arbeiten ohne Pendlerverkehr oder Reisen und auch die Präzisionslandwirtschaft mit weniger Einsatz von Dünger und Pflanzenschutzmitteln möglich. All dies könnte bis 2030 die Treibhausgas-Emissionen um 0,1 bis 2,1 Megatonnen CO2 pro Jahr verringern, so die Forscher.

Weitere Reduktionen können sich durch Technologien wie das autonomes Fahren, Telechirurgie und intelligente Gebäude ergeben. „Diese Anwendungen werden ihr Potenzial aber nicht so schnell ausschöpfen können“, erklärt Koautor Roland Hischier von der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt Empa. Das Klimaschutzpotenzial der 5G-Technologie könnte daher nach 2030 sogar noch zunehmen.

Auf das „Wie“ kommt es an

Insgesamt kommen die Wissenschaftler zu dem Schluss, dass der 5G-Standard dazu beitragen kann, den Mobilfunk und seine Anwendungen klimafreundlicher zu machen – vorausgesetzt man nutzt ihn entsprechend. „Das gesamte Einsparpotenzial im Rahmen der in dieser Studie untersuchten Anwendungen ist deutlich höher als die durch die 5G-Netze verursachten Treibhausgasemissionen“, so Bieser und seine Kollegen.

Wichtig sei es allerdings, die günstige Rahmenbedingungen für die emissionssparenden Anwendungen der 5G-Technologie zu schaffen – beispielsweise indem flexible Arbeitsmodelle, neue Mobilitätsdienstleistungen, erneuerbare und dezentrale Energiequellen sowie gezieltere landwirtschaftliche Methoden gefördert werden. „Um 5G in den Dienst des Klimaschutzes zu stellen ist es notwendig Klimaschutzpotenziale durch 5G-untersützte Anwendungen systematisch zu erschließen und Rebound-Effekte zu vermeiden“, so die Forscher. (Report: Next generation mobile networks. Problem or opportunity for climate protection? (PDF)

Quelle: Empa

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