Die Studie “Umwelttechnik Impact Assessment Mobile Communications in Germany” (UTAMO) bietet eine umfassende ökologische Bewertung der deutschen Mobilfunknetze für das Jahr 2019 und Prognosen bis 2030. Sie ist weltweit die erste ihrer Art mit einem hohen Detailgrad und wurde vom Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM unter der Leitung von Dr. Lutz Stobbe durchgeführt.
Das Team um Dr. Stobbe konzentrierte sich auf Öko-Bilanzierung und Öko-Design in den Bereichen Rechenzentren und Telekommunikationstechnologie, die als strukturelle Grundlagen der Digitalisierung und des Cloud-basierten Internets gelten. Trotz der schnellen Entwicklung und steigenden Energieeffizienz nehmen die Gesamtenergie- und Ressourcenbedarfe der Systeme zu.
Die Studie untersucht, wie sich die Energieanforderungen der Mobilfunknetze mit dem Rückgang von 3G (UMTS), der Expansion von 4G (LTE) und dem Aufkommen von 5G verändern werden. Sie erforscht auch, wie viel CO2 durch die Entwicklung neuer Technologien in den nächsten Jahren entstehen wird, welche Maßnahmen zur Schaffung eines energieeffizienten Managementsystems oder zur effektiven Gestaltung mobiler Standorte ergriffen werden können und inwiefern saubere Energie die Emissionen aus Zellnetzwerken beeinflussen könnte. Zur Beantwortung dieser Fragen werden vielfältige technische, betriebliche und finanzielle Daten benötigt und analysiert.
Das Fraunhofer-Institut entwickelt ein Harmoniedesign zur Reduzierung von CO2-Emissionen aus zellulärer Infrastruktur.
Zu diesem Zweck entwickelten die Forscher um Lutz Stobbe ein lebenszyklusorientiertes Bilanzmodell, das sowohl den CO2-Fußabdruck der Herstellung als auch den betriebsbedingten Stromverbrauch der Funkzugangs- und Aggregationsnetze bestimmt. Der Fokus liegt auf der Anlagentechnik, einschließlich der Funktechnologie und Basisstationen, sowie der optischen Transport- und Vermittlungstechnologie. Zusätzlich berücksichtigt das Modell den zusätzlichen Energiebedarf für die Kühlung der Technik und die Wandlungsverluste der Stromversorgung, gemessen als Power Usage Effectiveness (PUE).
Für die Messung der CO2-Emissionen wurde ein vereinfachtes Hardwaremodell für jedes Technologieelement erstellt. Dieses Modell berücksichtigt insbesondere die energie- und emissionsintensive Herstellung von Halbleiter-basierten integrierten Schaltkreisen (ICs), bestückten Leiterplatten (PCBs), Steckverbindern (Ports) und Massenmaterialien (Pulvermaterialien), die für Gehäuse, Racks und Masten erforderlich sind. Kameras und Telefone wurden in der Studie nicht berücksichtigt.
Die modellbasierten Berechnungen zeigten eine ausgezeichnete Korrelation zwischen den veröffentlichten Energieverbrauchszahlen der deutschen Mobilfunkanbieter für das Jahr 2019. Die Projektion basierte auf dem monatlichen Durchschnitt der letzten fünf Jahre und einer Wachstumsrate des drahtlosen Verkehrs. In diesem Zeitraum wurden die Gemeinschaftsentwicklung und die Beschäftigung modelliert. Das Modell prognostiziert einen zwei- bis dreifachen Anstieg des monatlichen Strombedarfs und eine zehn- bis vierzigfache Steigerung der Kapazität des theoretischen Netzes.
Die Studie zeigt, dass ein höheres Besucherniveau nicht zwangsläufig zu einem höheren Leistungsbedarf führt. Persönliche Blog-Konfigurationen, regelmäßige Aktualisierungen von Anbautechnik und andere administrative Maßnahmen können den Anstieg der Energienachfrage und den CO2-Fußabdruck erheblich begrenzen.
Ein wichtiges Instrument zur Quantifizierung der CO2-Emissionen
Die UTAMO-Studie bietet einen analytischen Rahmen für die detaillierte Untersuchung der möglichen Umweltauswirkungen von IKT. Das entwickelte Bilanzmodell unterstützt die Erstellung verschiedener Entwicklungsszenarien zur Bewertung des technologischen Fortschritts der Netzbetreiber, der spezifischen Nutzungsintensitäten und der funktionalen Metriken. Es verknüpft die philosophischen Grundlagen der Kommunikationstechnologie mit modernen Technologien und beinhaltet ein umfassendes Geräte-Inventarmodell, das über die technischen Merkmale verschiedener Transceiver hinausgeht.
Das Modell stützt sich auf das sogenannte 5K-Verfahren, das vom Fraunhofer IZM entwickelt wurde und Bedingungen, Kapazitäten, Komponenten, Konstruktion und Leistung berücksichtigt. Diese Begriffe werden synonym mit der Konstruktionsstruktur und den Datenbedingungen verwendet, weshalb das Modell vielseitig einsetzbar ist. Es eignet sich zur Erstellung ökologischer Bilanzen und Prognosen sowie zur Durchführung von Systemanalysen und Bewertungen.
Die Studie wurde von Fraunhofer IZM im Auftrag der Bundesumweltagentur im Rahmen des UTAMO-Projekts zwischen 2019 und 2021 (FKZ 3718 36 324 0) durchgeführt und ist auf der Website der Bundesumweltagentur verfügbar.
umweltbundesamt.de/publikationen/umweltbezogene-technikfolgenabschaetzung-mobilfunk.
