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Smart City

5G für eine nachhaltigere Stadt

Im Kampf gegen den Klimawandel und für eine bessere Energiebilanz setzen Städte weltweit auf nachhaltige Smart-City-Konzepte – und das Zusammenspiel von IoT, KI, Cloud und 5G.

Im Heizungsraum der Edith-Stein-Realschule im Kölner Stadtteil Nippes steht der größte Direktverdampfer Deutschlands. Er versorgt drei Schulen und eine Sporthalle mit Heizwärme – gewonnen aus dem Abwasser, das zuvor ungenutzt in die Kanalisation floss. Eines von vielen innovativen Projekten, mit denen die Stadt Köln durch mehr Energieeffizienz nachhaltiger werden will. E-Tankstellen für die Stromversorgung der am Rheinufer anlegenden Schiffe, Photovoltaikanlagen auf Hausdächern, Elektrobusse für den öffentlichen Nahverkehr: Mit Maßnahmen wie diesen, gebündelt in der Initiative „SmartCity Cologne“, zeigt die Metropole Köln, dass sie die Zeichen der Zeit verstanden hat. Denn klar ist: Ohne intelligent und nachhaltig organisierte Städte ist der Klimawandel nicht aufhaltbar: 70 Prozent der weltweit von Menschen verursachten Treibhausgas-Emissionen entstehen laut UN World Cities Report in Städten und Ballungsgebieten, die wiederum für 80 Prozent des globalen Energieverbrauchs verantwortlich sind.

Weltweiter Städteverbund gegen den Klimawandel

Umso besser, dass in den vergangenen Jahren Großstädte weltweit das Thema Klimaschutz für sich entdeckt haben: 96 Metropolen haben sich beispielsweise zu den C40 Cities zusammengeschlossen. Dieses weltweite Netzwerk – von Amsterdam über Buenos Aires, Chicago und Dubai bis Johannesburg, Peking und Melbourne – will im Kampf gegen den Klimawandel Wissen und Erfahrungen austauschen und für gemeinsame Projekte nutzen. Ende 2019 hatten bereits 30 Städte – vor allem in Europa – einen ersten Schritt geschafft: Sie produzieren nun weniger Treibhausgase als in den Jahren zuvor. Berlin, London und Madrid konnten ihre Emissionen um 30 Prozent senken, Kopenhagen gar um 60 Prozent.

C40: Initiativen für mehr Nachhaltigkeit

Die C40-Städte haben in den vergangenen Jahren bemerkenswerte Fortschritte in puncto Nachhaltigkeit gemacht:

  • 17 Städte haben Umweltzonen mit Fahrverboten für Fahrzeuge mit hohem CO2-Ausstoß eingerichtet (2010: 6)

  • 18 haben Einwegplastik verboten (2010: 2)

  • 24 wollen ab 2030 zu 100% auf erneuerbare Energie setzen (2010: 2)

  • 82 haben ein Fahrradverleihsystem eingeführt (2010: 21)

  • 66.000 Elektrobusse sind in C40-Städten unterwegs (2010: 100)
    (Quelle: C40 Cities Annual Report 2019)



Der Schlüssel für diesen Erfolg: neue, innovative, digitale Technologien. Allein in Deutschland sind laut „Smart City Atlas“ des Digitalverbands Bitkom mittlerweile 50 Städte auf dem Weg, sich zur Smart City zu entwickeln. Das Internet der Dinge (Internet of Things, IoT) ist dabei das Mittel der Wahl für viele Nachhaltigkeitsprojekte. Bonn zum Beispiel hat Parkplätze in der City mit Sensoren ausgerüstet. Sie erfassen jeden aktuell freien Stellplatz und funken diese Information in die Cloud. Autofahrer finden über eine App so schneller eine Parklücke – und sparen so erheblich Zeit und Sprit. Schließlich verursacht in Innenstädten allein die Suche nach einem Parkplatz rund 30 Prozent des Verkehrs. Eine solche Smart-Parking-Lösung trägt also wesentlich dazu bei, Abgase, Feinstaub und Lärm zu senken.

Vernetzte Sensorik für mehr Energieeffizienz

In Darmstadt erfassen Sensoren an Ampeln das Verkehrsaufkommen. Die Stadt wertet die in der Cloud gesammelten Daten aus und kann so den Verkehr in der City effizienter steuern. Das senkt die Emissionen unmittelbar ab. In Gelsenkirchen ermitteln Sensoren den Wasserverbrauch öffentlicher Gebäude und speisen die Daten in ein System zum Energieeffizienzmanagement ein. München wiederum hat seine energiesparsamen LED-Straßenlaternen intelligent gemacht. Je nach Sensorik erfassen sie Verkehrsdaten, überwachen den Parkraum, messen Schadstoffe oder beobachten das Wetter. Auch mit Informationsschildern oder SOS-Knöpfen lassen sich die Lichtmasten ausstatten.

Fast alle Städte haben eine zentrale, offene Datenplattform in der Cloud eingerichtet. Hier laufen alle aus Sensoren, Apps und anderen Quellen gewonnen Informationen zusammen und werden – immer häufiger mit der Unterstützung von Künstlicher Intelligenz (KI) – ausgewertet. Die Städte gewinnen so wertvolle Hinweise, wo sich etwa der Verkehrsfluss optimieren oder die Luftqualität verbessern lässt. Die Bürger finden über ein Serviceportal im Web schneller Informationen über den Verkehr in der City, Öffnungs- und Wartezeiten von Behörden, oder die Wasserqualität von Badeseen.

5G bringt Geschwindigkeit, Bandbreite und Flexibilität

Verschiedene Technologien spielen in der Smart City zusammen und bilden ein einheitliches, sich ergänzendes System. Wichtigstes Element ist die Vernetzung, um die Messwerte von IoT-Sensoren in die Cloud zu übertragen. Hier spielt der Mobilfunk eine wichtige Rolle, der in den Innenstädten flächendeckend vorhanden ist. Nach 2G, 3G und 4G wird der neue 5G-Standard vielen Smart-City-Projekten einen weiteren Schub geben. Einer der Hauptgründe für diese Entwicklung: Jeder Anwendung stellt das 5G-Netz durch sogenanntes Network Slicing, also die Unterteilung des Netzes in verschiedene virtuelle Netzebenen, die optimale Leistung zur Verfügung. So kommt etwa im Gebäudemanagement oder beim Smart Metering (siehe Kasten) das 5G-kompatible NarrowBand IoT (NB-IoT) zum Einsatz: energiesparsam, ausgelegt auf kleine Datenpakete und mit hoher Gebäudedurchdringung.

Weitere Beispiele für nachhaltige Smart-City-Projekte

  • Smart Waste: Sensoren erfassen den Füllstand von Mültonnen und Glascontainern und ermöglichen effiziente Abholrouten.

  • Smart Lighting: Sensorgesteuerte Straßenlaternen spenden bedarfsgerecht Licht.

  • Smart Metering: Vernetzte Energiezähler in Gebäuden lassen sich aus der Ferne auslesen und machen Ablesetouren überflüssig.

  • Umwelt-Monitoring: Sensoren messen die Qualität von Luft, Boden und Wasser oder Lärm, für zielgerichtete Maßnahmen zur Verbesserung.

  • Ortung von Leckagen: Sensoren melden Lecks im Trinkwassernetz und Gasleitungen und ermöglichen eine schnelle Reparatur.



Geht es jedoch um eine Datenübermittlung nahezu in Echtzeit, etwa für die Steuerung von Energienetzen (Smart Grids) oder das autonome Fahren in der Innenstadt, bietet 5G eine Latenz von unter zehn Millisekunden. Und die enormen Datenmengen, die in einer Stadt etwa bei der Videobeobachtung von Verkehrsknotenpunkten entstehen, kann 5G mit Bandbreiten im Bereich von bis zu 10 Gigabit pro Sekunde verarbeiten. So können Verkehrsplaner deutlich schneller auf kritische Situationen reagieren oder den Verkehrsfluss regulieren und Staus vorbeugen. Das kommt wiederum dem CO2-Ausstoß in der Innenstadt zugute. Nur 5G kann zudem bis zu eine Million Sensoren pro Quadratkilometer parallel mit Mobilfunk versorgen (zum Vergleich: 4G-Verbindungsdichte 10.000/km2). So lässt sich die gesamte Infrastruktur in einer Großstadt zuverlässig vernetzen. Und auch der niedrigere Energieverbrauch der 5G-Basisstationen selbst – im Vergleich zu bestehender LTE-Technik – trägt zur Nachhaltigkeit bei. In Kombination mit IoT-Sensoren und Cloudplattformen, Edge Computing, KI-Anwendungen und Machine Learning kann 5G so für mehr Energieeffizienz und Nachhaltigkeit in der Smart City sorgen.



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