Glasfaser und Kupferkabel schlagen 5G, LTE und UMTS Wie umweltschädlich ist das Internet?

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Die Kommunikations-Netze tragen erheblich zu den Umweltlasten der Informationstechnik bei. Zu diesem Schluss kommt eine aktuelle, vom Umweltbundesamt (UBA) präsentierte Studie. Doch diverse Maßnahmen könnten helfen, diesen Einfluss zu minimieren – unter anderem ein Energieausweis für TK-Dienstleistungen.

Die IT ist zumindest umweltpolitisch ins Gerede gekommen. Denn statt Energie einzusparen wie einst versprochen, scheint sich die Digitalisierung eher zum Energiefresser zu entwickeln: Ihre Stromverbräuche steigen ständig, damit auch die Kohlendioxid-Ausstöße. Auch der Materialverschleiß ist erheblich, zumal es an wirksamen Recycling-Strategien gerade für seltenere Mineralien noch immer weitgehend fehlt.

Um die Umwelteinflüsse von Rechenzentren, aber auch von TK- und Content-Übertragungsinfrastrukturen wie Kabelnetzen mess- und vergleichbar zu machen, haben mehrere Einrichtungen, darunter das Ökoinstitut Freiburg, das FH IZM (Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration) und das Umweltbundesamt (UBA), gemeinsam eine Studie durchgeführt.

Das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) finanzierte „Green Cloud Computing“ mit. Die Ergebnisse wurden jüngst vom UBA vorgestellt.

Ein wichtiges Ziel war die Entwicklung entsprechender Kennzahlen. Von besonderer Relevanz für die TK-Netze ist hier der Kohlendioxidausstoß. Der diesbezügliche Faktor ermittelt die Klimawirkung (Global Warming Potential, GWP) einer Aktivität pro Jahr in Kilogramm Kohlendioxidäquivalenten pro Jahr (kg Co2-eq/a). Dieser Wert wird dann auf eine Einheit der jeweils erbrachten Leistung bezogen, beispielsweise eine Stunde Videostreaming. An diesem in Zeiten der ständigen Videokonferenzen besonders prägnanten Beispiel wurde die Effektivität der einzelnen Netztypen in der Studie durchdekliniert.

Glasfaser und Kupferkabel hui – UMTS und LTE pfui

Dabei zeigte sich, dass die beste Lösung für den Aufbau von Versorgungsnetzen, energetisch betrachtet, die Glasfaser ist, gefolgt von Kupferkabel. Erst danach kommt 5G. Weit abgeschlagen LTE und vollkommen indiskutabel 3G. Deswegen raten die Autoren der Untersuchung, 3G-Netze so bald als möglich abzuschalten, um weitere Energieverschwendung zu beenden.

Die Grafik zeigt, wie gravierend die Auswirkungen tatsächlich sind: Der Rechenzentrumsanteil, so die Studie an anderer Stelle, beträgt beim Videostreaming mit HD-Qualität 1,45g CO2/h. Bei Glasfaserübertragung kommen noch 0,55 g CO2/h dazu, sodass der Gesamtausstoß 2 g CO2/h beträgt. Nimmt man Kupferkabel, sind es schon vier Gramm, bei 5G fünf, bei LTE 13 und bei UMTS gar 90, bei jeweils gleichem Anteil der Rechenzentrumsverarbeitung (1,45 gCO2/h).

Die Ergebnisse legen nahe, die letzte Meile so weit wie möglich mit Glasfaser auszurüsten, statt an jeder Ecke eine 5G-Antenne zu montieren – was den 5G-Providern nicht schmecken dürfte. Und noch mehr Gewicht erhält diese Erkenntnis, weil die Glasfasertechnik in den nächsten Jahren durch neue Materialien, passive Komponenten und Miniaturisierung, neue Kodierungstechniken, Virtualisierung und anderes noch effizienter werden wird.

5G in Innenräumen? Schnapsidee!

5G in Innenräumen zu nutzen, ist zumindest umweltpolitisch komplett obsolet, denn dort stehen mit vorhandenen Kabelinfrastrukturen und dem energiesparsameren WLAN bessere Alternativen zur Verfügung. Andererseits sprechen die Resultate für einen beschleunigten 5G-Ausbau als Ersatz für ältere Mobiltechnologie.

Auch bei 5G sei, so die Studie, durch mehr spektrale Effizienz, mehr Antennen, neue Modulationsverfahrung und Kanalkopplung damit zu rechnen, dass der Energiebedarf pro Leistungseinheit sinkt. Die Studie empfiehlt, solche Technologien auf noch bestehende ältere Mobiltechnologien zu übertragen, sofern sie noch nicht ersetzt werden können, damit auch diese effektiver werden. Einen Einblick in die Auswirkungen technologischer Erneuerung auf die Netze zeigt die Grafik.

Um 5G so energieeffizient wie möglich zu gestalten, drängt die Studie dazu, dass Mobilfunkbetreiber weit mehr als bisher zusammenarbeiten, also Standorte und Equipment gemeinsam nutzen. Dazu müssen sie ihre Schnittstellen öffnen, viele andere technische Fragen klären und organisatorische Gesamtkonzepte entwickeln, die auf dieser Prämisse aufbauen. Schließlich geht es darum, Geschäftsmodelle zu entwickeln, die auch unter solchen Prämissen profitabel sind.

Endanwender-Verhalten hat großen Einfluss

Zudem weist die Studie darauf hin, es müssten beim Umstieg auf 5G auch die Endgeräte der Endanwender berücksichtigt werden. Schließlich soll aus dem Umstieg auf 5G keine riesige Wegwerf-Welle entstehen. Das dürfte aber weder Herstellern noch Providern leicht vermittelbar sein.

Deutlich weist die Untersuchung darauf hin, dass sich auch das Verhalten der Endanwender, die Preis- und Geschäftsmodelle der Mobilprovider und der Unternehmen in der zweiten Reihe ändern müssen, um die Umwelteffizienz des gesamten Bereichs zu erhöhen.

So sind laut Studie 80 Prozent der übertragenen Daten in TK-Netzen schon heute Videos. Derzeit geht der Trend zu immer höheren Auflösungen, obwohl diese sich gerade bei kleinen Displays kaum noch auf die Darstellung auswirken. Allerdings hat eine erhöhte Videoauflösung einen extrem großen Einfluss auf die übertragene Datenmenge und damit die Umweltbelastung.

7GB/h für Ultra-HD-Video

Dafür einige Beispielzahlen: Ein Youtube-Video mit einer Auflösung von 480 Pixeln (640*480) erzeugt eine Datenmenge von 450 MB/h, bei HD mit 720 Pixeln (1.280*720) sind es bereits 1,2 GByte/h und bei Full HD (1.920*1.080) 1,7 GB/h. Bei Netflix liegt der Wert für „mittlere Qualtät“ (1.280 *720) bei 700 MB/h, „hohe Qualität“ verschlingt 3 GB/h und Ultra-HD (3.840*2.160) 7 GB/h, ohne dass die übertragenen Inhalte andere wären.

Die Bildchen beim Videoconferencing meistens abzuschalten, ist daher nicht nur gnädig für die Beteiligten, sondern auch umweltfreundlich. Auch sollte die Unsitte, Werbe-Videos automatisch abzuspielen, wenn eine Seite aufgerufen wird, unbedingt unterbleiben, rät die Studie.

Das Ende der Daten-Flat?

Fehlanreize, fordert die Studie, sollen in Zukunft vermieden werden. Darunter ist alles zu verstehen, was den Datenkonsum fördert, statt ihn zu bremsen. Mit anderen Worten alles, was Endverbraucher, aber natürlich auch Unternehmen, heute sehr an Mobilfunkverträgen schätzen: der regelmäßige Austausch alter gegen neue Geräte (erhöht die Müllberge) in kurzen Abständen per Vertrag und die Daten-Flat.

Stattdessen fordert die Studie Tarife, die geringen Datenverbrauch belohnen, hohen aber sanktionieren, sprich: progressiv sind. Wer mehr Daten saugt, zahlt dann nicht nur absolut, sondern auch proportional mehr. Zudem rät die Studie zu geringen Grundgebühren und nicht subventionierter Hardware. Außerdem sollen alle TK-Dienste einen Energieausweis bekommen, bei denen angegeben wird, wie groß der Kohlendioxidausstoß pro Verarbeitungseinheit ist.

Anwender sollen wieder mehr ohne Bild telefonieren (erzeugt nur ein Fünftel der Daten) und darauf verzichten, Messenger-Dienste, die häufig auch mit Bild oder Video kombiniert sind, auf dem Smartphone oder sonst wo zu nutzen. Messaging auf dem Smartphone betreiben 97 Prozent der befragten Nutzer, 48 Prozent telefonieren mittels Messenger übers Internet.

Fazit

Diese Vorschläge treffen umweltpolitisch sicher ins Schwarze, aber auch ins Herz der bisherigen Geschäftsmodelle der TK-, Smartphone- und Digitalmedien-Branche. Daher steht zu befürchten, dass sie ohne flankierende Gesetzgebung und eine happige Kohlendioxid-Steuer, die auf allen Ebenen erhoben werden sollte, wohl eher wirkungslos bleiben dürften.

Denn auch das tägliche Leben vieler Menschen würde sich durch progressive Tarife statt Flatrate sicher wieder erheblich ändern. Schließlich ist der Griff zum hochaufgelösten Netflix-Video oder zur hochaufgelösten Videokonferenz bei jeder Gelegenheit gerade durch Corona eine Selbstverständlichkeit geworden.

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