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Der Energiebedarf der deutschen Mobilfunknetze wird sich von 2019-2030 laut Studie verdreifachen © Fraunhofer IZM

Prognose von Energiebedarf und CO2-Bilanz der deutschen Mobilfunknetze bis 2030

Wie sieht die Umweltbilanz der deutschen Mobilfunknetze aus? Diese Frage kl├Ąrt eine Studie des Fraunhofer IZM. Sie modelliert den herstellungs- und nutzungsbezogenen CO2-Fu├čabdruck heutiger und zuk├╝nftiger Mobilfunknetze.

Die Studie ÔÇ×Umweltbezogene Technikfolgenabsch├Ątzung Mobilfunk in DeutschlandÔÇť (UTAMO) beinhaltet eine gen├Ąherte ├ľkobilanz der deutschen Mobilfunknetze f├╝r das Referenzjahr 2019 sowie Prognosen der Entwicklung bis zum Jahr 2030. Die Studie ist mit ihrem hohen Detailgrad weltweit die erste dieser Art. Der methodische Ansatz wurde unter der Leitung von Dr. Lutz Stobbe am Fraunhofer-Institut f├╝r Zuverl├Ąssigkeit und Mikrointegration IZM entwickelt und umgesetzt. Spezialisiert hat sich das Team um Stobbe auf das Thema ├ľkobilanzierung und ├ľkodesign von Telekommunikations- und Rechenzentrumstechnik. Diese beiden Bereiche der Informations- und Kommunikationstechnik (IKT) bilden die infrastrukturelle Grundlage der Digitalisierung, des Cloud-basierten Internets. Trotz einer weiterhin recht hohen Entwicklungsdynamik mit laufend verbesserter Energieeffizienz steigt der absolute Energie- und Ressourcenbedarf f├╝r die Systeme weiter an.

Wie wird sich der Energiebedarf der Mobilfunknetze nach Abschaltung von 3G (UMTS), dem Ausbau von 4G (LTE) und insbesondere 5G entwickeln? Wieviel CO2 erzeugt die Herstellung neuer Anlagentechnik in den kommenden Jahren? Welche Ma├čnahmen kann man ergreifen, um Mobilfunkstandorte optimal auszulegen oder um ein lastangepasstes Energiemanagement zu realisieren? Und welche Auswirkungen h├Ątte eine Nutzung erneuerbarer Energien auf die Treibhausgas-Emissionen unserer Mobilfunknetze? Um diese Fragen beantworten zu k├Ânnen, m├╝ssen vielf├Ąltige technische, operative und ├Âkonomische Daten erfasst und ausgewertet werden.

Fraunhofer entwickelt Bilanzmodel f├╝r CO2-Emissionen von Mobilfunkinfrastruktur

Zu diesem Zweck haben die Forschenden um Lutz Stobbe ein lebenszyklusorientiertes Bilanzmodell entwickelt, das den CO2-Fu├čbabdruck der Herstellung und den betriebsbedingten Strombedarf der Funkzugangs- und Aggregationsnetze ermittelt. Das Hauptaugenmerkt liegt auf der Anlagentechnik, also der Funktechnik, samt Basisstationen sowie auf der optischen Transport- und Vermittlungstechnik. Dar├╝ber hinaus wurden der zus├Ątzliche Energiebedarf f├╝r die K├╝hlung der Anlagentechnik und die Wandlungsverluste der Stromversorgung im Modell als Power Usage Effectiveness (PUE) erfasst. F├╝r die Absch├Ątzung der CO2-Emissionen der Herstellung wurde ein vereinfachtes Hardware-Modell f├╝r individuelle Technikelemente entwickelt. Dieses Modell erfasst insbesondere die energieaufwendige und emissionsintensive Herstellung von halbleiterbasierten Integrierten Schaltkreisen (ICs), den best├╝ckten Leiterplatten (PCBs), Steckern (Ports) und Massenmaterialien (Bulk Materials), welche f├╝r Geh├Ąuse, Racks und Masten ben├Âtigt werden. Endger├Ąte wie Smartphones oder Sensoren werden in der Studie nicht erfasst.

Die modellbasierten Berechnungen zeigten f├╝r das Jahr 2019 eine ├Ąu├čerst gute ├ťbereinstimmung mit den publizierten Energieverbrauchswerten der deutschen Mobilfunknetzbetreiber in Deutschland. Die Prognose ging von einer j├Ąhrlichen Wachstumsrate f├╝r den mobilen Datenverkehr aus, die sich am Jahresdurchschnitt der f├╝nf Vorg├Ąngerjahre orientierte. Auf dieser Basis wurden der Netzausbau und die Nutzung modelliert. Das Modell zeigt einen Anstieg des j├Ąhrlichen Strombedarfs um das Zwei- bis Dreifache, wobei die theoretische Netzkapazit├Ąt um das 10- bis 40-Fache gesteigert wird. Die Studie zeigt, dass ein Anstieg des Datenverkehrs zwar zu einem h├Âheren Energiebedarf f├╝hrt, dies aber nicht linear geschieht. Individuelle Standortkonfigurationen, regelm├Ą├čige Modernisierung der Anlagentechnik und andere operative Ma├čnahmen haben ein gutes Potenzial, den Anstieg des Energiebedarfs und CO2-Fu├čabdrucks zu begrenzen.

Ein essentielles Werkzeug zur Quantifizierung von CO2 Emissionen

Die UTAMO-Studie demonstriert einen methodischen Ansatz, wie die k├╝nftige Umweltwirkung von IKT detailliert abgesch├Ątzt werden kann. Das entwickelte Sachbilanzmodell erlaubt die Erstellung von unterschiedlichen Entwicklungsszenarien, mit denen technische Fortschritte, unterschiedliche Nutzungsintensit├Ąten und operative Ma├čnahmen der Netzbetreibenden beziffert werden k├Ânnen. Das Modell verkn├╝pft theoretische Grundlagen der Nachrichtentechnik mit aktuellen Technologien. Es beinhaltet ein detailliertes Ger├Ątebestandsmodell, welches bis auf die technischen Eigenschaften der einzelnen Transceiver herunterreicht. Dem Modell liegt die sognannte 5K-Methode zugrunde, welche vom Fraunhofer IZM entwickelt wurde und die Aspekte Konditionen, Kapazit├Ąten, Komponenten, Konfiguration und Kontrolle ber├╝cksichtigt. Diese Begriffe stehen synonym f├╝r den Datenbedarf und die Modellstruktur. Somit eignet sich das Modell f├╝r vielf├Ąltige Zwecke. Es kann f├╝r die Erstellung von ├ľkobilanzen und Prognosen genutzt werden oder auch f├╝r die Analyse und das ├ľkodesign einzelner Netzbereiche.

Die Studie wurde im Rahmen des UTAMO-Projekts vom Fraunhofer IZM im Auftrag des Umweltbundesamtes (UBA) im Zeitraum von 2019 bis 2021 erstellt (FKZ 3718 36 324 0). Sie kann von der Webseite des Umweltbundesamtes heruntergeladen werden: https://www.umweltbundesamt.de/publikationen/umweltbezogene-technikfolgenabschaetzung-mobilfunk

Quelle: www.izm.fraunhofer.de

Pressemitteilung veröffentlicht am 08.04.2024 in CO2-Management / -Reduktion, News.
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