Mit 5G kommen wir einer nachhaltigen Zukunft einen großen Schritt näher

5G verbreitet sich auf der ganzen Welt und ist mittlerweile in über 70 Ländern im Einsatz. Da die Akzeptanz in relevanten Märkten – von China, Japan und Südkorea bis hin zu den USA und Europa – weiterhin stark zunimmt, wird die Gesamtzahl der 5G-Smartphone-Verbindungen weltweit im Jahr 2022 voraussichtlich 1 Milliarde und in den folgenden drei Jahren 2 Milliarden erreichen.¹  

Und diese Zahlen beziehen sich lediglich auf Smartphone-Verbindungen. Es ist zu erwarten, dass die Technologie ein großes IoT-Ökosystem mit sich bringen wird, in dem Millionen verbundener Geräte über Netze kommunizieren. Die GSM Association (GSMA) der Mobilfunkbetreiber schätzt, dass die Gesamtzahl der IoT-Verbindungen bis 2025 auf mehr als 23 Milliarden steigen wird.¹

Die Kernmerkmale von 5G – extrem niedrige Latenzzeiten von weniger als 1 Millisekunde, schnelle Datenübertragung von mehr als 2 Gbit/s und hohe Gerätedichten von 1 Million Geräten pro Quadratkilometer – werden ganze Branchen in die Lage versetzen, sich neu zu erfinden. In den Bereichen Sport und Unterhaltung, Fertigung, Transport, Landwirtschaft und in unzähligen anderen Branchen wird 5G Dienste ermöglichen, die mit früheren Kommunikationstechnologien schlicht nicht umsetzbar waren.

Denken Sie nur an Smart Cities, in denen der Verkehr zügig und effektiv über 5G geregelt wird. An intelligente Gebäude mit Sensoren, die die Zahl der Bewohnerinnen und Bewohner erfassen und den Energieverbrauch entsprechend optimieren. An Stadien, in denen Zehntausende Zuschauerinnen und Zuschauer gleichzeitig das Geschehen live beobachten und Augmented Reality nutzen können. An Fabriken, in denen Roboter miteinander kommunizieren und Produkte fertigen. Und denken Sie an landwirtschaftliche Betriebe, in denen eine Vielzahl von Daten – von der Bodenfeuchtigkeit bis zur Reife der Pflanzen – überwacht wird, um maximale Erträge zu erzielen.

In finanzieller Hinsicht prognostiziert die GSMA, dass die durch 5G ermöglichten Innovations-, Produktivitäts- und Effizienzgewinne bis 2030 jährlich fast eine Billion US-Dollar in die Weltwirtschaft pumpen werden.¹ Angesichts des Klimawandels und der zahlreichen Maßnahmen zur Reduzierung der CO₂-Emissionen wird 5G aber einen noch viel wichtigeren Vorteil haben: Die Technologie hat das Potenzial, die Weichen für eine nachhaltigere Zukunft zu stellen.

Inwiefern kann 5G die Nachhaltigkeit verbessern?

Das Telekommunikations-Beratungsunternehmen STL Partners hat die Auswirkungen von 5G in den kommenden Jahren modelliert und geht davon aus, dass bis 2030 mehr als 1,7 Milliarden Tonnen CO₂-Emissionen durch die Anwendung von 5G-Technologien eingespart werden könnten.² Zum Vergleich: So viel stoßen etwa 64 Kohlekraftwerke in einem einzigen Jahr aus bzw. entspricht dies der Hälfte aller Emissionen in Kanada im Jahr 2018.

„5G kann eine Vielzahl von Anwendungsfällen abdecken, die sowohl direkt als auch indirekt CO₂-Emissionen verringern“, sagt Matt Bamforth, Senior Consultant bei STL Partners, in einem Webinar über die Rolle von 5G bei der Reduzierung von CO₂-Emissionen.²

Zwei Beispiele: vorausschauende Wartung und Anlageneffizienz.

Indem Unternehmen eine Vielzahl von 5G-verbundenen Sensoren in ihren Anlagen, Maschinen, Geräten, Fahrzeugen, Aufzügen, Windkraftanlagen etc. installieren, können sie deren Status nahezu in Echtzeit überwachen und steuern. So wissen sie stets, wann die nächste Wartung ansteht, und können ungeplante Ausfallzeiten entsprechend auf ein Minimum reduzieren.

„Im Fall einer Windkraftanlage hat die Anwendung von 5G gleich zwei Vorteile“, so Bamforth. „Die Reduzierung ungeplanter Ausfallzeiten steigert nicht nur die Menge der erzeugbaren Energie, sondern senkt zugleich die Betriebs- und Wartungskosten“, erklärt er.

Dies ist direkt auf die Kerneigenschaften von 5G zurückzuführen: niedrige Latenz für die Echtzeit-Übertragung von Statusdaten an eine Analyseplattform, zuverlässige 5G-Verbindungen und eine hohe Gerätedichte pro Quadratkilometer. Das war mit bisherigen Technologien nicht möglich.

5G wird ebenso eine wichtige Rolle beim automatisierten Asset-Management spielen. „Mit Hunderten von Sensoren, die Daten sammeln und an Analyseplattformen senden, möglicherweise unter Verwendung von Digital Twins und KI, können wir Anlagen kontrollieren und automatisch Änderungen vornehmen, um die Leistung zu maximieren“, so Bamforth. Die Technologie lässt sich bei fast jedem System anwenden. Eine Windkraftanlage könnte aufgrund der geringen Latenzzeit von 5G zudem schneller auf wechselnde Wetterbedingungen reagieren, indem beispielsweise die Richtung der Turbine oder die Ausrichtung der Blätter verändert wird.

Aber diese Vorteile haben ihren Preis: Während 5G in vielen Branchen bei der Erreichung von Nachhaltigkeitszielen unterstützen kann, wirkt sich die Technologie gleichzeitig entscheidend und potenziell negativ auf den Energieverbrauch und die CO₂-Emissionen aus.

Der Informations- und Kommunikationstechnologie (IKT)-Sektor ist bereits für schätzungsweise 3 bis 4 % aller globalen Kohlenstoffemissionen verantwortlich. Mit der zunehmenden Implementierung von 5G wird es immer mehr Sensoren, Geräte, Basisstationen und Datenverarbeitungsprozesse geben. Einige Analystenteams gehen davon aus, dass der IKT-Sektor innerhalb von 20 Jahren bis zu 14 % der Emissionen verursachen könnte. Es sei denn, die Branchenakteure ergreifen tiefgreifende Maßnahmen, um diese Umweltauswirkung zu senken.³

Andererseits wurde im Rahmen der Global e-Sustainability Initiative berechnet, dass die Technologiebranche derzeit ihren eigenen CO₂-Fußabdruck um das 1,5-Fache verringert. Und im Zeitalter von 5G könnte dieser Wert auf fast das Zehnfache steigen.⁴

Die Vorteile von 5G

Vor allem energieintensive Branchen werden von der Einführung von 5G profitieren. In einem Bereich wird die Technologie aber von besonders großer Bedeutung sein, und das sowohl für die Menschen als auch für den Planeten: in der Landwirtschaft.

Prognosen der UN zufolge wird die Weltbevölkerung bis 2050 auf 9,7 Milliarden Menschen anwachsen.⁵ Dies bedeutet auch, dass mehr Lebensmittel benötigt werden, ein Bedarf, der sich wiederum nur durch neue Methoden in der Nahrungsproduktion decken lässt. Dabei muss aber auch der Klimawandel berücksichtigt werden.

Laut UN-Zahlen sind Agrar- und Ernährungsbranche (einschließlich Anbau und Viehzucht sowie Vor- und Nachproduktionsprozesse) für fast 31 % des Treibhausgasausstoßes verantwortlich. Das sind 21 % der CO₂-Emissionen, 53 % der Methanemissionen und 78 % der Lachgasemissionen.⁶ Mit 5G lassen sich diese erheblich senken.

Die hohe Sensordichte und die geringe Latenz von 5G-IoT-Sensoren können in der intelligenten Landwirtschaft auf unzählige Arten genutzt werden, um Daten für bessere (und automatisierte) Entscheidungen zu sammeln. Dies schafft ein hohes Maß an Präzision, die die Nachhaltigkeit enorm verbessern und die Umweltauswirkungen der Landwirtschaft mindern kann. Nicht nur Großbetriebe, sondern auch kleinere Unternehmen und sogenannte vertikale Farmen als eine Sonderform der urbanen Landwirtschaft können mit 5G ihre Prozesse überwachen und automatisieren. Einige mögliche Anwendungsfälle:

• Mit 5G-Sensoren lässt sich die Lebensmittelverschwendung eindämmen, weil diese anzeigen, wann welche Pflanzen erntereif sind.
• Sensoren im Boden können den Feuchtigkeitsgehalt überwachen, wodurch sich präziser erkennen lässt, wann – und welche – Pflanzen bewässert werden müssen.
• IoT-Sensoren können den optimalen Düngezeitpunkt ermitteln. So muss nur so viel Dünger ausgebracht werden wie nötig.
• Tiere können hinsichtlich ihres Zustands überwacht werden – etwa hinsichtlich des Zeitpunkts einer Geburt oder auf Anzeichen von Krankheit.
• Mit Drohnen kann das Wachstum von Unkraut gemessen werden. Landwirtschaftliche Maschinen können so gezielt in betroffenen Feldzonen eingesetzt werden, wodurch seltener Pestizide gesprüht werden müssen. Laut Schätzungen könnte die ausgebrachte Pestizidmenge durch den Einsatz von unbenannten Drohnen zur Fernerkundung und zum Sprühen um 50 % verringert werden.⁷
• Mit 5G werden ferngesteuerte und automatisierte, vernetzte landwirtschaftliche Maschinen möglich, die Aufgaben wie Pflanzung und Ernte übernehmen.

Dies ist alles sehr vielversprechend. In einem Analysebericht kam das Unternehmens- und Technologieberatungsunternehmen Accenture zu dem Schluss, dass eine verbesserte Konnektivität und Digitalisierung in der Landwirtschaft zu einer Produktivitätssteigerung von bis zu 25 %, einer Verringerung des Verbrauchs um 30 %, einer Senkung der Kosten um 20 % und einer Steigerung der Ernteerträge um 15 % führen kann.⁸

Angesichts der globalen Abhängigkeit von der Lebensmittelversorgungskette liegt das Augenmerk nachvollziehbarerweise auch auf der Sicherheit und Robustheit der 5G-Netze in der Landwirtschaft. Geräte, Systeme und Netzwerke müssen vor potenziellen Cyberangriffen geschützt und die erhobenen Daten sorgfältig verwaltet werden. Beispielsweise könnte ein böswilliger Angriff zum Abschalten eines automatischen Bewässerungssystems führen oder zur Folge haben, dass Landwirtschaftsbetriebe zu früh ernten, was sich negativ auf die Lebensmittelproduktion und die Nachhaltigkeit auswirkt. 

BayWa: für mehr Nachhaltigkeit in der Lebensmittelversorgungskette

Das deutsche Lebensmittel- und Agrarunternehmen BayWa Global Produce nutzt fortschrittliche Technologien, um die Integrität der Lebensmittelversorgungskette zu gewährleisten.

Die BayWa beschafft Obst und Gemüse aus ihrem Heimatland sowie aus aller Welt und setzt dabei auf nachhaltige, innovative Geschäftsmodelle, um aktiv eine stabile Wertschöpfungskette aufzubauen. Aufgrund der Verderblichkeit der Waren spielt der Zeitfaktor eine wichtige Rolle: Verzögerungen oder Beschädigungen gilt es zu vermeiden. Dazu müssen die Temperatur oder andere Bedingungen während des Transports oder der Lagerung sorgfältig überwacht, nachverfolgt und im akzeptablen Bereich gehalten werden. Da Obst aus aller Welt bezogen wird, müssen zudem zahlreiche nationale und internationale Gesetze und Vorschriften eingehalten werden.

Wie in anderen Bereichen der Logistik können Prozesse durch Digitalisierung und Warenverfolgung optimiert werden. Darüber hinaus ist es wichtig, die skalierbare Sicherheit und das Vertrauen in der Lebensmitteltransportbranche zu fördern. Denn in der Regel sind viele Akteure beteiligt – von Landwirtschaftsbetrieben und Großhändlern bis hin zu Einzelhändlern und Supermärkten. Die eindeutige Identifizierung der Ursachen von Produktschäden ist da manchmal schwierig. G+D hat den Bedarf an skalierbaren IoT-Konnektivitätslösungen erkannt und mit der Pod Group den weltweit ersten Enterprise Network Operator (ENO) übernommen, um IoT auf flexible und sichere Weise zu ermöglichen.

Eine Blockchain-basierte Track-and-Trace-Lösung von G+D und Partnern hat sich im Fall von BayWa als äußerst nützlich erwiesen. Bei einem Test wurden IoT-Sensoren an Paletten mit Äpfeln angebracht, die von Belgien nach Deutschland transportiert wurden, um die Temperatur, die Position des Lastwagens und eventuelle Transportschäden zu messen.

Eine mit G+D verbundene SIGNiT^®-SIM-Karte auf dem Sensor erfasste alle während des Transports gesammelten Daten und speicherte sie sicher auf der Blockchain. Dadurch konnten alle Phasen der Lieferkette zurückverfolgt werden, weil die Daten nicht manipuliert werden können. Zudem wurden die tatsächlichen Daten an eine Middleware-Cloud-Plattform gesendet, wodurch BayWa in Echtzeit auf alle erfassten Daten zugreifen konnte.

BayWa kann den Zugriff auf solche Daten mit allen Parteien im Ökosystem (Kunden, Handelspartner, Versicherer, Zoll und andere) teilen. Falls also einer der Akteure die Authentizität von Daten überprüfen möchte, kann er die tatsächlichen Daten aus der Cloud mit den in der Blockchain gespeicherten gehashten Daten vergleichen. Durch den Verifizierungsdienst fungiert G+D als vertrauenswürdige Partei im Ökosystem.

BayWa führte das Proof-of-Concept mit LTE-M-Netztechnologie durch. Mit 5G gibt es noch umfassendere Möglichkeiten, mehr Transparenz und Vertrauen in der Lieferkette  zu fördern. Darüber hinaus könnten für Nachhaltigkeitsanforderungen weitere Parameter wie der berechnete CO₂-Verbrauch in das Trackingsystem aufgenommen werden. Zudem könnten Parameter zur Optimierung des Logistikprozesses verwendet werden, die den gesamten CO₂-Fußabdruck reduzieren.

Herausforderungen rund um 5G

Die Umstellung auf 5G geht jedoch nicht ohne Herausforderungen vonstatten. Die fehlende flächendeckende Breitbandversorgung auf dem Land behindert beispielsweise die Entwicklung von Smart Farming in vielen Gebieten.

Die Einführung von 5G ist sowohl ein globales als auch ein lokales Anliegen. 5G ist auf dem Vormarsch – jedoch hauptsächlich in wirtschaftlich starken Ländern. Bis 2025 werden voraussichtlich nur 25 % der Mobilfunkverbindungen weltweit über die 5G-Infrastruktur ausgeführt. Dann sind es jedoch nur noch fünf Jahre bis zu den globalen Emissionsreduktionszielen 2030. Dies zeigt die Dringlichkeit, warum 5G noch schneller implementiert werden muss. „Moderne Konnektivität wird ein wichtiger Faktor für eine weitere schrittweise CO₂-Reduktion sein“, schreibt der Hersteller von 5G-Netzwerkausrüstung Ericsson in einem kürzlich erschienenen Bericht. „Aber es wird nicht möglich sein, das volle Potenzial dieser Treibhausgaseinsparungen auszuschöpfen, wenn der Ausbau der 5G-Infrastruktur im derzeitigen Tempo fortgesetzt wird.“⁹

5G steckt noch in den Kinderschuhen – die ersten Netze wurden erst 2019 in Betrieb genommen. Dementsprechend zeichnen sich die Möglichkeiten, die Technologie so einzusetzen, dass sie zu einer nachhaltigeren Zukunft beiträgt, gerade erst ab. In den kommenden Jahren werden viele weitere Anwendungsfälle hinzukommen.

Veröffentlicht: 21.07.2022