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

Im Heizungsraum der Edith-Stein-Realschule im K?lner Stadtteil Nippes steht der gr??te Direktverdampfer Deutschlands. Er versorgt drei Schulen und eine Sporthalle mit Heizw?rme – gewonnen aus dem Abwasser, das zuvor ungenutzt in die Kanalisation floss. Eines von , mit denen die Stadt K?ln durch mehr Energieeffizienz nachhaltiger werden will. E-Tankstellen für die Stromversorgung der am Rheinufer anlegenden Schiffe, Photovoltaikanlagen auf Hausd?chern, Elektrobusse für den ?ffentlichen Nahverkehr: Mit Ma?nahmen wie diesen, gebündelt in der Initiative , zeigt die Metropole K?ln, dass sie die Zeichen der Zeit verstanden hat. Denn klar ist: Ohne intelligent und nachhaltig organisierte St?dte ist der Klimawandel nicht aufhaltbar: 70 Prozent der weltweit von Menschen verursachten Treibhausgas-Emissionen entstehen laut in St?dten und Ballungsgebieten, die wiederum für 80 Prozent des globalen Energieverbrauchs verantwortlich sind.

Weltweiter St?dteverbund gegen den Klimawandel

Umso besser, dass in den vergangenen Jahren Gro?st?dte weltweit das Thema Klimaschutz für sich entdeckt haben: 96 Metropolen haben sich beispielsweise zu den 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 St?dte – 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.

 Der Schlüssel für diesen Erfolg: neue, innovative, digitale Technologien. Allein in Deutschland sind laut mittlerweile 50 St?dte 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 Parkpl?tze 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. Schlie?lich verursacht in Innenst?dten allein die Suche nach einem Parkplatz rund . Eine solche Smart-Parking-L?sung tr?gt also wesentlich dazu bei, Abgase, Feinstaub und L?rm 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 ?ffentlicher Geb?ude und speisen die Daten in ein System zum Energieeffizienzmanagement ein. München wiederum hat seine energiesparsamen LED-Stra?enlaternen intelligent gemacht. Je nach Sensorik erfassen sie Verkehrsdaten, überwachen den Parkraum, messen Schadstoffe oder beobachten das Wetter. Auch mit Informationsschildern oder SOS-Kn?pfen lassen sich die Lichtmasten ausstatten.

 Fast alle St?dte haben eine zentrale, offene Datenplattform in der Cloud eingerichtet. Hier laufen alle aus Sensoren, Apps und anderen Quellen gewonnen Informationen zusammen und werden – immer h?ufiger mit der Unterstützung von Künstlicher Intelligenz (KI) – ausgewertet. Die St?dte gewinnen so wertvolle Hinweise, wo sich etwa der Verkehrsfluss optimieren oder die Luftqualit?t verbessern l?sst. Die Bürger finden über ein Serviceportal im Web schneller Informationen über den Verkehr in der City, ?ffnungs- und Wartezeiten von Beh?rden, oder die Wasserqualit?t von Badeseen.

5G bringt Geschwindigkeit, Bandbreite und Flexibilit?t

Verschiedene Technologien spielen in der Smart City zusammen und bilden ein einheitliches, sich erg?nzendes 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 Innenst?dten fl?chendeckend 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 , also die Unterteilung des Netzes in verschiedene virtuelle Netzebenen, die optimale Leistung zur Verfügung. So kommt etwa im Geb?udemanagement oder beim Smart Metering (siehe Kasten) das 5G-kompatible NarrowBand IoT (NB-IoT) zum Einsatz: energiesparsam, ausgelegt auf kleine Datenpakete und mit hoher Geb?udedurchdringung.

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 k?nnen Verkehrsplaner deutlich schneller auf kritische Situationen reagieren oder den Verkehrsfluss regulieren und Staus vorbeugen. Das kommt wiederum dem CO₂-Aussto? 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 l?sst sich die gesamte Infrastruktur in einer Gro?stadt zuverl?ssig vernetzen. Und auch der niedrigere Energieverbrauch der 5G-Basisstationen selbst – im Vergleich zu bestehender LTE-Technik – tr?gt 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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