5G und Umwelt

Wie viel Energie verbraucht 5G?

Eine Frau arbeitet am Stromkabel eines Solarpanels.

Steigt unser Stromverbrauch durch 5G-Mobilfunk? Die Antwortet lautet: Ja und Nein. Wir übertragen immer mehr Daten, was mehr Energie verbraucht. Zugleich ist das moderne 5G viel energiesparender als der ältere 4G-Standard, was Energie spart.

Sobald wir unterwegs unsere E-Mails abrufen oder mobil im Internet surfen, bewegen sich Datenpakete durchs Netz. Die Übertragung dieser Daten – gemessen in Bit/Sekunde – verbraucht Energie und trägt damit zum ökologischen Fußabdruck bei. Wie groß sind unsere Fußstapfen heute und wie groß werden sie in Zukunft sein? Das Umweltbundesamt hat diese Frage untersuchen lassen – mit der Umweltbezogenen Technikfolgenabschätzung Mobilfunk in Deutschland, kurz UTAMO-Studie. Sie modelliert Entwicklungsszenarien für den Mobilfunk bis zum Jahr 2030 und liefert Erkenntnisse zu Energieverbrauch und Nachhaltigkeit.

Klar ist: Der Energieverbrauch von Netzen und Endgeräten spielt bei der Entwicklung neuer Mobilfunkstandards eine entscheidende Rolle. Die Mobilfunkgeneration 5G setze hier neue Maßstäbe und sei deutlich energieeffizienter, sagen die Netzbetreiber. Die Studie „Green Cloud Computing“ für das Umweltbundesamt untersuchte den Energieverbrauch bei verschiedenen Methoden des Videostreamings: Um 1 Gigabyte Daten pro Stunde zu übertragen, benötigt 5G-Mobilfunk demnach 3 Watt Energie, 4G benötigt 9 Watt und die alte 3G-Technologie rund 26 Watt. Um dasselbe Video zu übertragen, braucht 4G also dreimal mehr Energie und 3G fast neunmal mehr als 5G.

Der Datenverkehr nimmt zu – und mit ihm der Energiebedarf

Allerdings steigen die jährlich in den Mobilfunknetzen übertragenen Datenmengen weiter rasant an. Ein Grund hierfür: Mobiles Videostreaming auf dem Smartphone wird immer beliebter. Damit wird laut der UTAMO-Studie auch der Energiebedarf rasant steigen. Die Studie prognostiziert, dass sich der elektrische Energieverbrauch von 2,31 Terawattstunden (TWh) im Jahr 2019 auf 7,51 TWh im Jahr 2030 mehr als verdreifachen wird. Zur Einordnung: Der gesamte Stromverbrauch in Deutschland betrug im Jahr 2023 laut Umweltbundesamt 525 TWh.

Der Energiehunger wächst also. Doch während das Datenvolumen um den Faktor 45 ansteigen soll, verdreifacht sich der Energieverbrauch lediglich. Die benötigte Menge Energie pro Bit sinkt also ständig. Anders gesagt: Ein gleich großes Datenpaket wird im Jahr 2030 mit viel weniger Energieaufwand übertragen werden, als es 2019 der Fall war.

Infografik Schaubild Stromverbrauch vs. Datentransfer

Das Schaubild zeigt: Der Stromverbrauch wächst stark, weil der mobile Datenverkehr massiv zunimmt.

Hinzu kommt: Mobilfunk kann einen wertvollen Beitrag leisten, um Energie- und Ressourceneffizienz zu steigern. Über 4G und 5G liefern vernetzte Sensoren wertvolle Daten zu Energieverbräuchen in der Smart City, in der industriellen Produktion oder im Verkehrssektor. Über Analysen findet Software dann Möglichkeiten, um Energie einzusparen.

Dank neuer Antennen wird die Energie effizienter genutzt

Auch 5G selbst hilft beim Energiesparen. Bisher wurden bei den Mobilfunknetzen sogenannte passive Antennen eingesetzt. Sie senden elektromagnetische Felder ungefähr gleichmäßig im jeweiligen Antennensektor, egal wo sich dort Endgeräte befinden. Die Aufrechterhaltung des Netzes verbraucht aber viel Energie.

Zunehmend setzen die Mobilfunknetzbetreiber neue aktive Antennensysteme ein. Die Funkzelle wird nur noch zu bestimmten Zeiteinheiten vollständig ausgeleuchtet, um ein neues Endgerät in der Zelle aufzufinden. Wenn ein mobiles Endgerät viele Daten benötigt, wird die Mobilfunkversorgung dem mobilen Endgerät nachgeführt, das sogenannte Beamforming. Bewegt sich eine Person mit Endgerät in dem Sendebereich einer 5G-Station, sorgt die neue Technik dafür, dass nur am jeweiligen Standort des Endgerätes die benötigte Strahlungsleistung für den Empfang der Daten bereitgestellt wird. Im Umkehrschluss heißt das: Wo keine Endgeräte sind, da gibt es erheblich reduzierte elektromagnetische Felder und somit einen geringeren Energieverbrauch. Dadurch wird Energie pro Bit eingespart. Die Netzbetreiber rüsten ihre Standorte nach und nach auf effizientere Technik um.

Eine Infografik mit Vergleich zwischen herkömmlicher und weiterentwickelter Antennentechnologie.

Früher gestreut, heute gezielt: Wie herkömmliche und wie 5G-Antennen funktionieren.

Netzbetreiber setzen auf regenerative Energie

Alle Mobilfunkanbieter haben eine ökologische Verantwortung und leisten ihren Beitrag zum Klimaschutz. Eckpfeiler ist die Verwendung von Strom aus erneuerbaren Energiequellen. Seit 2020 verwendet Vodafone nach eigenen Angaben nur noch Strom aus erneuerbaren Energiequellen, für den Mobilfunk und auch für andere Geschäftsbereiche. Dadurch konnte das Unternehmen den eigenen CO2-Ausstoß um mehr als 240.000 Tonnen pro Jahr reduzieren und damit die eigenen Emissionen um mehr als 90 Prozent reduzieren.

Die Telekom deckt ihren Strombedarf konzernweit seit 2021 zu 100 Prozent aus erneuerbaren Energiequellen. Ihr Ziel ist es, alle technisch vermeidbaren Emissionen bis 2025 zu reduzieren. Die Telekom will dies mit dem vermehrten Einsatz erneuerbarer Energien und durch effizientere Technologie erreichen. Um derzeit unvermeidbare Emissionen auszugleichen setzt sie – wie auch andere Unternehmen – auf den Ökostrom-Zertifikateeinkauf (englisch: Renewable Energy Certificate System, RECS). Sie bezieht weiterhin Strom aus nicht nachhaltigen Energiequellen, gleicht dies aber durch den Einkauf von Zertifikaten aus. Die Telekom gibt an, ihre eigenen Emissionen von 4 Millionen Tonnen CO2 im Jahr 2017 auf 217.000 Tonnen im Jahr 2023 gesenkt zu haben.

O2 Telefónica nutzt ebenfalls zu 100 Prozent erneuerbare Energie. Ab 2025 soll 70 Prozent des Strombedarfs aus deutschen Offshore-Windparks stammen. Das Unternehmen hat hierfür Stromlieferverträge (Power Purchase Agreements) geschlossen. O2 Telefónica arbeitet an immer stärkerer Energieeffizienz: Der Energieverbrauch pro Byte sei bis Ende 2023 gegenüber 2015 um mehr als 83 Prozent gesunken, 2025 sollen es mindestens 87 Prozent werden. Auch O2 Telefónica setzt auf den Zertifikateeinkauf, nach eigenen Angaben von Windkraftanlagen. Bis 2040 will das Unternehmen Netto-Null-Emissionen über die gesamte Wertschöpfungskette erreichen.

Als vierter Netzbetreiber baut 1&1 Mobilfunk ein eigenes Netz auf, das auf der Technologie Open RAN basiert. An den eigenen Standorten verwendet 1&1 ausschließlich Strom aus erneuerbaren Energiequellen. An Standorten, an denen 1&1 keinen Einfluss auf den bezogenen Strom hat, gleicht das Unternehmen die Umweltbelastung laut eigener Angaben über geprüfte Zertifikate aus.

Netzausbau und Modernisierung helfen der Energieeffizienz

Doch was steht neben „grünem“ Strom auf dem Plan? Um den Energieverbrauch und die Umweltlasten unseres Mobilfunks in Zukunft so gering wie möglich zu halten, gibt die UTAMO-Studie Handlungsempfehlungen. An erster Stelle steht die Effizienz. Sie soll durch ausgeklügelte netzplanerische und technologische Maßnahmen vorangetrieben werden. Dafür müssen neue Sendestationen geplant und alte aufgerüstet werden.

Alte und neue Netze sollten immer maximal ausgelastet werden, um den Bedarf zu decken, aber keinen Überschuss zu produzieren – denn „zu viel Netz“ würde unnötig Energie verbrauchen. Sehr viel Energie verbraucht allerdings auch die Produktion neuer Smartphones. Wie wir Altgeräte sinnvoll weiternutzen, verkaufen oder recyceln – und damit Rohstoffe und Energie sparen – erläutert dieser Artikel auf unserer Seite.