Big Data gegen den Klimawandel

Technikfeindlichkeit und Kulturpessimismus fallen in Deutschland taditionell auf fruchtbaren Boden, zumal in einer zugespitzten Rhetorik, die sozialen und technischen Fortschritt als Antagonisten präsentiert.

Entrückte Spinnereien sind datenbasierte Hightech-Lösungen freilich nicht, auch wenn der Tweet das suggeriert. Sie formen längst unser persönliches Lebensumfeld, man denke an das Smartphone, Carsharing oder Videokonferenzsysteme – und an die Städte, in denen wir leben. „Smart“ ist die vernetzte Stadt unter anderem auch, weil sie Daten nicht nur sammelt, sondern auf deren Grundlage energieeffizient wirtschaftet und so einen einen entscheidenden Beitrag zum Kampf gegen den menschengemachten Klimawandel leisten wird.

Big Data, Hightech und Digitalisierung sind keine zwangsläufigen Voraussetzungen dafür, dass eine Stadt das Prädikat „smart“ erlangt. Innerstädtische Grünanlagen wie der Bois de Boulogne oder der Central Park sind bereits im 19. Jahrhundert entstanden und können angesichts des Klimawandels als höchst aktuelle Blaupausen für urbane CO2-Speicher gelten. Gleichwohl sind die systematische Erhebung und Auswertung sensorbasierter Daten mit gutem Grund zum Synonym der smarten Stadt geworden. Im engeren Sinn wird eine Stadt smart, wenn sie ein Netz aus Sensoren, Leitungen und Datenanalyse-Plattformen spinnt und die Informationen dieses Netzes produktiv nutzt.

Unverzichtbar für besseres Klima

Städten kommt bei der Lösung der Klimafrage eine Schlüsselrolle zu. Der Fokus der Smart City hat sich seit der Verabschiedung des Pariser Klimaabkommens ohnehin stark auf die Verbesserung des Stadtklimas verschoben – insbesondere vor dem Hintergrund der weltweiten Urbanisierung. Bis 2050 werden nach Prognosen der Vereinten Nationen 6,7 Milliarden Menschen in Städten leben, 68 Prozent der Weltbevölkerung. Jede Woche ziehen drei Millionen Menschen in Städte. Viele Städte haben sich mehr oder weniger ehrgeizige Ziele gesetzt, ihre Treibhausgasemissionen zu senken. Wo dabei datenbasierte Lösungen zum Einsatz kommen, ist kaum überschaubar: hier einige Schlaglichter auf besonders prägnante Projekte.

Der Stadtstaat Singapur arbeitet mit internationalen Forscherteams daran, die von Hitzewellen, Verkehrsproblemen und Landknappheit betroffene Metropole klimaresistent zu machen. Im Projekt „Cooling Singapore“ entsteht derzeit ein Digital Urban Climate Twin der Stadt, also ein exaktes digitales Abbild des Stadtklimas, das Computermodelle von Umwelt, Oberfläche, Industrie, Verkehr, Gebäuden und Energie ebenso mit einbezieht wie ­regionale und lokale Klimamodelle.

Politiker und Stadtplaner sollen die Daten auf einer Benutzeroberfläche einsehen, Szenarien simulieren und sie als Grundlage für Entscheidungen nutzen können. Digitale Zwillinge – also durch Laserpunktwolken millimetergenaue digitale Abbilder bestimmter Gebiete – sind ein immer beliebteres Instrument der Stadtplaner. Sie lassen es zu, ­Projekte komplett am Bildschirm zu planen und Szenarien durchzuspielen, bevor sie Realität werden. Die Singapore Land Authority will bis Mitte des Jahrzehnts einen solchen Zwilling des gesamten Untergrunds der Stadt nutzbar machen.

Singapur wird dann weltweit die erste Stadt sein, die über ein solches digitales Abbild verfügt. Weil der Stadtstaat auf einer Insel liegt und sich nicht mehr ausdehnen kann, ist jeder Millimeter kostbar. Ist eine unterirdische Versorgungsleitung kaputt und muss repariert werden, kollabiert die Stadt am Verkehrsinfarkt. Der digitale Zwilling soll das ändern: Weil sämtliche Leitungen exakt lokalisiert werden können, werde sich die Zeit für die Reparatur wesentlich verkürzen, hoffen die Behörden – eine smarte Lösung, die ohne Hightech nicht möglich wäre und die auch im Kampf gegen den Klimawandel eine Schlüsselrolle spielen könnte. Dann nämlich, wenn energieintensive Serverfarmen in den Untergrund verlegt werden, um eine natürliche Kühlung zu ermöglichen; bislang erfolgt deren Kühlung durch Klimaanlagen, die ihrerseits viel Energie verbrauchen.

Die systematische Vermessung des Untergrunds will der Inselstaat mittelfristig nutzen, um größere Bestandteile der kritischen Infrastruktur unter die Erde zu verlagern – und damit oberirdisch Platz zu schaffen. Denn hier sollen mehr Grünflächen und Parks entstehen, die die Lebensqualität steigern und die Stadt klimaresilienter machen. Klassische Stadtparks allein werden aber nicht reichen, um Hitzeperioden abzufedern. Smarte Städte nehmen deshalb verstärkt den Bausektor ins Visier. Hausdächer und -fassaden bieten großes Potenzial für Pflanzen, die CO2 speichern und das Stadtklima verbessern. Bei der Transformation von Brachflächen rückt vor dem Hintergrund der fragil gewordenen globalen Lieferketten das Konzept der „essbaren Stadt“ in den Fokus.

Lebensmittelproduktion in der Stadt

Kern des Konzepts ist, die Lebensmittelproduktion zumindest partiell zurück in die Städte oder das direkte Umland zu holen. Am Stadtrand von Kopenhagen entsteht derzeit die größte Vertical-Farming-Anlage Europas, in der Kräuter und Salat auf 14 Etagen angebaut werden sollen und die somit nicht nur der urbanen Lebensmittelproduktion den Weg weist, sondern auch zeigt, wie sie flächensparend erfolgen kann.

Viele Städte setzen auf den kleinen Maßstab, pflanzen Nutz- statt Zierpflanzen auf Brachflächen oder urbanen Nischen wie Verkehrsinseln an. Die rheinland-pfälzische Stadt Andernach verfolgt das Konzept bereits seit Jahren systematisch. Im Fall eines Zusammenbruchs des Welthandels sollten Städte demnach imstande sein, ihre Grundversorgung selbst oder zumindest innerhalb des unmittelbaren regionalen Umfelds sicherzustellen. Allerdings sind diese Konzepte bislang nicht ausgereift und vor allem noch nicht ansatzweise wirtschaftlich.

Prop-Tech als Hoffnungsträger

Der Gebäudesektor gilt als Schlüssel auf dem Weg zur klimaneutralen Stadt. In der emissionsstarken Baubranche ist das Einsparpotenzial, das durch digitale Lösungen genutzt werden kann, besonders groß. Das Zauberwort in diesem Kontext lautet Prop-Tech, kurz für Property Technology, also Immobilientechnologie. Erwähnenswert sind dabei vor allem intelligente Energiezähler (Smart Meter), die Zählerstände über einen Netzübergang und mithilfe einer Software nutzerfreundlich auf die Bildschirme von Betreibern und Verbrauchern schicken.

Die Stadtverwaltung von Amsterdam baut beispielsweise sensorbasierte Smart Meter in ihre kommunalen Liegenschaften ein, um den eigenen CO2-Fußabdruck zu reduzieren, und verschafft ihren Mietern einen transparenten Überblick über den eigenen Energieverbrauch. Mit der Hilfe von Sensoren in öffentlichen Gebäuden will die niederländische Hauptstadt den Einsatz von Heizsystemen und Licht automatisiert auf der Grundlage von Messungen steuern, wie viele Menschen sich im Gebäude aufhalten.

Megatrend Kreislaufwirtschaft

Eine zweite wichtige Entwicklung zeichnet sich beim Recycling von Baustoffen ab. Digitale Material-Kataster verzeichnen, welche Bauteile und Materialien an welchen Stellen eines Gebäudes zu finden sind und welche Auswirkungen sie auf die Kreislaufwirtschaft und die Umwelt haben. Diese Spielart der zirkulären Bauwirtschaft erleichtert das Recycling von Bauteilen bei Umbauten. Und sie reflektiert einen weiteren Smart-City-Trend, die Kreislaufwirtschaft. Sie zielt darauf ab, sämtliche Produkte des Wirtschaftskreislaufs nachzuverfolgen und ihre Bestandteile wiederzuverwenden.

Digitale Anwendungen sind dabei unverzichtbar. So arbeitet der US-amerikanische Cloud-Entwickler Eon an einem Konzept namens „Circular ID“, das einen digitalen Zwilling für einzelne Kleidungsstücke entwickelt. Dieser soll sämtliche Informationen über das physische Produkt bereithalten, vom Ort der Herstellung über den Transport bis zu detaillierten Informationen über Materialkomponenten, und über einen im Kleidungsstück integrierten QR-Code abrufbar sein.

Städte und Landkreise, die für Recyc­ling und Müllentsorgung zuständig sind, spielen auf dem Weg hin zur Kreislaufwirtschaft eine wichtige Rolle. Sensoren an Müllcontainern und Abwasserkanälen sind heute Smart-City-Standard. Sie zeigen Füllstände an und ermöglichen Leerungen nach Bedarf statt nach vorab festgelegten Routinen.

Somit helfen sie, unnötige Fahrten zu vermeiden und CO2 einzusparen. Sie werden von vielen Verwaltungen eingesetzt, von der Großstadt Kopenhagen bis zum schwäbischen Herrenberg, einer 31 000 Einwohner zählenden Kommune am Rande des Schwarzwalds.

Herrenberg gilt als eine der deutschen Pionierstädte in Sachen Smart City, hat früh und fachbereichsübergreifend auf sensorbasierte Lösungen gesetzt. Sie belegt, dass auch im Schatten großer Metropolen und mit kleinen Budgets innovative Lösungen entstehen können.

Exakteres Bild der Verkehrsströme

Die dänische Hauptstadt wiederum will 2025 die weltweit erste CO2-neutrale Metropole werden. Dabei setzt die Verwaltung stark auf die datengestützte Echtzeit­überwachung des Verkehrs, indem sie beispielsweise Busse mit GPS-Sensoren ausstattet. Amsterdam will durch die gezielte Einrichtung von Coworking-Spaces die Pendlerströme verringern. Singapur hat eine autonome Busflotte speziell für mobilitätseingeschränkte und ältere Menschen eingerichtet und will 2024 Flugtaxis im Regelbetrieb einsetzen. Ähnliche Entwicklungen gibt es in Deutschland, wo die Verkehrswende im klimapolitischen Diskurs breiten Raum einnimmt.

Städte, die Verkehrsströme intelligent steuern wollen, sind auf Daten angewiesen und auf eine IT-Infrastruktur, die externe Datenquellen über standardisierte Schnittstellen in ihr System einspeist. An einer solchen Struktur arbeitet derzeit die Berliner Senatsverwaltung mit der Digitalen Plattform Stadtverkehr. In die umfassende Verkehrsdatenplattform fließen nicht nur Sensordaten der Verwaltung selbst ein – Auto- und Fahrradzählstellen, Luftqualitätssensoren –, sondern auch von privaten Verkehrsunternehmen und Sharing-Anbietern.

So soll ein umfassendes Bild aller Verkehrsströme in Echtzeit entstehen, mit dem die Verkehrsleitzentrale die Öffentlichkeit mit präziseren und aktuelleren Informationen versorgen kann. Berlin nutzt dabei nicht nur einen offenen Quellcode, sondern stellt die Informationen nach dem Prinzip der offenen Daten der Öffentlichkeit frei zur Verfügung.

Offene Frage der Datensouveränität

Die Debatte über die Datensouveränität wird im Kontext von Smart Cities vor allem in Deutschland mit großer Vehemenz geführt. Dabei geht es um die Frage, wie Städte die rechtliche Hoheit über die Daten behalten können, die auf ihrer Gemarkung von externen Dienstleistern erhoben werden und darum, wo diese gespeichert werden. Hamburg zum Beispiel will ab 2023 IT-Aufträge in sensiblen Bereichen nur noch an öffentliche Unternehmen vergeben.

Allerdings versperrt diese wichtige Debatte mitunter den Blick auf die weitreichenden Möglichkeiten, die smarte Städte haben, um das Leben ihrer Bewohner mithilfe von Daten nachhaltig zu verbessern – im buchstäblichen Sinne. Die Bemühungen mögen zwar hier und da noch bruchstückhaft wirken, was zum Teil der Rolle von Städten innerhalb staatlicher Strukturen geschuldet ist. Bei genauerem Hinsehen zeigt sich jedoch, dass Städte Daten immer systematischer nutzen. Sie erkennen zunehmend, dass Smart-­City-Strategien in Zeiten des Klimawandels unverzichtbar geworden sind.