• Prof. Dr. Rüdiger Quay forscht an energieeffizienter Hochfrequenzelektronik – den Schlüsseltechnologien, um Mobilfunknetze leistungsfähiger und zugleich deutlich sparsamer zu machen. In der neuesten Folge unseres Podcasts MobilfunkTalk sprechen wir mit ihm über Energieeffizienz und Nachhaltigkeit im Mobilfunk.
• Mit jeder Mobilfunkgeneration stieg die Energieeffizienz pro übertragenem Datenvolumen deutlich: 4G war erheblich effizienter als 3G, 5G überträgt Daten viel effizienter als 4G. Doch rasant zunehmende Datenvolumen haben diese Effizienzvorteile wieder aufgezehrt. 6G müsse daher so effizient werden, dass es diesen sogenannten „Rebound-Effekt“ kompensieren kann.
• Darüber hinaus müssen auch Antennen, Chips und andere Bauteile in Zukunft effizienter arbeiten und umweltverträglicher gefertigt werden.
• Aber auch die Nutzer sollten zu mehr Nachhaltigkeit beitragen. Es gelte, das eigene Nutzungs- und Verbrauchsverhalten kritisch zu hinterfragen. Als Beispiel erklärt Prof. Quay, wie sich etwa einfache Berechnungen auf Google ohne KI-Agent abfragen lassen.

Wenn wir über die digitale Zukunft sprechen – über 6G, vernetzte Städte oder künstliche Intelligenz – denken wir meist zuerst an Geschwindigkeit, Datenmengen und neue Anwendungen. Was dabei oft in den Hintergrund rückt: Jede Datenübertragung verbraucht Energie. Und genau hier stellt sich die entscheidende Frage: Wie schaffen wir es, dass unsere Netze leistungsfähiger werden, ohne immer mehr Strom zu verbrauchen?

Genau an diesem Punkt setzt die Forschung von Prof. Dr. Rüdiger Quay an. Er arbeitet an der Albert-Ludwigs- Universität Freiburg und dem Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF. Am Institut für Nachhaltige Technische Systeme (INATECH) der Universität Freiburg hat er die Fritz-Hüttinger-Professor für energieeffizienter Hochfrequenzelektronik inne.

Somit erforscht er die Schlüsseltechnologien, die Mobilfunknetze leistungsfähiger und zugleich deutlich sparsamer machen sollen. Prof. Quay ist unser Gesprächspartner in der neuesten Folge unseres Podcasts MobilfunkTalk, die sich diesmal mit Energieeffizienz und Nachhaltigkeit im Mobilfunk beschäftigt.

Kann 6G effizienter genug werden, um den Rebound-Effekt zu überwinden?

Am Projekt beteiligt sind der Lehrstuhl für kognitive Systeme an der Fakultät Wirtschaftsinformatik und Angewandte Informatik der Universität Bamberg, die Stadt Bamberg mit ihrem Smart-City-Projekt sowie das Forstamt und „Bamberg Service“, das Grünflächenamt der Stadt. Zielsetzung ist, die dort tätigen Förster:innen und Baumpfleger:innen bei ihrer Arbeit zu unterstützen.

Im Interview wollen wir wissen: KI-Nutzung ist für hohen Ressourcenverbrauch bekannt – steht das nicht im Widerspruch zu einem Projekt, das zum Schutz der Umwelt beitragen soll? Jonas-Dario Troles erklärt: Bei BaKIM kommt nicht die ressourcenhungrige generative KI zum Einsatz, wie sie von großen Sprachmodellen à la ChatGPT bekannt ist. Genutzt werden vielmehr tiefe neuronale Netze für die Bilderkennung. Sie verbrauchen deutlich weniger Energie. Größer ist ihr Stromverbrauch nur beim einmaligen Grundtraining des Systems mit sehr umfangreichen Datenmengen. Die spätere Auswertung, in der Fachsprache Inferenz (der praktische Einsatz eines trainierten KI-Modells) dauert dann nur noch etwa fünf Stunden für 100 Hektar und läuft auf einem PC mit einer relativ kleinen, KI-tauglichen Grafikkarte.

Für das Training des KI-Modells erfassen im ersten Schritt Drohnen Luftbilder von Wald- und Parkflächen. Förster:innen markieren anschließend auf diesen Bildern einzelne Bäume und vermerken Eigenschaften wie Baumart und Vitalität. Diese gelabelten Daten dienen als Trainingsgrundlage – das KI-System lernt, wie die Luftbilder zu deuten sind. Im zweiten Schritt kann es dann neu aufgenommene Luftbilder analysieren und Informationen zu Baumarten und dem Zustand der abgebildeten Bäume bereitstellen. Jeder Baum erhält eine eindeutige Geo-Koordinate und kann in einer beliebigen GIS-Software („Geographisches Informationssystem“) weiterverarbeitet werden. Dabei wird auch die Baumhöhe angezeigt.

Ein Blick zurück zeigt: Fortschritt und Effizienz gehen oftmals Hand in Hand. Mit jeder Mobilfunkgeneration ist es gelungen, die Energieeffizienz pro übertragenem Datenvolumen deutlich zu steigern. 4G war bereits erheblich effizienter als 3G, und auch 5G überträgt Daten um ein Vielfaches effizienter als 4G. Gleichzeitig steigt allerdings das übertragene Datenvolumen rasant – und zehrt die erzielten Effizienzvorteile wieder auf. Der Fachbegriff hierfür lautet „Rebound-Effekt“. Wir fragten Prof. Dr. Quay, ob er auch bei 6G zu erwarten ist.

Der Experte erklärt: „Wichtig ist zu verstehen, dass die Effizienz ja nur ein Prinzip von Nachhaltigkeit ist. Das zweite Thema ist die Suffizienz. Dabei geht es um die Frage, wie viel konsumiere ich dann von dem, was effizienter geworden ist?“ Man müsse bei 6G stark darauf achten, dass dieser künftige Mobilfunkstandard so viel effizienter werde, dass auch bei steigendem Datenverbrauch die Nachhaltigkeit unterm Strich gesichert bleibe. Die Forscher seien guten Mutes, dass sie dies auch erreichen werden. Es gebe aber auch weitere Faktoren. Beispielsweise die Frage, welche fossilen Anwendungen beziehungsweise Verbräuche durch Mobilfunknutzung ersetzt oder verringert werden können – vermeidet per Mobilfunk realisierte Echtzeitlogistik zum Beispiel Lkw-Fahrten, kann der Mehreinsatz von Energie für die Datenübertragung angesichts der Einsparung von CO2 für reduzierte Transportwege absolut gerechtfertigt sein.

Reicht es nicht aus, wenn Mobilfunkbetreiber grüne Energie verwenden, indem sie beispielsweise mit Solarpanels auf ihren Dachstandorten eigenen Strom erzeugen, fragten wir nach. Nachhaltig erzeugter Strom sei selbstverständlich besser als solcher, der einen großen CO2-Fußabdruck habe. Wichtig sei aber, dass grüne Energien nicht nur in Deutschland eingesetzt werden, sondern weltweit. „Also müssen wir dafür sorgen, dass auch sich entwickelnde Länder CO2-neutralen Strom erhalten.“

Mehr Nachhaltigkeit bei Datennutzung, KI und Co.

Exponentiell wachsende Kurven bei Datenübertragungen seien aber nicht das einzige Problem im Hinblick auf Nachhaltigkeit. Ebenso wichtig sei der Materialverbrauch der Hardwarekomponenten. „Da sind unsere Smartphones, hinzu kommt ein steigendes Maß an weiteren Geräten wie AR- und VR-Brillen. Smartwatches oder was auch immer in den 6G-Netzen noch zusätzlich eingesetzt werde.“ Es gehe nicht darum, technologiefeindlich zu sein – aber auch die Nutzer sollten sich überlegen, wo sie ihren Daten- und Hardwarekonsum eventuell selbst etwas einschränken könnten.

Als Beispiel nennt Professor Quay, das Handy bei Nichtnutzung auch einfach mal auszuschalten. „Dadurch, dass die Geräte permanent in den Netzen sind, erzeugen sie dort einen hohen abgeleiteten Verbrauch.“ Die Konsequenz: etwa 20 Prozent der monatlichen Mobilfunkkosten entfallen allein auf den für Betrieb und Übertragung benötigten Strom. Daher sei es im eigenen Interesse der Nutzer, den Stromverbrauch in den Mobilfunknetzen zu reduzieren. „Wir können den Konsum auch insoweit vernünftiger machen, dass wir selbst uns bewusst machen, wann wir große Mengen an Daten verbrauchen, und dies immer mit Augenmaß tun.“

Praxistipp:
Google-Abfragen gezielt ohne KI

Im Podcast-Interview gibt Prof. Dr. Rüdiger Quay einen weiteren nützlichen Praxistipp: Man muss keinen KI-Agenten einsetzen, um beispielsweise eine simple Rechnung durchzuführen.
Dies ist nicht abhängig vom verwendeten Mobilfunkstandard – doch der Energieverbrauch mit KI ist gegenüber einer normalen, konventionellen Abfrage um den Faktor 10 höher. Auf Google kann man
entsprechende Suchanfragen mit dem Parameter -AI ergänzen, um eine Abfrage explizit ohne KI vorzunehmen. Man gibt also zum Beispiel in die Google-Suchzeile ein:

Wie groß ist die Fläche von zwei Fußballfeldern? -AI

Als Resultat liefert die Suchmaschine das Ergebnis ohne seine Künstliche Intelligenz mit einzubeziehen – und spart so beträchtlich Energie.

Effizienz-Technologien für Chips, Antennen und andere Komponenten

Die aktuelle Forschung drehe sich überdies darum, wie die im Netz und den Endgeräten eingesetzten Komponenten energieeffizienter arbeiten können – und wie sich dies vor allem auch in den höheren Frequenzbereichen erzielen lasse, die in Zukunft für Mobilfunk zusätzlich genutzt werden sollen. Die Entwicklung von Technologien dafür müsse Antennen, Modems und weitere Smartphone-Komponenten deutlich effizienter machen. Auch neuartige, effizientere Antennensysteme in den Mobilfunk-Basisstationen seien ein wichtiger Forschungsschwerpunkt. Hinzu kämen grundsätzlich neue Lösungen wie zum Beispiel digitale Verstärker. Sie vermeiden die mehrfache Wandlung zwischen analogen und digitalen Signalen, die viel Energie aufzehrt. Die Zielsetzung sei, den Energieverbrauch durch neue Konzepte nicht nur um wenige Prozentpunkte zu senken, sondern idealerweise zu halbieren.

Ein weiterer wichtiger Baustein sei eine Nachhaltigkeitsbewertung aller im Betrieb genutzten Prozesse. Neben der Elektronik zähle in solchen Betrachtungen beispielsweise auch der Zementverbrauch für den Betonmast, auf dem die Mobilfunkantennen montiert sind.

Das derzeit brennendste Thema ist aber der signifikant wachsende Energieverbrauch durch KI-Anwendungen. Auch ihn müsse man über effizientere Technologien sowie bewusstere KI-Nutzung (siehe auch der Tipp oben) in den Griff bekommen.

Energieeffizienz ist nicht zuletzt eine Kostenfrage

Wie ausgeprägt ist das Verständnis für die Bedeutung von Energieeffizienz international, wollten wir noch wissen. Prof. Quay antwortet: „Effienz ist ja nicht zuletzt ein Kostenthema. Wenn es gelingt, die operativen Kosten in einem Mobilfunknetz zu senken, indem weniger Energie verbraucht wird, finden das alle Beteiligten gut – Netzbetreiber, Hersteller und auch die Verbraucher.“ In dieser Hinsicht agierten vor allem asiatische Länder sehr rational – aber auch in Europa und den USA gebe es ein hohes Interesse daran, effizienter zu werden. Für Europa stelle diese Frage sowie auch der Einsatz von Materialien eine Chance dar, sich weltweit entsprechend zu positionieren. Auch hierzu nennt der Professor eine beeindruckende Zahl: Aktuell werden für die Produktion des Chipsatzes in einem Smartphone zwischen 50 und 100 Tonnen Wasser verbraucht. Auch an solchen Punkten müssten Effizienztechnologien zwingend ansetzen.

Um die Nachhaltigkeits-Bilanzen bei diesem Thema zu verbessern, seien Zukunftskonzepte wie die Mehrfachnutzung von Elektronikbauteilen und Reparatur-Angebote entscheidend. Lernen könne die Mobilfunkbranche beispielsweise vom eBike-Markt, in dem nicht mehr genutzte Fahrradbatterien zunehmend ein zweites Leben als stationäre Energiespeicher führen. Vergleichbares müsse sich auch im Mobilfunk entwickeln, so Prof. Dr. Quay.

Veröffentlicht am 22.07.2026