L’utilizzo della tecnologia 5G in quattro settori ad alta intensità di carbonio – energia, trasporto, manufatturiero ed edilizia – potrebbe assicurare un risparmio annuale di emissioni tra i 55 e i 170 milioni di tonnellate di CO2e, che equivale a togliere dalle strade dell’Unione Europea un’auto su sette, quindi oltre 35 milioni di veicoli. Si comprende quindi l’importanza di accelerare di sviluppo delle reti 5G in Italia ed in Europa.
Il 5G per la ripresa italiana: portata e innovazioni delle nuove reti
Negli ultimi 10 anni, infatti, il traffico dati delle reti mobili è cresciuto di circa 300 volte, da poco meno di 0.25EB al mese nel 2011 ai 65EB dei nostri giorni. Questa crescita è legata sia a una maggiore copertura digitale della popolazione che alla presenza di più generazioni di reti cellulari in parallelo. Di conseguenza il consumo globale di energia consumata dalle reti è aumentato del 64%, da 91TWh a un consumo stimato di 150TWh. Ciò significa anche avere una bolletta energetica mondiale per le reti mobili di circa 25 miliardi di dollari l’anno, destinata a crescere insieme all’aumento del traffico dati da dispositivi mobili, che quadruplicherà da qui fino al 2025.
L’introduzione di ogni nuova generazione mobile, a partire dal 3G, ha portato all’aumento dei consumi di energia nelle reti. Infatti, ogni volta che è stata introdotta una nuova generazione di tecnologia di rete, i consumi energetici sono aumentati considerevolmente e ciò è avvenuto poiché nuovi apparati sono stati aggiunti alla infrastrutture pre-esistenti, con un naturale incremento dei consumi di energia. Il 5G non farà eccezione se si userà lo stesso approccio.
Il 5G per aiutare a ridurre il consumo di energia
Negli ultimi anni, attraverso gli standard e le specifiche del 5G, le nuove reti vengono implementate non solo per continuare a supportare la crescente domanda di dati e per abilitare nuovi casi d’uso in ambito industriale e consumer, ma anche per aiutare a ridurre il consumo di energia. La rete di accesso radio (RAN) è un’area chiave, in quanto qui avviene la maggior parte del consumo totale di energia delle reti mobili.
Il design ultra-lean dello standard 5G New Radio (NR) può diminuire drasticamente il consumo di energia della rete rispetto a qualsiasi standard cellulare precedente, compreso il 4G LTE.
Il nuovo standard 5G NR
Sfruttare i vantaggi di efficienza energetica del nuovo standard 5G NR permetterà di migliorare l’impatto ambientale delle reti ed anche di gestire in maniera ottimale la loro combinazione tra 2G, 3G, 4G e 5G cioè di consumare meno energia totale rispetto a una configurazione di rete senza 5G. La differenza cruciale con le generazioni precedenti è una migliore funzionalità di risparmio energetico durante il traffico medio-basso. Quando si esaminano i modelli di traffico nelle reti, si possono osservare diversi brevi vuoti nelle trasmissioni dei dati, anche durante i momenti di alto carico. Questi brevi intervalli sono utilizzati per ridurre il consumo di energia nella rete, mettendo rapidamente tutte le componenti in modalità sleep e poi attivandole di nuovo prima che avvenga la trasmissione successiva. Più lunghi sono questi intervalli di tempo, più componenti possono essere messe a riposo, e più basso diventa il consumo di energia.
Una funzionalità che utilizza questi intervalli di tempo è nota come micro-sleep TX, che mette le unità radio in modalità sleep ogni volta che c’è un intervallo di tempo.
Nel 4G, questi intervalli di tempo in cui il micro-sleep TX e altre funzioni di risparmio energetico possono operare, sono sempre molto brevi, al massimo 0,2ms. Questo perché lo standard 4G LTE impone che una grande quantità di segnali e informazioni di sistema siano sempre trasmessi su tutta la larghezza di banda; questo è necessario per assicurare la copertura della cella e una buona connessione con gli utenti, ma limitano anche i possibili risparmi energetici. Lo standard 5G NR è stato progettato sulla base della conoscenza dell’attività tipica del traffico delle reti radio. Nel 5G NR, il tempo tra le trasmissioni obbligatorie può essere lungo fino a 20ms in modalità stand-alone e 160ms in modalità non-stand-alone. Questo è dalle 100 alle 800 volte maggiore rispetto ai 0,2ms dell’LTE. Inoltre, 5G NR richiede molte meno trasmissioni di segnalazione always-on. È il design ultra-lean del 5G NR che permette periodi di “sonno” sia più profondi che più lunghi quando c’è poca o nessuna trasmissione di dati in corso.
Il modello breaking the energy curve
Ericsson ha sviluppato un modello innovativo chiamato “Breaking the energy curve” per aiutare i propri clienti a gestire l’evoluzione delle proprie reti di telecomunicazione verso il 5G e far fronte alla crescente domanda di dati, senza questa volta generare un incremento di energia con relativo impatto ambientale e aumento dei costi operativi.
Infatti “Breaking the energy curve” ha l’obiettivo di “interrompere la curva dell’energia” affrontando le varie componenti della rete in modo olistico, puntando tra le altre cose sulla modernizzazione delle reti esistenti con nuove tecnologie più efficienti energeticamente, sulla costruzione di un 5G preciso che riduca al minimo gli sprechi, oltre che adottare funzionalità software per il risparmio energetico (la sola funzionalità “sleep mode” può ridurre il consumo di energia fino al 15% senza alcun impatto per l’utente finale) e agendo con azioni mirate sul fronte infrastrutturale, grazie anche al supporto delle soluzioni di machine leanings e intelligenza artificiale.
Un esempio concreto dei risultati
Un esempio concreto dei risultati che si possono ottenere arriva da Vodafone insieme ad Ericsson, che dopo aver implementato la rete 5G nel centro di Londra ha riscontrato un abbattimento dei consumi energetici nell’ordine del 43% quanto alla media giornaliera e fino al 55% nelle ore non di punta, rispetto alla precedente generazione di tecnologia radio. Questo primo risultato rientra in un accordo di collaborazione tra le due aziende, che prevede ora l’implementazione di 1.500 impianti nel Regno Unito entro aprile 2022, contribuendo così alla riduzione del consumo energetico senza compromettere le prestazioni e all’innovazione.
Oltre a migliorare l’efficienza energetica degli impianti, Vodafone ed Ericsson stanno sperimentando anche l’utilizzo di droni per ridurre al minimo l’impatto ambientale generato dalle ispezioni agli apparati di rete, necessarie per la loro manutenzione ed evoluzione.
Un approccio olistico per il risparmio energetico
Una sfida per Indosat Ooredoo in Indonesia era quella di ridurre il consumo di energia senza degradare i KPI di performance di rete in un cluster residenziale 4G complesso, con 68 siti macro. Per raggiungere questo obiettivo, hanno adottato un approccio olistico, attivando il software di risparmio energetico e gestendo l’infrastruttura in modo intelligente, con utilizzo di AI e analisi dei dati. Indosat Ooredoo ha realizzato una migliore efficienza operativa e ha ottenuto significativi risparmi energetici, senza degradare le prestazioni di rete.
Nel tentativo di raggiungere l’obiettivo emissioni zero entro il 2040, anche l’operatore Deutsche Telekom si è posto l’ambizioso obiettivo di ridurre le emissioni dirette e indirette, e di ottenere il 100 per cento della sua energia da fonti rinnovabili. Da qui la collaborazione con Ericsson per alimentare il sito radio di Dittenheim, in Germania, anche con energia solare. Si tratta di un passo importante, perché in Europa i moduli solari non erano mai stati usati per alimentare una rete mobile in servizio. Il consumo totale di energia del sito radio in questione è di 21.000 kWh l’anno, che equivale a circa 60 kWh al giorno. I pannelli solari da 12mq e le nuove soluzioni tecnologiche messe in campo, hanno permesso una raccolta media di energia solare di 11,5 kWh al giorno in giugno, aumentando a 15,1 kWh nei giorni di sole. A luglio 2021, i pannelli solari hanno contribuito in media al 14% dell’alimentazione complessiva del sito, con un picco dell’83% tra le ore 12 e le 14.
Il digitale per un futuro più verde
Minore consumo energetico si traduce anche in minore consumo di CO2. Da una recente ricerca condotta da Ericsson emerge come il settore ICT, pur essendo responsabile dell’1,4% di tutte le emissioni globali di CO2, sia in una posizione unica per ridurre le emissioni prodotte da altri settori industriali, quali per esempio il manufatturiero, trasporti e logistica, energia e utilità, costruzioni e agricoltura, almeno del 15% entro il 2030. La digitalizzazione e la connettività possono infatti facilitare la transizione verso un futuro più verde e a basse emissioni di carbonio in Europa e nel mondo.
Ad approfondire il tema è un’altra ricerca di Ericsson, “Connectivity and climate change”, nella quale si sottolinea che almeno il 40% delle soluzioni per la riduzione della CO2 adottate nell’UE, da qui al 2030, si baserà sulla connettività fissa e mobile.
Qualche altro esempio può aiutare a rendere meglio il concetto. Lo sviluppo di generatori per produrre energia rinnovabile potrebbe ridurre le emissioni dell’Unione europea nell’ordine di 550 milioni di tonnellate di biossido di carbonio equivalente, che è quasi la metà di quanto causato dall’intero settore energetico nel 2017, nonché il 15% di tutte le emissioni nello stesso anno.
Aggiungendo i benefici derivanti dall’applicazione del 5G ai quattro settori ad alta intensità di carbonio considerati dalla ricerca, la riduzione totale delle emissioni arriverebbe a quasi il 20% delle emissioni annuali totali, quanto cioè
Conclusioni
Se le potenzialità non mancano, il ritmo intrapreso non è certo sufficiente a raggiungere l’obiettivo di limitare il riscaldamento globale a un solo grado e mezzo entro il 2030. Infatti, secondo l’Ericsson Mobility Report alla fine del 2020 il 5G copriva appena il 15% della popolazione mondiale e nel 2027 non dovrebbe superare il 75%. Con un picco del 95% di copertura in Nord America e Nord Est asiatico e l’Europa appena all’80%. Anche se il ritmo di implementazione del 5G è oggi più veloce di quello precedente del 4G, questo purtroppo potrebbe non essere sufficiente per raggiungere gli ambiziosi obiettivi ambientali degli Accordi di Parigi per il 2030. Dunque, è fondamentale accelerare la nuova tecnologia 5G di telefonia mobile per garantire elevate capacità e prestazioni digitali a cittadini ed industrie, così da contribuire alla transizione ecologica per proteggere l’ambiente ed il pianeta dove viviamo.
Arrivano conferme anche dallo studio del MIT Technology Review, “Decarbonizing industries with connectivity and 5G”, che analizza l’impatto positivo della connettività nel processo di decarbonizzazione dei settori industriali maggiormente inquinanti, quali l’energetico, il manifatturiero e i trasporti. Le aziende devono accelerare i loro sforzi di riduzione delle emissioni di gas serra, ma per fare questo devono impegnarsi in una profonda trasformazione operativa e organizzativa. L’infrastruttura cellulare, in particolare il 5G, è oggi uno dei principali strumenti digitali che le organizzazioni hanno a disposizione per accelerare il loro processo di decarbonizzazione. Il 5G, grazie alla velocità di implementazione (non è necessario raggiungere l’edificio con i cavi), alla minore latenza e alla possibilità di connettere e gestire innumerovoli risorse anche da remoto, aiuterà le industrie a operare in modo sempre più efficiente, consapevole e responsabile.
