Internet of Things (IoT) neue Perspektiven im Klimaschutz

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1 Internet of Things (IoT) neue Perspektiven im Klimaschutz St. Gallen, Vicente Carabias, Tobias Kuehn, Luis Lopez, Baton Shala, David Suter ZHAW Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften 5. Nationale Smart City-Tagung

2 Inhalt IoT und Klimaschutz Internationale Erfahrungen Schweizer Fallstudie: Smart Parking Lenzburg Projektziele Projektübersicht Untersuchungsmethodik Vorläufige Ergebnisse Ausblick: Forschungs- und Handlungsbedarf 5. Nationale Smart City-Tagung, , St.Gallen 2

3 Interdisziplinäre Plattformen [FOTOHANSEL FOTOLIA] Know how, RTD, Services, Network

4 Nachhaltigkeitsengagement 5. Nationale Smart City-Tagung, , St.Gallen 4

5 Internet of Things (IoT) 5. Nationale Smart City-Tagung, , St.Gallen 5 Quelle: DHL & CISCO (2015)

6 Klimaschutz ICT hat Potential für 20% Reduktion der globalen CO 2eq -Emissionen bis 2030 (GeSI, 2015) [Gt] Quelle: GeSI (2015). #SMARTer2030 ICT Solutions for 21st Century Challenges. Global e-sustainability Initiative (GeSI). 5. Nationale Smart City-Tagung, , St.Gallen 6

7 IoT-Auswirkungen auf Logistik 5. Nationale Smart City-Tagung, , St.Gallen Quelle: DHL & CISCO (2015) 7

8 Internationale Erfahrungen SmartTruck: Einsparung in der Logistik mithilfe von IoT Fahrzeuge mit RFID-Leser ausgestattet Fracht mit RFID-Etiketten Tourenplanungssoftware Satellitengestützte Routenoptimierung 10-15% weniger CO 2eq -Emissionen Quelle: Quelle Bild: DHL & CISCO (2015) 5. Nationale Smart City-Tagung, , St.Gallen 8

9 IoT-enabled Smart Parking Quelle: DHL & CISCO (2015) Quelle: Happiest Minds (2014) 5. Nationale Smart City-Tagung, , St.Gallen 9

10 Internationale Erfahrungen Smart Parking San Francisco Parkplätze (PP) mit Sensoren Vernetzt über Managementplattform App zeigt freie PP an 30% weniger CO 2eq -Emissionen 5. Nationale Smart City-Tagung, , St.Gallen Quelle: SFMTA (2014) 10

11 Schweizer Fallstudie: Smart Parking Lenzburg 5. Nationale Smart City-Tagung, , St.Gallen Quelle: Swisscom,

12 Smart Parkig Lenzburg: Projektübersicht Ausgangslage und Fragestellung 84 Parkplätze mit LPWAN1* -Sensoren ausgestattet Parkleitsystem installiert Parkhaus (340 PP für Aufnahme der Überlast) Wo liegt trade-off zwischen Reduktion des Suchverkehrs und CO 2eq von IoT-Equipment? * 1 LPWA, Low power wide area network 5. Nationale Smart City-Tagung, , St.Gallen 12

13 Projektübersicht: Ziele Im Rahmen des Klimaschutzes den Beitrag von IoT quantifizieren den Gesamtbeitrag zu den Schweizer Klimazielen evaluieren den CO 2eq -Fussabdruck und die benötigte Energie untersuchen das Potential in der Schweiz für die Kombination von IoT mit Logistik abschätzen 5. Nationale Smart City-Tagung, , St.Gallen 13

14 Projektübersicht: Systemkomponenten Systemnutzer Systemanbieter Parkleitsystem, Vernetzung Sensoren Gateways Sensoren Gateways 5. Nationale Smart City-Tagung, , St.Gallen 14

15 Projektübersicht: Technik Batteriebetriebene Sensoren in jedem Parkfeld Gateways UMTS Netzwerk Internet Cloud Server Parkleitsystem Quelle: Swisscom (2016) 5. Nationale Smart City-Tagung, , St.Gallen 15

16 Projektübersicht: Datenfluss UMTS-Netzwerk Datenverarbeitung Systemserver Gateway Parkleitsystem Sensoren Quelle: Swisscom (2016) 5. Nationale Smart City-Tagung, , St.Gallen 16

17 Projektübersicht: Situationsplan 1/2 Anzeigetafel Parkleitsystem Parkhaus mögliche Route Suchverkehr Parkplatz 74 Felder Parkplatz 10 Felder Quelle: Google (2016) 5. Nationale Smart City-Tagung, , St.Gallen 17

18 Projektübersicht: Situationsplan 2/2 Anzeigetafel Parkleitsystem Gateway 2 Parkplatz 74 Felder Gateway 1 Parkplatz 10 Felder Quelle Bild: Plan: Worldsensing (2016) 5. Nationale Smart City-Tagung, , St.Gallen 18

19 Projektübersicht: Monitoring-Tool Quelle: Worldsensing (2016) 5. Nationale Smart City-Tagung, , St.Gallen 19

20 Projektübersicht: Info-Tool Quelle: Worldsensing (2016) 5. Nationale Smart City-Tagung, , St.Gallen 20

21 Projektübersicht: Angedachte Weiterentwicklung 5. Nationale Smart City-Tagung, , St.Gallen Quelle: Swisscom (2016) 21

22 Verwendete Methodik Life Cycle Assessment (LCA) nach ISO 14040:2016 Systematische Methode zur Abschätzung der Umweltauswirkungen von Produkten während des gesamten Lebenszyklus Ökobilanzierung Lebenszyklus eines Produkts Rohstoffgewinnung Herstellung Zwischenprodukte Herstellung Endprodukt Nutzung T T T T Beseitigung bzw. Verwertung T Transporte 5. Nationale Smart City-Tagung, , St.Gallen Quelle: Walter Klöpffer, Birgit Grahl (2012) 22

23 Verwendete Methodik Vorgehen Life Cycle Assessment (LCA) Quelle: Institut für Umweltingenieurwissenschaften IFU Vorlesung: Grundzüge «Ökologisches Systemanalyse», Methodik Ökobilanz, Ziel und Untersuchungsrahmen. Professur für Ökologisches Systemdesign ESD, Eidgenössische Technische Hochschule Zürich ETHZ 5. Nationale Smart City-Tagung, , St.Gallen 23

24 Projektübersicht: Systemgrenze 5. Nationale Smart City-Tagung, , St.Gallen 24

25 Projektübersicht: Systemgrenze Wird nicht betrachtet: Infrastruktur Parkhaus und Parkplätze Belegung Parkhaus Anfahrtsweg bis Lenzburg Kommunikation Gateways zu Server 5. Nationale Smart City-Tagung, , St.Gallen 25

26 Datengrundlage Ecoinvent Datenbank (Version 3.2) Generische Daten (z.b. Energie, Transporte, Materialien) Angaben der Hersteller Verwendete Materialien Spezifikationen (z.b. Stromverbrauch, Gewicht) Annahmen mit Begründung Menge des Kunststoffs in Sensor: Gesamtgewicht abzüglich Elektronik und Batterie Hohe Datenqualität niedrige Datenqualität 5. Nationale Smart City-Tagung, , St.Gallen 26

27 Vorläufige Ergebnisse CO 2eq -Flüsse 5. Nationale Smart City-Tagung, , St.Gallen 27

28 Vorläufige Ergebnisse CO 2eq -Emissionen während der Herstellung und Nutzung [kg CO 2eq ] Stromverbrauch Anzeigetafel Elektronik Anzeigetafel Gehäuse Anzeigetafel Sromverbrauch Gateways Elektronik Gateways Halterung Gateways Fahrten für Sensoreninstallation Batterie Sensoren Elektronik Sensoren Gehäuse Sensoren Nationale Smart City-Tagung, , St.Gallen 28

29 Sensitivitätsanalyse Wichtige Treiber für CO 2eq -Emissionen (Beispiel) Herstellung der Elektronik im Sensor Einfluss des Treibers auf das Endergebnis Prüfung durch Veränderung der Elektronikmenge eines Sensors Szenarien bilden Einschätzung der Unsicherheit Ist die Datenqualität genügend? Datenlage überarbeiten 5. Nationale Smart City-Tagung, , St.Gallen 29

30 Vorläufige Ergebnisse Einfluss des Treibers auf das Endergebnis Prüfung durch Veränderung der Elektronikmenge eines Sensors Szenarien bilden CO 2eq -Emissionen über den gesamten Lebenszyklus Szenario S-1 Szenario S-0.5 Menge der Elektronik im Sensor 0.05 kg kg Verhältnis der Elektronikmenge 100% 50% kg CO2-Äquivalente 2010 kg 1515 kg Verhältnis der CO2-Emissionen 100% 75% 5. Nationale Smart City-Tagung, , St.Gallen 30

31 Vorläufige Ergebnisse Trade-off zwischen Suchverkehr und IoT-System [kg CO2 eq] km 27km/Woche 4779km 20km/Woche Lebensdauer 4.5 Jahre Personenfahrzeug IoT-System S-1 IoT-System S [km] 5. Nationale Smart City-Tagung, , St.Gallen 31

32 Vorläufige Ergebnisse Erkenntnisse Elektronik ist entscheidend Lebensdauer des Systems ist ein wichtiger Treiber Gefühlte Reduktion des Suchverkehrs Parkhausbelegung ist gleich geblieben 5. Nationale Smart City-Tagung, , St.Gallen 32

33 Szenarioberechnung Annahmen: Schloss 30 Wochen/Jahr geöffnet CO 2 trade-off bei 47km/Woche (=47 Suchfahrten) 800 Besucher/Sonntag 720 davon mit PKW (je 2 Personen pro PKW) 360 PKW/Sonntag Suchstrecke 1km Verteilung Überlast total Zeit 10h 13h 16h Anzahl PKW Überlast Suchfahrten über trade-off (108-47) 19.3 kg CO 2eq -Reduktion oder 17%-Einsparung 5. Nationale Smart City-Tagung, , St.Gallen 33

34 Ausblick: Forschungs- und Handlungsbedarf Herausforderungen bei der Datenbeschaffung für vergleichende Analysen (vorher-nachher) Fokus auf Lebensqualität: Wann lohnt es sich aus CO 2 -/Energiesicht, wann aus Sicht der betroffenen Bevölkerung? Einsatz von IoT in anderen Anwendungsfällen 5. Nationale Smart City-Tagung, , St.Gallen 34

35 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Vicente Carabias, Tobias Kuehn, Luis Lopez, Baton Shala, David Suter ZHAW Institut für Nachhaltige Entwicklung 5. Nationale Smart City-Tagung, , St.Gallen 35