Städte sind der Lebensraum der Zukunft. Weltweit leben bereits mehr Menschen in Städten als auf dem Land. 1950 waren es noch 30 Prozent, 2040 werden es bereits 65 Prozent und 2050 gar 70 Prozent sein. Die Städte werden 80 Prozent der weltweiten Energie verbrauchen, 75 Prozent der CO2-Emmissionen verursachen und 75 Prozent der Rohstoffe verbrauchen. Das heisst: Nur mit intelligenten, kreativen Konzepten können Städte diese Herausforderungen meistern und zu Smart Cities werden.
Noch sind erst wenige Städte fortschrittlich unterwegs. Das zeigt eine aktuelle Studie des international tätigen Unternehmensberaters Roland Berger. Im Smart-City-Ranking, bei dem 153 Städte unter die Lupe genommen wurden, schneiden asiatische Metropolen im Schnitt besser ab als europäische. Aber: 90 Prozent der Städte habe noch gar keine ganzheitlichen Strategien.
Wien am smartesten, St. Gallen in der Schweiz vorne
Das Leuchtturmprojekt ist Wien. Aus der Schweiz sichert sich St. Gallen einen Platz im vorderen Mittelfeld. Die Städte Basel, Bern und Genf sind im hinteren Mittelfeld zu finden. «Die Schweizer Städte verfügen insgesamt noch nicht über ausreichend detaillierte Strategien, die digitale Lösungen in allen relevanten Dimensionen einer Smart City mit detaillierten Zielen und Aktivitäten abdecken», sagt Matthias Hanke, Transport- und Tourismus-Experte bei Roland Berger in Zürich. Schlimmer noch: «Es scheint möglicherweise noch an konkreten Umsetzungsplänen zu fehlen», zieht er Bilanz.
Oliver Gassmann, Professor für Technologiemanagement an der Universität St. Gallen, stösst ins gleiche Horn. «Während einige grosse Städte wie Wien, London, Amsterdam, Barcelona, München oder Lyon schon beachtliche Erfolge in ihrer Transformation zu Smart Cities aufweisen, drohen andere, vor allem kleinere und mittlere Städte, den Anschluss zu verlieren», schreibt er als Co-Autor im Buch «Smart City – Innovationen für eine vernetzte Stadt».
Knackpunkte und Hindernisse
Die Krux: Die Ansprüche und Herausforderungen für Städte wechseln ständig. Das macht langfristiges Planen schwierig. Diese Beispiele zeigen, wie vieles bedacht werden muss:
- In San Francisco werden 4 Prozent des städtischen Abfalls beispielsweise von Haustieren produziert.
- In Deutschland werden jede Stunde 320’000 Coffee-to-go-Kartonbecher verbraucht, was zu 40’000 Tonnen Abfall pro Jahr führt.
- Basel hat 31’000 öffentliche Parkplätze und 69’000 auf privatem Grund bei 57’000 angemeldeten Autos.
- In Frankfurt verbringen Autofahrer im Schnitt 65 Stunden im Jahr mit der Parkplatzsuche.
- Auf einem innerstädtischen Parkplatz könnten 20 Velos parken.
- In London fliessen in regenreichen Wochen Millionen Liter Abwasser ungeklärt in die Themse, da die Kapazitäten der Kläranlagen überfordert sind.
- Die Zunahme der E-Autos wird die Energiesysteme in den Städten zunehmend belasten. Ohne intelligente Ladesteuerung gehen Experten künftig von bis zu sechs Mal höheren Investitionskosten aus.
- Ein autonomes Auto wird 30 traditionelle Autos ersetzen.
- 80 Prozent der Gebäude in Europa werden auch noch 2050 stehen.
«Smarter together» bringt Erfolg
Nur gemeinsam können Städte die Herausforderungen packen. Die führende Smart-City-Stadt Wien arbeitet zum Beispiel im EU-Projekt Smarter Together mit Lyon und München zusammen. Was in Wien auffällt: Gross geschrieben wird der Miteinbezug der Bürger. Die Stadt nutzt diverse Foren wie Workshops, um das Motto «Gemeinsam erarbeiten, nicht nur informieren» umzusetzen.
Um eine nachhaltige Stadt zu ermöglichen, ist es zwingend nötig, die Emissionen von Treibhausgasen zu reduzieren. Wien will diese bis 2030 um 35 Prozent und bis 2050 um 80 Prozent senken – bezogen auf Werte von 1990.
Typisches Beispiel ist der Stadtteil Simmering. Dort wird ein 1,5 Quadratkilometer grosses Areal in eine smarte Stadt umgewandelt. Aktuell wohnen dort 21’300 Menschen auf engem Raum. Durch den Einsatz von Photovoltaik, Solarthermie, energiesparender Beleuchtungssysteme und e-Bikes sowie einem Nachbarschaft E-Car-System wird der Bezirk für die Zukunft fit gemacht.
In Simmering sollen 6 Millionen kWh und 550 Tonnen CO2 jährlich gespart werden. Speziell ist, dass hier weder grosse Freiflächen neu entwickelt oder Neubauten erstellt werden müssen. Für Experten ist deshalb klar: Wenn es hier läuft, ist die Wahrscheinlichkeit hoch, dass es auch woanders funktioniert.
Schweiz im Aufbau
In der Schweiz gibt es laut Benjamin Szemkus von der Programmleitung Smart City Schweiz zwei aktuelle Projekte mit Vorbildcharakter. St. Gallen beispielsweise hat den Begriff Smart City erstmals 2013 in den Legislatur-Zielen des Stadtrats verankert. Ein wichtiger Pfeiler ist ihr Energiekonzept 2050. Nachhaltig soll die Stadt zu einer 2000-Watt- und 1-Tonnen-CO2-Gesellschaft werden.
Im Fokus stehen die Bereiche Strom, Wärme und Mobilität. Das Nervensystem bilden das Glasfasernetz und die strahlungsarme Funktechnologie LoRaWAN. Basierend auf dem SmartNet wurden in der ganzen Stadt Applikationen und Installationen eingebaut, welche die Arbeit der Stadtverwaltung erleichtern (Füllstandsmessung, Abfalldeponie) und den Bürgern im Alltag dienen (kostenloses Wireless in der Innenstadt). Ein Quartier gilt in St. Gallen dann als smart, wenn es den Bewohnern gelingt, Gegensätze im Mobilitätsverhalten, Ansprüche an Wohnsituationen sowie energetisch und ökologische Forderungen gemeinschaftlich, ressourcenschonend und mit Hilfe moderner Technologien zu fördern.
Grundeigentümer oder Stockwerkeigentümer von Ein- und Mehrfamilienhäusern können gemeinsam ein Solarkraftwerk betreiben. Möglich macht's die Energiestrategie 2050. Voraussetzung ist, dass die Grundstücke aneinander grenzen. Auch Mieter können den Strom von ihrem Dach selbst verbrauchen. Voraussetzung ist, dass die Produktionsleistung der Photovoltaikanlage bei mindestens 10 Prozent des Netzanschlusses liegt. Privatzähler für jede Wohnung sind erlaubt, der Verteilnetzbetreiber installiert nur noch einen Hauptzähler für den ganzen Eigenverbrauchszusammenschluss. Die Stromkosten können direkt als Teil der Nebenkosten abgerechnet werden. Spezialisierte Firmen wie die engytec, eine gemeinsame Firma von BKW und smart-me, berechnen für Konsumenten die wichtigsten Kennzahlen zu Kosten, Produktion und Wirtschaftlichkeit einer eigenen Solaranlage mit oder ohne Batteriespeicher.
Grundeigentümer oder Stockwerkeigentümer von Ein- und Mehrfamilienhäusern können gemeinsam ein Solarkraftwerk betreiben. Möglich macht's die Energiestrategie 2050. Voraussetzung ist, dass die Grundstücke aneinander grenzen. Auch Mieter können den Strom von ihrem Dach selbst verbrauchen. Voraussetzung ist, dass die Produktionsleistung der Photovoltaikanlage bei mindestens 10 Prozent des Netzanschlusses liegt. Privatzähler für jede Wohnung sind erlaubt, der Verteilnetzbetreiber installiert nur noch einen Hauptzähler für den ganzen Eigenverbrauchszusammenschluss. Die Stromkosten können direkt als Teil der Nebenkosten abgerechnet werden. Spezialisierte Firmen wie die engytec, eine gemeinsame Firma von BKW und smart-me, berechnen für Konsumenten die wichtigsten Kennzahlen zu Kosten, Produktion und Wirtschaftlichkeit einer eigenen Solaranlage mit oder ohne Batteriespeicher.
Smarte Bürger für smarte Cities
Ganz wichtig: Smart Cities brauchen auch smarte Bürger. Den Schulen in St. Gallen steht eine digitale Plattform zur Verfügung, die auf verschiedenen Ebenen eine interaktive Zusammenarbeit von Lehrer, Schülern und Schule unterstützt. So können alle gemeinsam an Dokumenten und Projekten arbeiten. In der Stadtbibliothek Katharinen gibt es frei zugängliche Multimedia-Arbeitsplätze, 3D-Drucker, Robotik-Tools und Schneidplotter. Hinzu kommen regelmässige Workshops für Kinder und Jugendliche. Lehrpersonen können Fotokameras, Aufnahmegeräte und Videokameras ausleihen. Weiter entwickelt die Stadt St. Gallen einen Chatbot für die öffentliche Verwaltung – also einen virtuellen persönlichen Assistenten für Standardanfragen. Sehr praktisch: In den Asphalt eingebaute Sensoren erkennen freie Parkplätze, melden diese via Funk und machen diese für Navigationssysteme und Karten-Apps der Autofahrer zugänglich.
Grossprojekt Wolf
Smart ist auch Basel unterwegs: «Das Wolf-Areal ist das grösste Entwicklungsgebiet der Schweiz», so SBB-Chef Andreas Meyer. Von der gesamten Fläche von 160’000 Quadratmetern sollen rund zwei Drittel oder 100’000 Quadratmeter zu einer Smart City werden. Bereits gestartet ist das Piloprojekt Smart Lighting. Die auf dem Areal installierten Leuchten können mit verschiedenen Sensoren ausgestattet werden. Als erste Anwendung werden Sensoren integriert, die Art und Anzahl von motorisierten Fahrzeugen und des Langsamverkehrs aufzeichnen. Im Zukunftslabor soll auch die Citylogistik optimiert werden – angedacht sind Lösungen zur Feinverteilung mit Velos, E-Bikes und Lastenfahrrädern.
Die Eidgenössische Materialprüfungsanstalt Empa erforscht mit dem Projekt NEST neue Wohnformen und innerhalb davon Multi Energie Systeme. Die Forscher versuchen, die Bereiche Smart Living und Smart Environment zu verknüpfen. Gegenwärtig findet in der Schweiz ein Übergang vom Gebäude als reinem «Konsumenten» zum sogenannten «Prosumenten» statt: Ein Gebäude, das selber Energie produziert, liefert und vom Netz bezieht. Beispiel ist das Areal Suurstoffi in Risch/Rotkreuz ZG. Die einzelnen Gebäude erreichen nahezu den Minergiestandard. Die Energieversorgung des Areals mit Erdwärmespeicher, Energienetz, hybriden Solaranlagen und dezentralen Wärmepumpen unterschreitet gar die Zielwerte der 2000-Watt-Gesellschaft.
Praktisch im Alltag sind Smart Meter, wie sie die BKW Power Grid anbietet. Wie alle heute bereits weit verbreiteten elektronischen Zähler, messen und speichern sie den Stromverbrauch und die Stromproduktion. Zusätzlich verfügen Smart Meter über ein Kommunikationsmodul, um sie aus der Ferne abzulesen. Und weil sie auch Computeralgorithmen ausführen können, um zum Beispiel elektrische Geräte anzusteuern, werden sie oft intelligente Stromzähler genannt. Sie sind wichtiger Bestandteil eines intelligenten Stromverteilnetzes (Smart Grid). Für den Konsumenten haben Smart Meter den grossen Vorteil, dass kein Ableser Haus oder Wohnung mehr betreten muss. Auch Selbstablesungen sind nicht mehr nötig. Wie ein «Fiebermesser» kann die BKW aus der Ferne das elektrische Verteilnetz ständig messen und überwachen – und bei einer Störung sofort eingreifen und generell die Netzqualität optimieren.
Praktisch im Alltag sind Smart Meter, wie sie die BKW Power Grid anbietet. Wie alle heute bereits weit verbreiteten elektronischen Zähler, messen und speichern sie den Stromverbrauch und die Stromproduktion. Zusätzlich verfügen Smart Meter über ein Kommunikationsmodul, um sie aus der Ferne abzulesen. Und weil sie auch Computeralgorithmen ausführen können, um zum Beispiel elektrische Geräte anzusteuern, werden sie oft intelligente Stromzähler genannt. Sie sind wichtiger Bestandteil eines intelligenten Stromverteilnetzes (Smart Grid). Für den Konsumenten haben Smart Meter den grossen Vorteil, dass kein Ableser Haus oder Wohnung mehr betreten muss. Auch Selbstablesungen sind nicht mehr nötig. Wie ein «Fiebermesser» kann die BKW aus der Ferne das elektrische Verteilnetz ständig messen und überwachen – und bei einer Störung sofort eingreifen und generell die Netzqualität optimieren.
Hochhäuser aus Holz
Auf dem Suurstoffi-Areal entsteht auch das höchste Holzhochhaus der Schweiz. Unsere modernen Hochhäuser aus Beton, Glas und Stahl sind relativ ressourcenintensive Konstruktionen. 5 bis 8 Prozent der globalen Treibhausgasemissionen wird diesen zugeschrieben. Holz rückt wieder vermehrt in den Mittelpunkt. Es ist leichter, flexibel, moderne Leimhölzer sind ähnlich stabil und feuerresistent wie die Konstruktionen aus Stahl- und Beton. Und die Gebäude wären zusätzlich ein CO2-Speicher. Erste Hochhäuser gibt es schon. In Hamburg arbeitet Assmann, BKW Engineering, am höchsten Holzhochhaus Deutschlands, genannt Wildspitze. In Stockholm gibt es das 133 Meter hohe Trätoppen. Und in London existieren Pläne für den über 300 Meter hohen Oakwood Tower.
Alternative Lösungen für Smart Cities sind auch Gegenstand der SmartSuisse, die am 10. und 11. April in Basel stattfindet. In der begleitenden Fachausstellung in der «Smart Avenue» stellen rund 50 Unternehmen Lösungen für die verschiedensten Bereiche vor. Spezialisten von Jermann, BKW Engineering, präsentieren dort am Microsoft-Stand zum Beispiel ihre intelligenten 3D-Geländemodelle, die Planung und Bau vereinfachen. BKW selber zeigt am eigenen Stand den Smart Meter und den cleveren Hydranten Lorno sowie Konzepte für öffentliche Beleuchtung und grabenlose Leitungssanierungen.
Für Professor Oliver Gassmann von der Universität St. Gallen ist klar: «Smart Cities sind die Zukunft für das urbanisierte Leben. Die Ziele zu mehr Lebensqualität bei gleichzeitig besserer Ressourcenschonung sind unbestritten. Gleichzeitig müssen neue Wege zwischen öffentlicher Hand und intelligenten Geschäftsmodellen gefunden werden, um diese zu finanzieren.» Max Fischer
Auf einer Parzelle soll ein neues Gebäude entstehen. Um die Planung des Bauwerks zu starten, werden Parzelle und Gelände von einem Geometer exakt vermessen. Bis jetzt musste der Architekt die Daten in seine Software mühsam mit Konvertierungs- und Neuberechnungsarbeiten importieren. Damit ist nun Schluss: Die Experten von Jermann, BKW Engineering, liefern direkt einsetzbare, intelligente 3D-Geländemodelle.
Auf einer Parzelle soll ein neues Gebäude entstehen. Um die Planung des Bauwerks zu starten, werden Parzelle und Gelände von einem Geometer exakt vermessen. Bis jetzt musste der Architekt die Daten in seine Software mühsam mit Konvertierungs- und Neuberechnungsarbeiten importieren. Damit ist nun Schluss: Die Experten von Jermann, BKW Engineering, liefern direkt einsetzbare, intelligente 3D-Geländemodelle.
Grabenlosen Sanierung von Rohrleitungen und Abwasserkanälen? Das gibts. Arpe AG, BKW Infra Services, ist führend in diesem Bereich. Dank roboterbasierter Technik müssen bei Altersschäden die Strassen und Trottoirs nicht mehr aufgerissen werden, die Reparaturen geschehen unterirdisch. Schnell, effizient und kostensparend. Ein weiterer Vorteil: Die Anwohner werden weniger durch Lärm, Staub und Abgase belästigt, auch der Strassenverkehr wird weniger stark behindert. Zudem sind die CO2-Emissionen viel geringer. Hinzu kommt, dass die Spezialisten äussert schnell unterwegs sind: Sie schaffen eine Sanierungsleistung von bis zu 300 Metern pro Tag. Dank schnellster UV-Lichthärtung sind Kanäle und Rohre erst noch rekordschnell wieder benutzbar. Bereits in der Industrie 4.0 angekommen ist die Hinni AG, BKW Infra Services. Ihr selbstorganisierendes Datenfunknetz verbindet Hydranten und Repeater und kontrolliert permanent mit Sensorik und Elektronik die Trinkwasserleitungen. Gibt´s irgendwo ein Leck, kommt sofort eine Fehlermeldung auf das Netzwerk oder den Mobilfunk.
Grabenlosen Sanierung von Rohrleitungen und Abwasserkanälen? Das gibts. Arpe AG, BKW Infra Services, ist führend in diesem Bereich. Dank roboterbasierter Technik müssen bei Altersschäden die Strassen und Trottoirs nicht mehr aufgerissen werden, die Reparaturen geschehen unterirdisch. Schnell, effizient und kostensparend. Ein weiterer Vorteil: Die Anwohner werden weniger durch Lärm, Staub und Abgase belästigt, auch der Strassenverkehr wird weniger stark behindert. Zudem sind die CO2-Emissionen viel geringer. Hinzu kommt, dass die Spezialisten äussert schnell unterwegs sind: Sie schaffen eine Sanierungsleistung von bis zu 300 Metern pro Tag. Dank schnellster UV-Lichthärtung sind Kanäle und Rohre erst noch rekordschnell wieder benutzbar. Bereits in der Industrie 4.0 angekommen ist die Hinni AG, BKW Infra Services. Ihr selbstorganisierendes Datenfunknetz verbindet Hydranten und Repeater und kontrolliert permanent mit Sensorik und Elektronik die Trinkwasserleitungen. Gibt´s irgendwo ein Leck, kommt sofort eine Fehlermeldung auf das Netzwerk oder den Mobilfunk.
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