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Umweltschutz Mehr IoT – weniger Verlust der biologischen Vielfalt

Autor / Redakteur: Ross Sabolcik* / Sebastian Human

Die fortschreitende Industrialisierung wurde lange Zeit auch auf Kosten der Natur vorangetrieben. IoT-Technologie könnte hier entgegenwirken und einen entscheidenden Beitrag zur Erhaltung der verbleibenden Biodiversität leisten.

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IoT-Technologie wird unter anderem bereits in afrikanischen Nationalparks eingesetzt, um Tierbewegungen zu messen und Wilderei zu bekämpfen.
IoT-Technologie wird unter anderem bereits in afrikanischen Nationalparks eingesetzt, um Tierbewegungen zu messen und Wilderei zu bekämpfen.
(Bild: gemeinfrei / Unsplash)

Frühere Anstiege des weltweiten Wirtschaftswachstums wurden von industriellen und landwirtschaftlichen Praktiken getrieben, von denen viele im Nachhinein die Gesundheit und Nachhaltigkeit des Lebens auf unserem Planeten beeinträchtigen.
In seinem fünften Bericht kam das staatenübergreifende Gremium für Klimawandel der Vereinten Nationen (UN) zu dem Schluss, dass mit mehr als 95-prozentiger Wahrscheinlichkeit der Anstieg der Erdtemperatur in den letzten 50 Jahren durch menschliche Aktivitäten verursacht wurde (Abb. 01).

Abb. 01: Weltweiter Temperaturanstieg im Vergleich zur Sonnenaktivität
Abb. 01: Weltweiter Temperaturanstieg im Vergleich zur Sonnenaktivität
(Bild: https://climate.nasa.gov/causes/)

Die Industrie ist sich dieses Problems bewusst

Zum Glück wird sich unsere Gesellschaft zunehmend der Auswirkungen unseres Handelns bewusst und immer mehr Länder befassen sich mit dem Schutz gefährdeter Arten, der Verringerung von Kohlendioxidemissionen, der Nachhaltigkeit und Verschmutzungen aller Art. Auch Unternehmen sind sich zunehmend ihrer Auswirkungen auf die Umwelt bewusst und reagieren verstärkt auf die CO2-Emissionen, die relativ einfach zu messen sind.

Es besteht jedoch die Sorge, dass ein zu einseitiger Fokus auf die CO2-Emissionen die Aufmerksamkeit von den ebenso wichtigen Fragen rund um die biologische Vielfalt, die natürlichen Ökosysteme und die Artenvielfalt der Erde ablenkt.
Der Schutz der biologischen Vielfalt und der Klimawandel sind untrennbar miteinander verbunden und der Schutz dieser Vielfalt sind dringend notwendig, um die negativen Auswirkungen des Klimawandels zu mildern und den Menschen bei der Anpassung an die veränderten Bedingungen zu helfen. Die biologische Vielfalt geht jedoch in einem noch nie dagewesenen Tempo verloren. Ein kürzlich veröffentlichter Bericht des World Wildlife Fund (WWF) schätzt, dass die Populationen von Säugetieren, Vögeln, Fischen, Reptilien und Amphibien in etwas mehr als 40 Jahren um 60 Prozent zurückgegangen sind (Abb. 02).

Der Living-Planet-Index des WWF
Der Living-Planet-Index des WWF
(Bild: WWF, „Living Planet Report 2018“)

Obwohl sich die Industrie dieses wachsenden Problems immer mehr bewusst wird, ergab eine kürzlich durchgeführte Umfrage unter den Top-Fortune-100-Unternehmen, dass nur sehr wenige Unternehmen die von ihnen eingegangenen Verpflichtungen zur biologischen Vielfalt quantifizieren konnten. Dieser Umstand spiegelt jedoch eher die Schwierigkeiten wider, die Auswirkungen von Aktivitäten auf die biologische Vielfalt zu messen, als dass er auf einen Mangel an Bereitschaft seitens der Industrie hindeutet.

Das IoT bringt Hoffnung

Es gibt jedoch gute Gründe, optimistisch zu sein, wenn wir in die Industrie-4.0-Ära blicken. Zweifellos wichtige Anwendungen wie Robotik und autonome Fahrzeuge mögen zwar die größte Berichterstattung erfahren – es gibt jedoch eine wachsende Anzahl von Beispielen, in denen Sensorik, Netzwerke, Software und IT-Unternehmen zusammenkommen, um die Probleme bei der Überwachung und Quantifizierung der Auswirkungen der Industrie auf die biologische Vielfalt anzugehen.

IoT-Sensoren werden immer kleiner und kostengünstiger und kreatives Energie-Management ermöglicht es vielen von ihnen, über einen längeren Zeitraum mit Batteriestrom oder über Energy Harvesting zu arbeiten.

Parallel dazu ermöglichen stromsparende Kommunikationsprotokolle mit großer Reichweite (LPWA; Low-Power Wide Area) und die sinkenden Kosten der Satellitenkommunikation diesen Sensoren einen wirtschaftlichen Datenaustausch über größere Entfernungen. Diese Möglichkeit, IoT-Netzwerke kostengünstig bereitzustellen, schafft neue Möglichkeiten für die Überwachung und den Schutz gefährdeter Arten und ihrer Umwelt. Fernsensornetzwerke werden in vielen der weltweit ausgewiesenen Schutzgebiete, zum Beispiel in afrikanischen Nationalparks, eingesetzt, um Tierbewegungen und Notlagen zu überwachen und Ranger auf Wilderei aufmerksam zu machen.

Immer kleinere und kostengünstigere IoT-Sensoren sind auch der Grund für eine wachsende Zahl von Anwendungen, die darauf abzielen, die Auswirkungen der Landwirtschaft auf die Umwelt zu verringern. So ist es heute für Landwirte wirtschaftlich machbar, ganze Felder mit Sensoren zur Messung der Bodentemperatur und -feuchtigkeit auszustatten, um das Grundwasser effektiver nutzen zu können. In Kalifornien arbeitet IBM zusammen mit Partnern vor Ort an einem System, das die Wassernutzung im Delta der Flüsse Sacramento und San Joaquin überwacht, das einen wichtigen Beitrag zum Wassersystem des Bundesstaates leistet. Das Delta bietet Lebensraum für Dutzende gesetzlich geschützter Fisch-, Pflanzen- und Tierarten.

Da 75 Prozent der Landfläche aber auch landwirtschaftlich genutzt werden, ist dieses wichtige Wasserreservoir bedroht. Im Rahmen der Partnerschaft werden ferngesteuerte IoT-Sensoren installiert, um die Wassernutzung in Echtzeit zu messen und die Daten via Satellit an eine entsprechende Blockchain-Plattform zu übertragen, die in der Cloud gehostet wird. Die Blockchain-Plattform wird dann dazu verwendet, ein neues System zu verwalten, das es lokalen Interessengruppen und Regulierungsbehörden ermöglicht, Wasserzugangsrechte zu verwalten und zu vermarkten.

Auf See unterstützen Schiffsmanagementsysteme, die auf einer Kombination aus schiffsgestützten Sensoren, GPS-Empfängern und Satellitenkommunikation basieren, Behörden bei der Überwachung und Reduzierung illegaler, nicht gemeldeter und nicht regulierter Fischereiaktivitäten. Indonesien meldete kürzlich einen Rückgang der illegalen Fischerboote um 90 Prozent in den letzten fünf Jahren, was mit einem damit verbundenen Anstieg der Fischbestände einherging. Das behördeneigene Schiffsmanagementsystem wird zur Durchsetzung des Verbots illegaler Fischerei seit 2014 eingesetzt. Es ermöglichte bisher den Ausschluss von rund 10.000 ausländischen Schiffen aus indonesischen Gewässern sowie die Beschlagnahme und Zerstörung von mehr als 500 illegalen Schiffen.

Fazit

Auch wenn unsere industrielle Geschichte einen negativen Bezug zwischen Wirtschaftswachstum und biologischer Vielfalt auf unserer Erde aufweist, lässt das enorme Wachstum des Internet of Things auf die Nachhaltigkeit künftiger industrieller Praktiken hoffen. Für die Wirtschaft und Industrie zeichnet sich ein wachsender Trend ab, mit Regierungen, gemeinnützigen Organisationen und Forschungseinrichtungen zusammenzuarbeiten, um innovative Anwendungen zur Überwachung und zum Schutz der Umwelt zu entwickeln. Die wirtschaftliche Machbarkeit dieser Lösungen wird durch die sinkenden Kosten und den geringeren Stromverbrauch von IoT-Sensoren sowie durch Fortschritte in der Netzwerktechnik bestimmt.

Fallstudie: Imkerei

Will man über die Bedrohung der biologischen Vielfalt unseres Planeten näher diskutieren, kommt man an der Bedeutung der Honigbiene nicht vorbei. Jeder dritte Bissen Nahrung, der weltweit verzehrt wird, hängt von diesen und anderen Bestäubern ab und die wirtschaftlichen Auswirkungen ihrer Arbeit in Bezug auf den Lebensmittelmarkt lassen sich in Milliarden Dollar beziffern. Die Zahl dieser wichtigen Insekten ist jedoch rückläufig, insbesondere in den USA und in Europa, wo verschiedene Studien einen durchschnittlichen jährlichen Bevölkerungsverlust von 33 Prozent melden. Ebenso besorgniserregend ist, dass – obwohl Experten den Verlust auf eine Vielzahl von Faktoren zurückführen, darunter Pestizide, Verlust von Lebensräumen und Krankheiten – es keine einzige, leicht zu behebende Ursache gibt. Vor drei Jahren wurde Broodminder, ein US-amerikanisches Start-up, von Rich Morris, Elektronikingenieur und begeisterter Imker, mit dem Ziel gegründet, mithilfe des IoT die Gesundheit dieser wichtigen Insektenart zu überwachen.

Broodminder-Lösung zur Überwachung von Bienenstöcken
(Bildquelle: Silicon Labs)

Temperatur und Luftfeuchtigkeit sind wesentliche Indikatoren für die Gesundheit der Bienenstöcke. Broodminder hat eine Reihe kostengünstiger Temperatur- und Feuchtigkeitsmesssysteme (Abb. 03) entwickelt, die auf intelligenten, stromsparenden Bluetooth-ICs von Silicon Labs basieren. Das erste Produkt des Unternehmens war ein kombinierter Temperatur- und Feuchtigkeitssensor auf der Basis des BLE113. Anschließend folgte eine Bienenstockwaage und ein kostengünstiger Temperatursensor auf Basis des SiP-Bluetooth-Moduls Blue Gecko BGM11S. Mit diesen Systemen können Imker den Gesundheitszustand ihrer Bienenstöcke aus der Ferne überwachen, ohne sie öffnen zu müssen, was die Bienen möglicherweise widrigen Bedingungen aussetzt und die Honigproduktion unterbricht. Broodminder hat außerdem einen speziellen Kommunikationsknotenpunkt auf der Basis des Moduls Bluegiga BLE121 von Silicon Labs eingeführt, über den Imker ihre Bienenstockdaten öffentlich zugänglich machen können. Das Erstellen dieses Datensatzes, der durch Hobby-Imker gepflegt wird, ermöglicht die zukünftige Anwendung künstlicher Intelligenz, um genau die Faktoren hervorzuheben, die die Bienenpopulationen beeinflussen und möglicherweise dazu beitragen, die Erträge in den Bienenstöcken zu verbessern.

* Ross Sabolcik arbeitet als Vice President und General Manager Industrial and Commercial IoT Products bei Silicon Labs.

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