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Quanto è efficiente in termini energetici il 5G?

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Il 5G, tecnologia che promette aumenti sostanziali della velocità di trasmissione di dati, potrebbe utilizzare meno energia rispetto al 4G. Tuttavia, un aumento massiccio del volume di dati significa anche un’impronta energetica significativamente maggiore. Come arginare il problema? L’aggiornamento delle infrastrutture delle telecomunicazioni, configurazioni hardware più adatte e l’allontamento dall’attuale paradigma di comunicazione wireless potrebbero giocare un ruolo chiave nell’efficientamento energetico della rete.

Una crescita annua del 217%

Da quando è stata lanciata nel 2019, la tecnologia delle telecomunicazioni di quinta generazione (5G) si è diffusa a una velocità notevole. Il numero di connessioni 5G sta, infatti, crescendo a un tasso annuo del 217% e si prevede che, in ambito ICT, entro il 2025 toccheranno la soglia dei 100 miliardi (di cui 40 miliardi saranno sensori IoT). Secondo le informazioni reperibili ad oggi, è possibile immaginare che nel prossimo decennio il traffico dati cellulare aumenterà di sei volte nei Paesi in via di sviluppo, mentre tenderà a triplicare nei Paesi industrializzati. 

10.000 volte il traffico esistente

L’adozione del 5G, promettendo aumenti sostanziali della velocità di trasmissione dei dati, viene accolta come un rimedio universale per quel che concerne il mondo del digitale, le questioni riguardanti i dati mobili e l’Internet delle cose (IoT). Si pensi solo al fatto che, almeno sulla carta, questa tecnologia offre 10.000 volte il traffico dati esistente ai costi e con i consumi energetici di un abbonamento flat. Ma quanto sono veritieri questi dati?

Gli obiettivi net-zero delle TLC

L’industria delle telecomunicazioni mobili si è impegnata a raggiungere gli obiettivi “net-zero” entro il 2050, e le specifiche del 5G dovrebbero consentire un calo del 90% del consumo di energia (per unità di dati trasmessi) rispetto al 4G. Tali premesse fanno ben sperare, ma i vincoli imposti dalle infrastrutture preesistenti e dalla progettazione rischiano di minare questi target.

I benefici immediati del 5G

L’utilizzo di particolari frequenze di trasmissione (onde millimetriche) può essere annoverato tra i principali miglioramenti apportati dal 5G. Queste ultime consentono di avere un approccio mirato, mediante “fasci di comunicazione direzionati”, incidendo notevolmente sul risparmio di energia. In parole povere, ciò significa che invece di inondare un’intera area, il 5G può localizzare la trasmissione dei dati su brevi distanze, un po’ come un riflettore che anziché illuminare una superficie più ampia, segue un singolo soggetto. Un secondo vantaggio non trascurabile è poi l’aumento della velocità di comunicazione, quello a cui si fa riferimento quando si parla delle incredibili potenzialità dell’applicazione del 5G al mondo dei dispositivi IoT e dei sistemi  autonomi. In quest’ottica sarebbe impossibile negare che la suddetta tecnologia consenta una migliore gestione energetica, grazie al maggiore monitoraggio e ai sensori intelligenti.

I dubbi sull’efficienza energetica

Ma l’effetto a catena sull’economia in generale, che potrebbe portare a una riduzione del 15% delle emissioni globali, più delle emissioni combinate di UE e USA, non è così scontato. Iniziamo con il ricordare che il settore delle tecnologie dell’informazione e della comunicazione (ICT) è responsabile del 2-3% delle emissioni globali, una cifra che purtroppo sembra destinata ad aumentare fino al 7% entro il 2030, in parte anche a causa dell’adozione del 5G. Questo perché quando viene introdotto un nuovo standard in genere si verifica sempre un aumento significativo del consumo energetico  (come avvenne per il passaggio dal 3G al 4G). Se però i maggiori consumi non sono attribuibili all’aumento del flusso di dati, a cosa sono dovuti?

Come si confronta il consumo energetico del 5G rispetto al 4G?

Uno studio condotto da 451 Research ha rilevato che il 94% delle società di telecomunicazioni intervistate prevede un aumento dei costi energetici a seguito dell’implementazione del 5G. Secondo quest’analisi, il 5G aumenterà il consumo totale di energia della rete del 150-170% entro il 2026.

E qui si arriva al nocciolo della questione. Quando si confrontano i numeri relativi al consumo di energia, è importante notare che lo standard del settore è il numero di bit trasmessi per joule di energia utilizzata. Anche se il consumo di energia per bit risulta effettivamente inferiore nel 5G, il numero maggiore di bit che si muovono attraverso un sistema 5G comporta in ogni caso una domanda di energia complessiva più elevata del 250% rispetto al 4G.

Gli sprechi della perdita di calore

Un punto chiave da sottolineare è che la stragrande maggioranza dell’energia utilizzata nei sistemi ICT non viene effettivamente utilizzata per trasmettere dati, bensì sprecata nella perdita di calore, inattività e altre inefficienze. I componenti che costituiscono il nucleo digitale della rete ICT – commutazione e data center – restano inattivi per circa il 72% del tempo, mentre il 57% della domanda di energia della rete proviene dalle stazioni base cellulari. Il problema sarebbe dunque legato al fatto che l’industria delle comunicazioni,  nel tentativo di massimizzare il numero di bit che possono essere trasmessi al secondo, ha tralasciato la questione dell’efficienza energetica.

Come aumentare l’efficienza energetica del 5G

Volgendo uno sguardo al passato, è possibile constatare come l’indice di efficienza delle tecnologie di trasmissione mobile si sia abbassato gradualmente negli anni. L’efficienza energetica del 2G si attestava intorno al 60%, ovvero per ogni 10 watt consumati, 6 ne venivano utilizzati per trasmettere dati. Tale standard è sceso al 20% nei sistemi 4G e solo al 10% nei sistemi 5G. Questo significa che per ogni watt utilizzato per trasmettere i dati, 9 watt vengono sprecati. La situazione peggiora ulteriormente per le reti 5G che funzionano su hardware 4G e utilizzano onde millimetriche: queste configurazioni hanno solo l’1% di efficienza energetica, che è peggiore delle lampadine a incandescenza vecchio stile. E’ dunque chiaro che per raggiungere l’obiettivo di efficienza energetica del 5G, devono essere revisionati tutti gli anelli della catena di comunicazione. A partire dall’aggiornamento delle comunicazioni wireless, ormai obsolete, fino ad arrivare all’eliminazione delle limitazioni della linearità che finora hanno ostacolato l’efficientamento energetico del 5G. Ad esempio, è stato detto che le celle wireless 5G sono in grado di spegnersi automaticamente quando non vengono trasmessi dati. Non sembra, ma in termini energetici si tratta di un fattore fondamentale, che (purchè l’hardware di supporto sia aggiornato) potrebbe ridurre il consumo energetico della stazione base del 40%.

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