Laut einer Studie der Bertelsmann Stiftung wird sich die Bevölkerungsstruktur in Deutschland durch den demographischen Wandel bis 2030 um eine halbe Million Mitbürger reduzieren. Während die Bevölkerungszahl in ländlichen Kommunen rückläufig ist, wird sich die Anwohnerzahl in Städten erhöhen. Städte müssen also zum Katalysator neuer, intelligenter Konzepte werden, um den Bevölkerungswandel nachhaltig mittragen zu können. Intelligente Städte - oft auch Smart Cities genannt - können durch eine langfristige Planung nicht nur den wirtschaftlichen Herausforderungen, den Versorgungsengpässen in der Infrastruktur und bei den sozialen Leistungen entgegenwirken, sondern auch das gesamte Stadtbild klimaorientiert gestalten.

Nachhaltigkeit durch Big Data Analytics

Dabei kommt dem innerbehördlichen Informations- und Datenmanagement über verschiedene Behörden und Sektoren hinweg sowie mit Bürgern und Privatwirtschaft eine entscheidende Rolle zu. Die Stadtverwaltung kann schon heute durch die Integration von Technik und Sensorik eine Echtzeiterfassung von Daten betreiben. Mit Diensten und Bewertungsmöglichkeiten für Bürger können virtuelles Prozessmanagement sowie interaktive Leitsysteme und Orientierungsdienste umgesetzt werden.

Das Internet of Things (IoT) und Cyberphysikalische Systeme (CPS) können kritische Daten beispielsweise über Infrastrukturauslastung oder Umweltbedingungen übermitteln, die dann durch intelligente Analysen in Echtzeit den Ressourceneinsatz anpassen und damit Ineffizienzen verringern. Vergangenheitswerte können aufbereitet und in Handlungsrahmen umgewandelt werden.

Diese Technologien bringen dann nachhaltige Konzepte wie "Pay as you Throw" hervor, das Hausmüllabgaben nach dem Durchschnittsvolumen abrechnet, den ein Bürger normalerweise wegwirft. Ein anderer Ansatz ist die Verbesserung der Effizienz in Abholrouten und Recyclingverfahren durch Sensorik, umgesetzt in den Müllbehältern der Firma Enevo.

Eckdaten wie Verkehrsaufkommen, Außentemperatur und Schadstoffausstoß von Autos können wichtige Entscheidungskriterien für Smart-City-Dienste wie Verkehrsumleitungen, Parkleitsysteme und die Preisgestaltung von öffentlichen Verkehrsmitteln sein, um Stockungen zu vermeiden und die Abgasemissionen so gering wie möglich zu halten.

Zusammenarbeit in der Smart City fördert Innovationen

Das andere Standbein einer smarten und nachhaltigen Stadt ist ein interaktives Kooperations- und Innovationsmodell. Hier können Bürger und Partner einer Kommune im Teamwork neue Ansätze wie Fahrrad-, oder Car-Sharing-Dienste unterstützen. Dazu zählen auch sogenannte Microservices wie die Begrünung und die Pflege öffentlicher Parkanlagen. Bürgerschaftsinitiativen und Kollaborationsplattformen wie Hackathons binden Ideen und Unterstützung aktiv in die Stadtplanung mit ein. Hier können Eigeninitiativen und wertvoller Wissenstransfer stattfinden. Soziales Gefüge um nachhaltiges Verhalten und die daraus entstehende Mitmachnatur entwickelt positives Engagement, das durch soziale Medien und Bürgerjournalismus vervielfältigt wird.

Auch für kommunale Internet-Marktplätze können Anwendungen entworfen werden, zum Beispiel für Re-Commerce, Recycling wie Green Redeem UK und Shared Economy wie KoKonsum. Amsterdams Sharing City baut darauf, dass nachhaltiges Handeln und soziale Inklusion kombiniert langfristig zur gemeinschaftlichen umweltgerechten Innovation führen werden. Energie und Wasserverbrauch können über Gamification für Verbraucher, Einrichtungen und Gewerbebetriebe aufgezeigt und optimiert werden, auch im Hinblick auf die EU Energie-Richtlinie.

Die Erfolge einer nachhaltigen Stadtstrategie müssen mess- und darstellbar sein, wie etwa durch die European Green Capital-Auszeichnung der Europäischen Kommission, die für 2017 an die Stadt Essen vergeben wurde. Der Weltklimagipfel COP 21 in Paris im Dezember 2015 und die UN Habitat 2016-Konferenz in Quito stellen die Umweltaufgaben von Städten und den Beitrag zum Klimaschutz in den Vordergrund. Dazu gehören dann auch die größeren Umweltbelastungen durch den Klimawechsel wie extreme Wetterschwankungen, Küstenerosionen in Städten in Flussdeltas und die Anforderungen, die die Versorgung mit den nötigen Ressourcen stellen.

Ohne Datentransparenz keine Smart City

Eine Sichtbarkeit der Daten bildet den Grundstock des intelligenten Austauschs von Informationen, die über die Bildung einer "Grünen Wiese" durch Daten eines Open Data-Portals eingepflegt werden können. Dadurch werden zielgerichtet Green Start-Ups sowie Innovationscluster im Bereich Umweltinnovation unterstützt.

Geo-Daten liefern wichtige Informationen, durch die Simulationen über die Auswirkungen der Umwelt und Klimaprojektionen wie beispielsweise die Veränderungen der Stadt und Landstriche in San Francisco. Diese liefern dann wichtige Hinweise für die geeigneten Klima-Adaption und Mitigationsentscheidungen für Grünflächen, Bebauungspläne und Straßenbau. Geo-Daten helfen auch bei der Erstellung von Simulationen von Emissionslebenszyklen, die dann in einem Emissions- und Klimakatalog zusammengestellt werden müssen, um Handlungsbedarf katalogisieren zu können.

Um Städte und Kommunen in solchen Aufgaben zu unterstützen, fördert das Bundesumweltministerium die neue Rolle eines Klimabeauftragten. Diese sind dann auch wichtige Meinungs- und Strategiearchitekten in der Ausarbeitung einer Smart City.

Die Herausforderung wird sein, den Blickwinkel des nachhaltigen Stadtprinzips mit Klimaschutz und demographischem Wandel intelligent zu verknüpfen und gemeinsam mit der Bevölkerung Ansätze zu erarbeiten, die auch technisch umsetzbar sind. Ob dann ein autonomes Fahrzeug mit ressourcenoptimierten Steuerung und Fahrverhalten oder Smart Machines Städte nachhaltig automatisieren und dadurch optimieren, liegt dann in der Verantwortung einer informierten Gesellschaft. (bw)