5 Rechtliche Untersuchung Status quo
6.1 Umfeldszenarien
6.1.3 Ergänzende Experteninterviews
Als Ergänzung zu den Szenarien-Workshops (Kap. 6.1) werden in diesem Kapitel Experteninter-views geführt, um die bedingenden oder bedingten Entwicklung von Infrastrukturen unter mög-lichen Szenarien detailliert darzustellen. Dabei wurde auf die plausiblen Szenarien aus den Sze-narienerzählungen (orange und blau) zurückgegriffen, die pragmatisch auf zwei konkrete kon-zeptionelle Fragen heruntergebrochen wurden:
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Konzept "Weiter so": Was ist eine realistische Entwicklung der Infrastruktur bis 2050 in Deutschland, unter der Annahme, dass die Governance so weitergeht wie bisher?
Konzept "Optimal": Was ist eine mögliche Entwicklung der Infrastruktur bis 2050 in Deutsch-land unter der Annahme, dass die Entscheidungen und Regelungen im Sinne der gewünschten,
"optimalen" Entwicklung (Maßstab: Klimaschutz und Nachhaltigkeit) getroffen werden?
Konzept WEITER SO 2050 Konzept OPTIMAL 2050
Wasserversorgung und Abwasserentsorgung Trinkwasser(TW)versorgung wird immer noch
über-wiegend durch zentrale Versorgungssysteme ge-währleistet. Die Konkurrenz um Wasserressourcen steigt (TW-Versorgung, Tourismus, Schifffahrt, Land-wirtschaft). Urbane Gewässer fordern einen Min-destabfluss. Wenige große Städte haben in 2020er Jahren ein kleinräumiges Betriebswassernetz als Pi-lotvorhaben installiert (Betriebswasser im Wesentli-chen für die Toilette). In wenigen Quartieren wird Grauwasser vom restl. Schmutzwasser getrennt und Wärme und Wasser als Ressourcen genutzt – das sind aber Ausnahmen.
Wärmerückgewinnung aus Abwasser: In einigen Städten wird aus großen Sammlern Wärme entnom-men und zur Versorgung von Heizungs- und Küh-lungssystemen genutzt (viele Gebäude haben seit den 2020er Jahren Kühlungssysteme).
An der Kanalisation hat sich nichts Wesentliches ge-ändert. Sie ist zu einem großen Teil saniert. In eini-gen Gebieten wurde das Mischsystem zum Trenn-system entkoppelt.
Viele große Kläranlagen (KA) haben inzwischen eine 4. Reinigungsstufe, die Gewässerbelastung nimmt aber nur unwesentlich ab, weil viele diffuse Quellen zwar weniger aber weiterhin Schmutz- und Schad-stoffe einleiten. Vermehrte Trennkanalisation stei-gert den Eintrag von Mikroplastik und Schwermetal-len in Oberflächengewässer. Ein wenig Urbanes Grün sorgt für Verdunstungskühlung in Städten.
TW-versorgung wird ergänzt. Wiederverwendung von Grauwasser ist gängig; Insgesamt flächende-ckende Regenwasser(RW)-Retention und kleinere Versorgungseinheiten, in denen auch RW aus gro-ßen städtischen Speichern als Rohwasser genutzt wird. Wärme aus Abwasser wird wiedergenutzt. Ab-wasser wird in Teilströmen erfasst. Neue und sa-nierte Gebäude sind mit mehreren Leitungsnetzen ausgestattet, die äußere Erschließung zieht nach.
Aus gespeichertem RW und aufbereitetem Grau-wasser werden kommunale BetriebsGrau-wassernetze gespeist. Die alten Mischwasserkanäle dienen dem Transport und der Retention von RW. Gering ver-dünntes Schmutzwasser wird über Druck- und Un-terdruckkanalisationen transportiert. Aufgrund der Teilstromerschließung wird die KA vermehrt zur Ressourcenzentrale (Nährstoffe, Wärme, Wasser...) und ist in der kommunalen Regelenergie ein wichti-ger Ressourcenknoten in kommunalen Netzen.
Urban Gardening und Agriculture sind gängige Mo-dule der städtischen Versorgung. Die Bewässerung erfolgt mit kommunalem Betriebswasser. Ebenso dient das Betriebswasser der Bewässerung in der Landwirtschaft. Teilstromtrennung auch bspw. in Krankenhäusern sowie ein starker Ausbau der bäu-erlichen Landwirtschaft bewirken, dass Gewässer von Emissionen aus Landwirtschaft und Siedlungs-gebieten freigehalten werden. Urbane Gewässer sind wieder nutzbarer Teil des Stadtbildes.
Mobilität Zunahme der Verkehrsleistung im Personen und
Güterverkehr: Moderate Zunahme der Personen-verkehrsleistung bis 2050 um ca.+ 4 %, vorrangig im MIV (+ 7%) und im Schienenverkehr (+ 7 %).
Rückgang im straßengebundenen ÖV und bei den nicht-motorisierten Verkehrsmitteln. Starke Zu-nahme der Güterverkehrsleistung bis 2050 um ca.
+ 28 %, besonders auf der Straße (+ 33 %), Schiene (+ 17 %) und Binnenschifffahrt (+ 14 %).
Entwicklung der Verkehrsinfrastruktur (anhand der Planungen des BVWP, der die geplanten Ausbauten der Verkehrsinfrastruktur bis 2030 enthält): Insge-samt sind ca. 270 Mrd. € an Investitionen bis 2050
Als übergeordnetes Ziel soll der Sektor Verkehr bis 2050 laut Klimaschutzplan von 2017 „nahezu de-karbonisiert“ sein. Dieses Ziel war nur erreichbar, weil sowohl im Personen- als auch im Güterverkehr die 3 „V“ umgesetzt wurden: „Vermeiden, Verla-gern und Verbessern“.
Vermeidung von Verkehrsleistung (z. B. durch Digi-talisierung, Verbesserung der Besetzungsgrade/des Ladefaktors der Fahrzeuge und durch Sharing/Poo-ling). Verlagerung des Verkehrs auf effizientere und THG -ärmere Verkehrsmittel (z. B. von der Straße
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geplant, davon fließen 98 Mrd. € in den Neu- bzw.
Ausbau (52 % Straße, 43 % Schiene, 5 % Wasser-straße). Im Rahmen des Ausbaus der Transeuropäi-schen Verkehrsnetze (TEN-V) ist zudem geplant, die Sicherheitstechnik auf der Schiene auf das ETCS Sys-tem Level 2 auszubauen.
Entwicklung der Ladeinfrastruktur:
Bis 2020 sollen ca. 16.000 Ladestationen (~ 15 % Schnellladesäulen) gebaut werden - (Ohne weitere Förderung wird der Aufbau nur schleppend voran-gehen). Noch weniger als 100 H2-Tankstellen in Be-trieb (lt. AFID bis 2023 bis zu 400 H2-Tankstellen ge-plant) --> (ohne Förderung und Nachfrage unrealis-tisch).
Entwicklung der Fahrzeugflotten (eigene Berech-nungen des Fraunhofer ISI): Zunahme des Pkw-Be-stands um bis zu 7 % bis 2050. Immer noch ca. 50 % des Pkw-Bestands mit Verbrennungsmotoren bis 2050 (ca. 5 Mio. BEV, 9 Mio. PHEV, 2,5 Mio. FCEV).
Im Bereich der schweren Nutzfahrzeuge noch ca.
70 % Dieselfahrzeuge, bei den leichten Nutzfahr-zeugen noch ca. 56 % Dieselfahrzeuge. Luftfahrt:
Starkes Wachstum. Seeschifffahrt: Starkes Wachs-tum (Treiber: WirtschaftswachsWachs-tum und Globalisie-rung). Binnenschifffahrt: moderates Wachstum, auf-grund geringer Investitionen. Schiene: Starkes Wachstum im Personen- und Güterverkehr (u. a.
3*Container TEU km 2015-2050). Langsamer Aus-bau der Bahninfrastruktur nach Verkehrswegeplan.
auf die Schiene oder der Luft auf die Schiene). Ver-besserung der Effizienz der Fahrzeuge und Vergrö-ßerung der Anteile elektrifizierter Fahrzeuge.
Zusätzlich kamen Biokraftstoffe der 2. und 3. Gene-ration sowie synthetische Kraftstoffe auf Basis er-neuerbar erzeugten Stroms (Power-to-X (PtX)) für Verkehrsmittel mit fehlenden Alternativen (z. B.
Schifffahrt und Luftfahrt) zum Einsatz.
In der Luftfahrt haben strikte Regulierungen gegen THG-Emission die Preise erhöht. In Kombination mit verbesserter IKT-Infrastruktur führte das zu veränderter Reisekultur: Mobile Büros in Zügen und Schiffen führten zu einer verringerten Nach-frage an Flugreisen - vor allem < 2.000 km. Die Kom-bination von Biokraftstoffen und PtX führte zu einer Decarbonisierung des Flugverkehrs - kritisch gese-hen werden die Auswirkungen in der Landwirt-schaft. Die Bahn hat seit 2020 den Infrastruktur-ausbau auf Haupt-Korridoren und ETRS Level 3 vo-rangetrieben. Das ermöglichte die Verdopplung des Verkehrsaufkommens der Bahn. Neue Geschäfts-modelle (neue Bahngesellschaft) machten die Bahn attraktiver für Personen und Gütertransport.
Weitere Elektrifizierung und H2-Fahrzeuge minder-ten die THG-Emissionen.
Schifffahrt: Kombination von PtX und windbasier-ten Antriebstechnologien führwindbasier-ten zur Decarbonisie-rung der Schifffahrt. Neue Verbindungen zu Binnen-schifffahrt und erweiterte Hinterlandinfrastruktur ermöglichten ein erhebliches Wachstum im Handel.
Wärme Keine ausreichenden Anreize für Investitionen in
Wärmeinfrastruktur, mit erneuerbare Technologien oder in starke Gebäudedämmung. Der Großteil der Wärmeversorgung wird weiterhin aus fossilen Brennstoffen bereitgestellt. Die Erdgasinfrastruktur wurde weiter ausgebaut. Erdgas wird somit seine marktbeherrschende Position aufrechterhalten. Die alte Dominanz von Heizöl im ländlichen Raum hat langfristig zu Gunsten von Erdgas abgenommen. Im privaten Neubau wird zunehmend mit Wärmepum-pen und starker Gebäudedämmung gebaut. Da die große Aufgabe der Wärmewende jedoch darin be-steht den Gebäudebestand zu dekarbonisieren, rei-chen die Anstrengungen im Neubau voraussichtlich nicht aus, um die großen Dekarbonisierungsaufga-ben im Gebäudebereich zu realisieren.
Gesellschaftlicher Druck führte zu drastischen poli-tischen Maßnahmen zur Beschleunigung der Wär-mewende. Fördermaßnahmen für Wärmetechnolo-gien und -infrastrukturen wurden so umstrukturiert, dass auf fossilen Brennstoffen beruhende Technolo-gien nicht weiter finanziell unterstützt wurden. Fi-nanzielle Unterstützung wird seit den 2020er Jahren nur für kohlenstoffarme Wärmeerzeugungstechno-logien und Dämmstoffe bereitgestellt.
Kohlenstoffarme Technologien wurde substanziell erhöht. Technologien, die auf der Verbrennung fos-siler Technologien beruhen, wurden inzwischen beinahe vollständig aus dem Markt gedrängt. Her-steller alter fossiler Wärmetechnologien passten ihr Portfolio der neuen Marktumgebung an.
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Gas Moderater Rückgang der Gasbedarfe. Nur leicht rückläufige Durchdringung mit Gasheizungen im Ge-bäudebereich bei zugleich moderatem Verbrauchs-rückgang. Nur leicht rückläufige Durchdringung mit Gaskesseln in der Industrie bei zugleich moderaten Verbrauchsrückgang.
Steigende Gaskraftwerkskapazitäten als Backup für Erneuerbare bei zugleich relativ konstantem Ver-brauch.
Nutzung von Elektrolyse-Wasserstoff in wenigen Segmenten, z. B. zur Ammoniakherstellung und im Schienenverkehr.
Zunehmende Beimischung von Wasserstoff in den Gasnetzen.
Längerfristig Substitution von Erdgas durch erneuer-bares Methan.
Starker Rückgang der Gasbedarfe. Stark rückläufige Durchdringung mit Gasheizungen im Gebäudebe-reich bei zugleich sehr deutlichem Verbrauchsrück-gang. Stark rückläufige Durchdringung mit Gaskes-seln in der Industrie bei zugleich deutlichem Ver-brauchsrückgang.
Gaskraftwerkskapazitäten als Backup für Erneuer-bare bei zugleich rückläufigem Verbrauch.
Nutzung von Elektrolyse-Wasserstoff in größeren Segmenten, insbesondere in der Grundstoffchemie und der Stahlherstellung sowie im Fernlastverkehr.
Längerfristig Substitution der verbleibenden Erd-gasbedarfe durch erneuerbares Methan.
Strom Durch Sektorkopplung ist Strom mit vielen Sektoren verknüpft, so dass ein „weiter so“ viele Bereiche be-trifft. Schleppender EE-Ausbau unter dem geplan-ten Niveau führte dazu, dass der Anteil fossiler Kraftwerke an der Stromerzeugung nur langsam sinkt.
Geringe Sanierungsraten bei Gebäuden und schwa-che Diffusion bei elektrisschwa-chen Wärmepumpen.
Ebenso fand nur ein geringer fuel-switch oder Pro-zessumstellung in der Industrie statt.
Elektromobilität setzte sich nicht flächendeckend durch.
Es gibt keinen vollständigen Konsens über das lang-fristige Leitbild für die Rolle von Strom in der Dekar-bonisierung. Der Bedarf an Strom-Infrastruktur un-terscheidet sich für die Szenarien teilweise erheb-lich.
Konsens in allen Szenarien:
Stromerzeugung in Deutschland vollständig aus er-neuerbaren Quellen. Durch Sektorkopplung nimmt die Bedeutung von Strom in Wärme und Mobilität zu. Es gibt „Stromspeicher“, die bei geringem EE-Dargebot, Strom bereitstellen.
Differenzierung nach Strategien: Falls synthetische Energieträger oder Wasserstoff zum Einsatz kom-men (umstritten), steigt der Strombedarf - das je-doch eventuell zu großen Teilen im Ausland, da häu-fig von hohen Importanteilen ausgegangen wird.
Das erfordert andere Infrastrukturen (im Falle von EE-Methan aber vorhanden).
Daten und IKT Weiße Flecken werden nur schrittweise weniger.
Ballungszentren, Autobahnen und Bahnstrecken werden zuerst versorgt. Danach die ländlichen Ge-biete. Die Ausbauaktivitäten sind unkoordiniert, vielfach wird doppelt verlegt, manche Gebiete wer-den zunächst nicht berücksichtigt.
Es gibt im Jahr 2040 die Telekommunikations-An-bieter (Dt. Telekom, Vodafone, O2 usw.), die Glas-faser-Anschlüsse über das Telefonnetz anbieten und die Kabel-TV-Anbieter (Vodafone, TeleColum-bus usw.), die Glasfaseranschlüsse über den
Kabel-Das „optimale“ Ziel bis 2040 waren Internetverbin-dungen im Gigabitbereich (d. h. 1.000 Mbit/s) im Fest- und im Mobilfunknetz in allen Regionen. Die Verbindungen sollten stabil und zuverlässig sein, eine geringe Latenz (Verzögerung bei Datenübertra-gung) aufweisen und über symmetrische Up- und Downloadkapazitäten verfügen. Freie Auswahl der Anbieter und faire Preise waren gewünscht. Dieses Versorgungsziel ließ sich nur mit Glasfaserleitungen in die Wohnungen (Fiber-to-the-Home) und mit 5G, dem neuen Mobilfunkstandard, sowie stationär mit
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TV-Anschluss realisieren. Daneben gibt es kommu-nale Netzbetreiber, die vor allem in ländlichen Ge-bieten mit staatlicher Unterstützung Internet, Tele-fonie und Fernsehen von Drittanbietern weiterver-markten. Alle Netzbetreiber betreiben eigene Back-bones und Zugangsnetze, ihre Ausbauprojekte sind nicht miteinander koordiniert, es herrscht ein schar-fer Wettbewerb um lukrativste Gebiete.
Fehlende Open Access-Regelungen haben zur Folge, dass Wettbewerb lediglich auf der Netz-ebene stattfindet, wo es ein Duopol zwischen Tele-kom- und Vodafone-Kabel gibt. Die kommunalen Anbieter kommen nur langsam voran, weil es dort vielfach an Know-how fehlt.
Insgesamt werden die Kunden für den Internetan-schluss mehr bezahlen müssen, als dies heute der Fall ist. Dies ist auch der Grund, warum viele Haus-halte im Jahr 2040 noch immer keine Glasfaser nut-zen, obwohl dies technisch möglich wäre.
Im Glasfaserbereich hinkt Deutschland im interna-tionalen Vergleich weit hinterher (weniger als 5 % Glasfaserverfügbarkeit). Derzeit gibt vielfältige Aus-bauaktivitäten von privaten und kommunalen Akt-euren. Allerdings: Wenn der Ausbau in der aktuellen Geschwindigkeit weitergeht, dauert es noch
20 Jahre bis zu einer vollständigen Versorgung der Bevölkerung mit Glasfaser. Beim Mobilfunk in der 5G-Version dürfte es noch länger dauern.
dem neuesten WLAN-Standard erreichen. Funkver-bindungen sind auf Sendestationen angewiesen, die an Glasfaser-Backbones angebunden sein müssen.
D. h. ein engmaschiges Glasfaser-Festnetz ist Vo-raussetzung für alle Verbindungsarten.
Das Ziel wurde schneller erreicht, als 2019 noch zu erwarten gewesen war. Bessere Koordination und funktionierender Wettbewerb sorgten für einen schnellen Ausbau und für niedrige Preise.
Ausschlaggebend waren aus der Rückschau zwei Faktoren: Die Ausbauoffensive der Kabelnetzbe-treiber ab 2020 hat dazu geführt, dass die TK-An-bieter nachziehen mussten. Dies hat eine enorme Dynamik beim Glasfaserausbau erzeugt.
Die Politik hat durch den runden Tisch „Gigabitaus-bau für Deutschland“ für eine bessere Koordina-tion von kommerziellen und kommunalen Ausbau-aktivitäten gesorgt. So konnte der Ausbau auch in den ländlichen Gebieten mit staatlicher Förderung vorangetrieben werden. Gigabitanschlüsse werden von allen genutzt, weil die Preise moderat sind.
Dies ist das Ergebnis der Regulierung, die es ge-schafft hat, in einer komplexen Anbieterlandschaft Wettbewerb zu schaffen. Kunden können unkompli-ziert wechseln. Durch Open Access-Regelungen fin-det Wettbewerb auch auf der Anwendungsebene statt. Die Wirtschaft hat von der verfügbaren Band-breite profitiert. Es wurden innovative Dienste ent-wickelt und es haben sich Hotspots der Digitalisie-rung gebildet.
Danke an die Expertenrunde:
Dr. Michael Krail, Dr. Jonathan Köhler, Dr. Benjamin Pfluger, Dr. Jakob Wachsmuth, Julius Wesche, Dr. Bernd Beckert, Dr. Thomas Hillenbrand - alle Fraunhofer ISI
Ausgehend von der Annahme, dass die deutschen Klimaziele nur mit großen Anstrengungen noch erreichbar sind (vgl. auch die GreenLife-Szenarien der RESCUE-Studie in UBA Climate Change 36/2019), werden im Folgenden nur für das OPTIMAL-Szenario die resultierenden Inf-rastrukturen beschreiben.
Resultierende Infrastrukturen im Konzept OPTIMAL 2050 Wasserversorgung und Abwasserentsorgung
Regenwasser-Retentionsräume auf Grundstücks-, Quartiers- und Stadtebene.
Mehrfache Leitungen (Abwasserteilströme im Haus) sowie doppelte Versorgung (Trink- und Betriebswas-ser) im Haus. Betriebswassernetze in Quartieren. Druck- oder Unterdruckentwässerung für restliches Ab-wasser. Wärmerückgewinnung. Kläranlagen als strategische Knoten im Netz.
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Resultierende Infrastrukturen im Konzept OPTIMAL 2050 Mobilität
Rückbau der Straßeninfrastruktur. Umwidmung von Straßenflächen für Rad- und Fußverkehr, Ausweitung des Radschnellwegenetzes. Flächendeckender Ausbau von Schnell- und Normalladesäulen. Ausbau Ober-leitungsinfrastruktur auf Bundesautobahnen (ca. 4.000 bis 10.000 km) für Hybrid-Oberleitungs-LkW. Aus-bau H2-Tankstellennetz auf 1.000 Tankstellen. AusAus-bau der Schieneninfrastruktur (ZuAus-bau von Zuläufen für die internationalen Bahnkorridore, wichtiger Schienenknoten, Elektrifizierung der Nebenstrecken, zuneh-mende Digitalisierung in der Leit- und Sicherungstechnik – ETCS Level 3). Ausbau Nord-Süd (Häfen und Ber-lin). Ausbau grenzüberquerende Strecken. Verbot inländischer Flüge, Ausstattung der Flughäfen mit Infra-struktur zur Betankung mit Biokraftstoffen der 3. Generation. Kein weiterer Aus- und Aufbau der Flughä-fen. Schifffahrt: Ausbau von PtX und H2 in HäFlughä-fen. Ausbau Hinterlandinfrastruktur.
Wärme
Raumwärme und Warmwasser wird über solarthermische Anlagen und Wärmepumpen zur Verfügung ge-stellt. Es wird Tiefengeothermie und Solarthermie sowie als Brückentechnologie Abwärme von Großver-brauchern genutzt. Wo dies nicht möglich ist, kommen verstärkt Großwärmepumpen zum Einsatz. Ge-bäude im Stadtrandgebieten und auf dem Land werden hauptsächlich mit eigenen Solar-Thermieanlagen und/oder Solar-PV-Anlagen in Verbindung mit Wärmepumpen versorgt.
Klein- und Kleinstwärmenetze entstehen rund um urbane oder suburbane Wärmeemittenten wie Super-märkte, Lagerhallen oder andere Gewerbegebäuden.
Die Gasinfrastruktur wird mittelfristig zurückgebaut. Biogas wird nicht (mehr) für Gebäudewärme genutzt, sondern findet seine Anwendung ausschließlich in industriellen Anlagen.
Gas
Deutliche Änderung des Infrastrukturbedarfs. Gasverteilnetze in Wohngebieten nur noch vereinzelt not-wendig. Gasnetze für Industrie abgesehen von energieintensiven Branchen nur vereinzelt benötigt.
Erhalt größerer Gasspeicherkapazitäten für Peak-Nachfragen, deren Nutzung stärker fluktuiert. Aufbau von regionalen H2-Netzen, teils durch Umwidmung bestehender redundanter Gasnetze. Höhere Wasser-stoffverträglichkeit von Betriebsmitteln notwendig.
Umbau des Fernleitungsnetzes hin zu anderen Flussrichtungen und Importrouten für erneuerbares Me-than.
Strom
Stromerzeugung vollständig aus erneuerbaren Quellen. Durch Sektorkopplung nimmt die Bedeutung von Strom in Wärme und Mobilität zu. Es gibt „Stromspeicher“, die bei geringem EE-Dargebot Strom bereitstel-len.
Ohne/mit wenig strombasierten Energieträgern: Langfristig starker Stromnetzausbau über die derzeitigen Planungen hinaus erforderlich. Gilt im Übertragungsnetz (Akzeptanz für neue Freileitungen? Hohe Kosten für Erdkabel?) und für die Verteilungsnetze, wo neue Verbraucher, insbesondere Wärmepumpen und Elektromobilität, höhere Leistungen erfordern.
Mit strombasierten Energieträgern:
Weniger Netzausbau im Übertragungs- als auch im Verteilnetz erforderlich.
Dafür jedoch andere Infrastrukturen erforderlich, die entweder weiter betrieben, umgestellt oder neu ge-baut werden müssen.
Daten und IKT
Zuführungs-Backbones durchgehend auf Glasfaserbasis.
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Resultierende Infrastrukturen im Konzept OPTIMAL 2050
Endkundenzugangsnetze als direkte Glasfaserzugänge, schneller Übergang von herkömmlichem TK- und Kabel-TV-Netz auf Glasfaser.
Durch Koordination der Ausbauaktivitäten aller Akteure beinahe gleichzeitiger Ausbau in dicht und dünn besiedelten Gebieten. Im mobilen und portablen Bereich: Anbindung von Antennenmasten an leistungsfä-hige Festnetz-Verbindungen (Nodes) wächst langsam.
Dank an die Expertenrunde:
Dr. Michael Krail, Dr. Jonathan Köhler, Dr. Benjamin Pfluger, Dr. Jakob Wachsmuth, Julius Wesche, Dr. Bernd Beckert, Dr. Thomas Hillenbrand - alle Fraunhofer ISI