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Wie man wieder nachhaltig Energie aus Biomasse bekommt

Sun, 20 Sep 2020 00:00:00 +0000

Abbildung: Kopfbäume in Deutschland. Bild: René Schröder (CC BY-SA 4.0).

Wie soll das Fällen von Bäumen nachhaltig sein?

Das Befürworten von Biomasse als erneuerbare Energiequelle, welche fossile Brennstoffe ersetzen soll, ist ein umstrittenes und kontroverses Thema unter Umweltschützern geworden. Die Kommentare unter dem letzten Artikel, welcher die Nutzung thermoelektrischer Öfen als Inhalt hatte, illustrieren dies gut:

“Wie der neue Film ‘Planet of the Humans’ gezeigt hat, ist Biomasse - auch genannt: tote Bäume - überhaupt keine erneuerbare Energiequelle, auch wenn die EU diese als solche deklariert.”
“Wie soll das Fällen von Bäumen nachhaltig sein?”
“Der Artikel versäumt es anzumerken, dass ein Holzofen mehr CO2 produziert als ein Kohlekraftwerk für jede Tonne Holz/Kohle, die verbrennt wird.”
“Das ist purer Wahnsinn. Bäume zu verbrennen um unseren CO2-Fußabdruck zu reduzieren ist ein Oxymoron.”
“Nur der CO2-Fußabdruck für sich ist schon entsetzlich.”
“Das größte Problem daran, etwas zu verbrennen, ist: Einmal verbrannt, ist es für immer weg.”
“Die einzige naive Frage die ich zu diesem lächerlichen Artikel hinzufügen kann ist: Wo soll all das Holz herkommen?”

Anders als die Kommentare vermuten lassen, versucht der Artikel nicht zu befürworten, Biomasse als Energiequelle weiter auszubauen. Stattdessen legt er dar, dass bereits brennende Biomassefeuer - benutzt von rund 40% der heutigen Weltbevölkerung - Elektrizität als Nebenprodukt produzieren könnten, sofern sie mit thermoelektrischen Modulen ausgerüstet würden.

Gleichwohl sind mehrere Kommentatoren bei ihrer Kritik geblieben, nachdem sie den Artikel nochmal genauer gelesen hatten. Einer von ihnen schrieb: “Wir sollten versuchen das Verbrennen von Biomasse weltweit zu beseitigen, anstatt es attraktiver zu machen.”

Scheinbar hat sich die Hightechdenkweise in den Köpfen (urbaner) Umweltschützer so weit ausgebreitet, dass sie Biomasse als inhärent bedenkliche Energiequelle ansehen - ähnlich wie fossile Brennstoffe. Nur damit keine Missverständnisse aufkommen, die Kritiker sind durchaus im Recht nicht nachhaltige Praktiken in der Biomasseproduktion anzuprangern. Diese sind aber das Ergebnis eines relativ jungen, “industriellen” Ansatzes der Forstwirtschaft. Wenn wir hingegen historische Praktiken in der Forstwirtschaft betrachten, sehen wir, dass Biomasse potentiell eine der nachhaltigsten Energiequellen auf diesem Planeten ist.

Der Niederwald: Holz ernten, ohne Bäume zu töten

Heutzutage wird das meiste Holz geerntet, indem Bäume getötet werden. Vor der industriellen Revolution wurde viel Holz von lebenden Bäumen geerntet, indem diese geschneitelt wurden. Das Prinzip hinter der Schneitelung basiert auf der natürlichen Fähigkeit von vielen Laubbaumarten aus beschädigten Stämmen oder Wurzeln neu auszutreiben - Schäden wegen Feuer, Wind- oder Schneebruch, Tieren wie Biber, Krankheiten oder (an Hängen) Steinschlag. Forstwirtschaft auf Basis der Schneitelung beinhaltet, Bäume nahe dem Boden abzuschneiden (“Auf den Stock setzen”), welche dann an dem Stumpf (der dann Stock genannt wird) mehrere neue Austriebe entwickelt (der Stockausschlag) und so einen vielstämmigen neuen Baum wachsen lassen. Ein Wald der auf diese Weise gewachsen ist, nennt man Niederwald.

Abbildung: Stockausschlag. Bildquelle: Geert Van der Linden.

Abbildung: Ein frisch geschneiteltes Stück Eichenwald. Bildquelle: Henk vD. (CC BY-SA 3.0)

Abbildung: Niederwald in Surrey, England. Bildquelle: Martinvl (CC BY-SA 4.0)

Wenn wir an forstwirtschaftlich genutzte Wälder denken, stellen wir uns einen Wald mit dicht gestellten, hohen Bäumen vor. Allerdings waren, bis zum Anfang des zwanzigsten Jahrhunderts, mindestens die Hälfte der Wälder in Europa Niederwälder, mit einem eher buschartigem Erscheinungsbild. ¹ Das Schneiteln von Bäumen kann man bis in die Steinzeit zurück verfolgen, als Menschen Pfahlbauten und Holzstege quer durch prähistorische Moorlandschaften errichteten und dabei tausende Äste und Stämme gleicher Größe benutzten - etwas das man nur mit Niederwald erreichen kann ²

Karten: Die ungefähre historische Ausbreitung von Niederwäldern in der Tschechischen Republik (oben) und Spanien (unten). Quelle: \"Coppice forests in Europe\", siehe [^1]

Seitdem war diese Technik die Standardvorgehensweise um Holz zu produzieren - nicht nur in Europa, sondern praktisch auf der ganzen Welt. Während dem 18. und 19. Jahrhundert breiteten sich, mit dem Beginn industrieller Aktivitäten (Glas-, Eisen-, Ziegel und Kalkproduktion) und dem damit verbundenen steigenden Druck auf die Holzreserven, Niederwälder stark aus.

Kurze Erntezyklen

Weil die jungen Triebe des Stockausschlags auf ein bereits gut ausgebildetes Wurzelsystem zurück greifen können, produziert Niederwald Holz schneller als einzelne, hohe aus Kernwuchs gewachsene Stämme. Beziehungsweise etwas genauer: Obwohl die Effizienz der Photosynthese gleich ist, produziert ein hoher Stamm mehr Biomasse unter dem Boden (in den Wurzeln), während ein geschneitelter Baum mehr Biomasse über dem Boden produziert (im Stockausschlag) - was offensichtlich sinnvoller für die Ernte ist. ³ Auch deswegen wurden beim Schneiteln für gewöhnlich kurze Erntezyklen benutzt, meist zwischen zwei und vier Jahren, wobei auch jährliche Ernten und Zyklen bis zu 12 Jahren vorgekommen sind.

Bilder: Niederwald mit unterschiedlichen Erntezyklen. Bildquelle: Geert Van der Linden.

Aufgrund dieser kurzen Zyklen war Niederwald eine sehr schnelle, regelmäßige und verlässliche Quelle von Feuerholz. Oft wurde er in die gleiche Anzahl an Parzellen geteilt, wie die vorgesehenen Jahre des Erntezyklus. Falls zum Beispiel alle drei Jahre Holz geerntet werden soll, wurde der (Nieder-)Wald in drei Teile geteilt, von denen einer jedes Jahr abgeerntet (geschneitelt) wurde. Kurze Erntezyklen bedeuteten auch, dass es nur wenige Jahre benötigt hat um das CO2, welches beim Verbrennen des Holzes frei wird, mit dem vom neu wachsenden Holz aufgenommenem CO2 zu kompensieren, wodurch der Niederwald tatsächlich klimaneutral wurde. In sehr kurzen Zyklen konnte das neue Holz bereits geerntet werden, wenn die letzte Ernte gerade trocken genug für den Ofen geworden ist.

Manche Baumarten verlieren ihre Regenerationsfähigkeit am Stock mit dem Alter. Nach mehreren Ernten konnten diese Bäume entweder komplett gefällt und durch einen neuen Baum ersetzt, oder zu einem Niederwald mit längerem Erntezyklus gemacht werden. Andere Baumarten behalten ihre Fähigkeit zum Stockausschlag ihr ganzes Leben und können so für Jahrhunderte, vor allem auf guten Böden und mit guter Bewässerung, Triebe zur Verfügung stellen. Lebende Stöcke können über 1.000 Jahre alt werden.

Biodiversität

Ein Niederwald könnte als “Wald” oder “Plantage” bezeichnet werden, aber tatsächlich ist es weder noch - eher irgendetwas dazwischen. Obwohl sie von Menschen bewirtschaftet werden, sind Niederwälder nicht umweltunverträglich. Ganz im Gegenteil: Das Ernten von Holz von lebenden Bäumen anstelle vom Fällen und damit Töten der Bäume ist nützlich für die Lebensformen, die von den Bäumen abhängen. Niederwälder können eine höhere Biodiversität haben als unbewirtschaftete Wälder, da sie stets Bereiche unterschiedlicher Stufen von Licht und Entwicklung haben. Nichts davon trifft auf industrielle Holzplantagen zu, welche wenig bis gar keine anderen Pflanzen oder Tiere beheimaten können und lange Erntezyklen von mindestens zwanzig Jahren haben.

Abbildung: Niederwald in den Niederlanden. Bildquelle: K. Vliet (CC BY-SA 4.0)

Abbildung: Niederwald aus Edelkastanien im Flexham Park, Sussex, England. Bildquelle: Charlesdrakew, public domain.

Unsere Vorfahren haben ebenfalls einzelne, hohe Stämme mit großem Stammumfang gefällt - nur eben nicht für Feuerholz. Hohe Stämme wurden nur “getötet”, wenn großes Bauholz notwendig war, z.B. für den Bau von Schiffen, Gebäuden, Brücken oder Windmühlen. ⁴ Es gab auch Niederwälder, in denen man einzelne, hohe Stämme mehrere Jahrzehnte alt werden ließ, während das umgebende Unterholz des Niederwalds regelmäßig geerntet wurde (ein sogenannter “Mittelwald”, eine Mischung aus Niederwald und Hochwald). Allerdings konnten auch diese einzelnen, hohen Stämme teilweise geschneitelt werden, zum Beispiel indem die Seitenäste geerntet wurden, während sie noch am Leben waren (Astschneiteln).

Mehrzweckbäume

Die archetypische Holzplantage, angepriesen von der industriellen Welt, beinhaltet regelmäßig angeordnete Reihen von Bäumen gleichen Alters in Monokultur, mit einem einzigen Endprodukt - Bauholz, Papierholz oder Brennholz. Im Gegensatz dazu hatten geschneitelte Bäume in vorindustriellen Niederwäldern mehrere Zwecke. Sie lieferten Brennholz, aber auch Bauholz und Tierfutter.

Die gewünschte Holzdimension, festgelegt durch die geplante Nutzung der Triebe, legte die Länge des Erntezykluses fest. Und da nicht jede Art von Holz sich für jede Art der Benutzung eignet, bestanden Niederwälder häufig aus mehreren Baumarten unterschiedlichen Alters. Mehrere Altersklassen von Stämmen konnten sogar am gleichen Stock geerntet werden (“selektives Schneiteln”), und auch die Längen der Erntezyklen konnten sich im Laufe der Zeit auch an die Bedürfnisse und Prioritäten der ökonomischen Aktivitäten anpassen.

Abbildung: Ein kleines Waldstück mit einer vielfältigen Mischung aus Niederwald, Kopfbäumen und normalen Stämmen. Bildquelle: Geert Van der Linden.

Geschneitelte Triebe konnten für beinahe alles verwendet werden, was von einer Gemeinschaft benötigt wurde. ⁵ Junge Weidentriebe zum Beispiel, welche sehr biegsam sind, wurden zu Körben und Kisten geflochten, während Edelkastanienäste für alle Arten von Fässern benutzt wurden, da sich diese nach dem Schnitt weder ausdehnen noch eingehen. Eschen und Palmweiden, mit ihrem geraden, festen Holz wurden für Griffe von Besen, Äxten, Schaufeln, Rechen und anderem Werkzeug benutzt.

Junge Haselnussruten wurden über ihre gesamte Länge gespalten und zwischen die hölzernen Balken von Gebäuden geflochten, um diese dann mit Lehm oder Kuhdung zu verschließen - sogenannte Flechtwerkwände, bzw. Gefach, welches sich später zum Fachwerk weiterentwickelte. Haselnussruten hielten auch Strohdächer zusammen. Erle und Weide, welche beinahe endlose Haltbarkeit unter Wasser haben, wurden als Pfahlfundament oder Flussuferverstärkung benutzt. Das Bauholz, das aus einem Niederwald geerntet wurde, hat nicht seine Energielieferung reduziert, da die gebauten Gegenstände für gewöhnlich lokal benutzt wurden, und am Ende ihrer Lebensdauer immer noch als Feuerholz verbrannt werden konnten.

Abbildung: Astschneiteln für Tierfutter in der Leikanger Kommune, Norwegen. Bildquelle: Leif Hauge. Quelle: [^19]

Niederwälder lieferten auch Nahrung. Auf der einen Seite versorgten sie Menschen mit Früchten, Beeren, Trüffeln, Nüssen, Pilzen, Kräutern, Honig und Wild. Auf der anderen Seite waren sie eine wichtige Quelle von Winterfutter für Nutztiere. Vor der industriellen Revolution wurden viele Schafe und Ziegen mit sogenanntem “Schaflaub”, “Futterlaub”, bzw. “Laubheu” gefüttert - Blätter mit oder ohne Zweige. ⁶

Ulme oder Esche zählten zu den nahrhaftesten Arten, aber Schafe bekamen auch Birke, Haselnuss, Linde, Traubenkirsche und sogar Eiche, während Ziegen auch Erle zugefüttert wurde. In bergigen Regionen wurden auch Pferden, Rindern, Schweinen und Seidenraupen Laubheu gegeben. Futterlaub wurde in Erntezyklen von drei bis sechs Jahren geschnitten, wenn die Zweige das höchste Verhältnis von Laub zu Holz aufweisen. Wenn das Laub von den Tieren gegessen wurde, konnte das verbleibende Holz immer noch verbrannt werden.

Kopfbäume & Hecken

Geschneitelte Stöcke sind vor grasenden Tieren ungeschützt, vor allem wenn der Stockausschlag noch sehr jung ist. Um den Niederwald vor Tieren zu schützen, wurden daher für gewöhnlich Zäune, Hecken oder Gräben um ihn herum angelegt. Im Gegensatz dazu war es mit Kopfbäumen (entstanden durch Kopfschneitelung) möglich, Tiere und Bäume auf der gleichen Fläche zu halten. Kopfbäume werden auch geschneitelt, aber auf einer Höhe von mindestens zwei Metern, um die jungen Triebe außer Reichweite grasender Tiere wachsen zu lassen.

Illustration: Verschiedene Arten der Schneitelung. Bildquelle: Helen J. Read, siehe [^1]

Abbildung: Kopfbäume in Segovia, Spain. Bildquelle: [Ecologistas en Acción](https://www.ecologistasenaccion.org/35724/).

Bewaldete Wiesen und Weiden - ein Mosaik aus Weide und Wald - vereinte das Grasen von Tieren mit der Produktion von Futter, Brennholz und/oder Bauholz mit Kopfbäumen. Bei der “Eichelmast” wurden Schweine im Herbst in einen Kopfbaumwald aus Eichen geschickt, damit sie die heruntergefallenen Eicheln fressen konnten. Dieses System war die Hauptsäule der Schweinefleischproduktion in Europa für Jahrhunderte. ⁷ Die Streuobstwiese vereinte den Obstanbau mit Weidelandhaltung – kopfgeschneitelte Obstbäume boten den Tieren Schatten, während diese außer Reichweite des Obstes waren, aber die Bäume düngten.

Abbildung: Wald oder Wiese? Etwas zwischen drin. Eine \"Dehesa\" (beweideter Eichenhain einer Schweinefarm) in Spanien. Bildquelle: Basotxerri (CC BY-SA 4.0).

Abbildung: Rinder grasen zwischen Kopfbäumen in Huelva, Spanien. (CC BY-SA 2.5)

Abbildung: Eine Streuobstwiese umgeben von einer Lebendhecke in Rijkhoven, Belgien. Bildquelle: Geert Van der Linden.

Während Landwirtschaft und Forstwirtschaft heutzutage strikt getrennte Aktivitäten sind, war in früheren Tagen der Bauernhof der Wald und der Wald der Bauernhof. Es würde viel Sinn ergeben, diese beiden wieder zusammen zu führen, da die Land- und Viehwirtschaft - nicht die Holzwirtschaft - der Hauptverantwortliche für Entwaldung und Abholzung ist. Solange Bäume Tierfutter liefern, sollte Fleisch- und Milchproduktion nicht zu einer Abholzung führen. Wenn Getreide im gleichen Feld angebaut werden können wie Bäume, so sollte auch die Landwirtschaft nicht zu einer Abholzung führen. Bewaldete Bauernhöfe würden auch zu einer artgerechteren Tierhaltung, fruchtbareren Böden und besserem Erosionsschutz führen.

Streifenbepflanzungen

Aufwändige Plantagen konnten aus Niederwald oder Kopfbäumen bestehen, und wurden häufig als Gemeingut gepflegt. Allerdings wurde die Schneitelung nicht nur bei großflächigen Waldplantagen benutzt. Kleine Wäldchen zwischen Feldern, oder neben einem ländlichen Haus wurden ebenfalls von einem einzelnen Haushalt geschneitelt und gepflegt. Größere Mengen Holz wuchs auch in linienförmiger Bepflanzung um das Hofgelände, Felder und Wiesen, neben Gebäuden, entlang von Wegen, Straßen und Wasserläufen. Geschneitelte Bäume und Büsche konnten so Baumreihen wie Halballeen, Alleen oder auch eine dichte Hecke bilden (Anm. des Übersetzers: Im Deutschen gibt es hier noch die Unterscheidungen “Niederhecke”, “Hochhecke” und “Baumhecke”). ⁸

Abbildung: Heckenlandschaft in der Normandie, Frankreich, ca. 1940. Bildquelle: W Wolny, public domain.

Abbildung: Streifenbepflanzungen in Flandern, Belgien. Ausschnitt aus der Ferraris Karte, 1771-78.

Obwohl Streifenbepflanzung für gewöhnlich mit englischen Hecken assoziiert wird, waren sie in weiten Teilen Europas verbreitet. Im Jahre 1804 brachte der englische Historiker Abbé Mann seiner Verwunderung Ausdruck, als er über seinen Besuch in Flandern (heutiger Teil Belgiens) schrieb: “Alle Felder sind umgeben von Hecken, und dicht besetzt mit Bäumen, in einem solchen Maße, dass die gesamte Landschaft, von einer kleinen Erhöhung aus betrachtet, wie ein großer, ununterbrochener Wald erscheint.”. Typisch für diese Region war die große Anzahl an Kopfbäumen. ⁸

Wie Niederwälder waren Streifenbepflanzungen vielfältig und versorgten die Menschen mit Brennholz, Bauholz und Laubheu. Im Gegensatz zu Niederwäldern, hatten diese allerdings noch eine zusätzliche Funktion, abhängig von ihrem Standort. ⁹ Eine davon waren Grundstücksgrenzen: um Nutzvieh drinnen und wilde Tiere oder Rinder auf Gemeineigentum draußen zu halten. Es gab viele verschiedene Techniken um Hecken undurchdringlich zu machen, selbst für kleine Tiere wie Hasen oder Kaninchen. Um Weiden herum konnten Hecken oder Reihen von dicht gepflanzten Kopfbäumen, größere Tiere wie Kühe aufhalten. Wenn Weidenruten eingeflochten wurden, konnten solche Bepflanzungen auch kleine Tiere stoppen (“Gebück”). ⁸

Abbildung: Ausschnitt eines Eibengebücks. Bildquelle: Geert Van der Linden.

Abbildung: Eine Hecke. Bildquelle: Geert Van der Linden.

Abbildung: Kopfbaumhecke in Nieuwekerken, Belgien. Bildquelle: Geert Van der Linden.

Abbildung: Niederwaldstöcke in einer Weide. Bildquelle: Jan Bastiaens.

Streifenbepflanzungen boten auch Schutz gegen das Wetter. Hecken schützten Felder, Streuobstwiesen und Gemüsegärten gegen Wind, welcher den Boden erodieren und die Ernte beschädigen konnte (Anm. des Übersetzers: diese werden heutzutage auch Windschutzstreifen genannt). In wärmeren Gefilden schützten Bäume Getreide vor der Sonne und düngten die Böden. Kopfgeschneitelte Linden (Kopflinden), die ein sehr dichtes Blätterdach haben, wurden oft direkt neben Fachwerkhäuser gebaut, um sie vor Wind, Regen und Sonne zu schützen. ¹⁰

Misthaufen wurden von einem oder mehreren Bäumen geschützt, damit die wertvolle Ressource nicht wegen Wind und Sonne verdunsten konnte. Im Hof einer Wassermühle wurde das hölzerne Wasserrad von einem Baum überdacht, um ein Eingehen oder Ausdehnen des Holzes in Zeiten der Dürre oder Inaktivität zu vermeiden. ⁸

Abbildung: Ein Kopfbaum schützt ein Wasserrad. Bildquelle: Geert Van der Linden.

Abbildung: Kopflinden schützen ein Bauernhofgebäude in Nederbrakel, Belgien. Bildquelle: Geert Van der Linden.

Der Standort zählt

Entlang von Wegen, Straßen und Wasserläufen hatten Streifenbepflanzungen die meisten der standortspezifischen Funktionen wie auf Höfen. Rinder und Schweine wurden entlang bestimmter, von Hecken oder Gebück gesäumter Wege getrieben. Mit dem Erscheinen der Eisenbahn, halfen Hecken Kollisionen mit Tieren zu vermeiden. Sie schützten Reisende vor Wetter und kennzeichneten die Route, so dass Menschen und Tiere in verschneiten Landstrichen nicht vom Weg abkamen. Sie verhinderten auch Erosion an Flussufern und Hohlwegen.

Alle Aufgaben von Linienbepflanzung konnte auch von toten Holzzäunen geleistet werden, die leichter bewegt werden können, weniger Platz verbrauchen, keine Licht- und Nährstoffkonkurrenz zur Ernte bilden, und in kurzer Zeit errichtet werden können. ¹¹ Allerdings wurden lebende Hecken in Zeiten und Orten mit Holzmangel bevorzugt (und manchmal vorgeschrieben), da sie eine andauernde Holzquelle darstellen, während Holzzäune ein andauernder Holzverbraucher waren. Ein Holzzaun mag kurzfristig Platz und Zeit sparen, aber er setzt voraus, dass sein Holz für Errichtung und Instandhaltung woanders im Umland angebaut und geerntet werden muss.

Abbildung: Kopfbaumhecke in Belgien. Bildquelle: Geert Van der Linden.

Die Benutzung lokaler Holzreserven wurde maximiert. Zum Beispiel war der Baum, der neben ein Wasserrad gepflanzt wurde nicht irgendein Baum. Es war Hartriegel oder Ulme, deren Holz am Besten geeignet für das Getriebe der Mühle war. Wenn ein Ersatzteil für eine Reparatur benötigt wurde, konnte das Holz direkt neben der Mühle geerntet werden. Ebenso wurden Hecken entlang von Straßen dazu benutzt, um diese Instand zu halten. Die jungen Triebe wurden zu Bündeln zusammengebunden und als Fundament benutzt, oder um Schlaglöcher zu stopfen. Da die Bäume geschneitelt und nicht gefällt wurden, ging keine Funktion je auf Kosten einer anderen.

Wenn heutzutage für das Pflanzen von Bäumen plädiert wird, so sind die Ziele in Begriffen von Waldfläche oder Baumanzahl verfasst, aber es wird kaum auf ihren Standort geachtet - welcher sogar am anderen Ende der Welt sein könnte. Wie aber die obigen Beispiele zeigen, kann das Pflanzen von Bäumen in der Nähe und am richtigen Standort ihr Potential deutlich optimieren.

Geformt durch Grenzen

In industriellen Gesellschaften ist das Schneiteln weitestgehend verschwunden, obwohl man noch Kopfbäume entlang von Straßen oder in Parks antreffen kann. Ihr Gehölzschnitt, welcher früher ganze Gemeinschaften versorgt hat, wird heute als Abfallprodukt angesehen. Aber wenn es doch so gut funktioniert hat, warum wurde der Niederwald als Quelle für Energie, Materialien und Nahrung aufgegeben? Die Antwort ist kurz: fossile Brennstoffe. Unsere Ahnen setzten auf Schneitelung, weil sie keinen Zugang zu fossilen Brennstoffen hatten, und wir setzen nicht auf Schneitelung, weil wir ihn haben.

Unsere Ahnen setzten auf Schneitelung, weil sie keinen Zugang zu fossilen Brennstoffen hatten, und wir setzen nicht auf Schneitelung, weil wir ihn haben

Am offensichtlichsten haben fossile Brennstoffe Holz als Energie- und Materialquelle abgelöst. Kohle, Gas und Öl übernahmen die Rolle von Brennholz für Kochen, Heizen von Räumen und Wasser, sowie industrieller Prozesse, die auf thermischer Energie angewiesen sind. Metall, Beton und Ziegel - Materialien, die es seit Jahrhunderten gibt - wurden erst weit verbreitete Alternativen zu Holz, nachdem diese mit fossilen Brennstoffen hergestellt werden konnten, welche uns auch Plastik brachten. Kunstdünger - Produkt fossiler Brennstoffe - steigerte den globalen Handel mit Tierfutter, und machte Laubheu überholt. Die Motorisierung der Landwirtschaft - getrieben von fossilen Brennstoffen - führte zu immer größeren Äckern, zusammen mit der Beseitigung von Bäumen und Hecken auf Bauernhöfen.

Weniger offensichtlich, aber mindestens genau so wichtig, haben fossile Brennstoffe die Forstwirtschaft transformiert. Heutzutage hängt das Fällen, Weiterverarbeiten und Transportieren von Holz stark von fossilen Brennstoffen ab, während in der Vergangenheit Menschen und Tiere diese Leistung erbrachten - welche ihrerseits von Biomasse getrieben werden. Es waren die Grenzen dieser Arbeitskraft, die den Niederwald auf der ganzen Welt entstehen ließen und geformt haben.

Abbildung: Holzernte von Kopfbäumen in Belgien, 1947. Credit : Zeylemaker, Co., Nationaal Archief (CCO)

Abbildung: Brennholztransport im Baskenland. Quelle: Notes on pollards: best practices' guide for pollarding. Gipuzkoaka Foru Aldundía-Diputación Foral de Giuzkoa, 2014.

Holz wurde von Hand, mit einfachen Werkzeugen wie Messern, Macheten, Hippen bzw. Praxen, Äxten und (später) Sägen geerntet und weiterverarbeitet. Da der Arbeitsaufwand vom Fällen mit der Hand abhängig vom Stammdurchmesser war, war es billiger und praktikabler viele dünne Äste und Ruten zu ernten als einige wenige dicke Stämme zu fällen. Zusätzlich war es nicht nötig die geschneitelten Äste noch zu spalten. Die Äste und Ruten wurden auf eine Länge von etwa einem Meter geschnitten und zu Holzbündeln zusammengebunden, welche einfach zu handhaben waren.

Es waren die Grenzen menschlicher und tierischer Arbeitskraft, die den Niederwald auf der ganzen Welt entstehen ließen und geformt haben

Um Brennholz zu transportieren, griffen unsere Vorfahren auf Kutschen zurück, die von Tieren über oft sehr schlechte Straßen gezogen wurden. Daher musste Brennholz, sofern es nicht über Wasserwege transportiert werden konnte, in einem Radius von 15-30 km um den Zielort gefällt werden. ¹² Bei Distanzen darüber hinaus benötigte die menschliche und tierische Arbeitskraft mehr Energie für den Transport als das Brennholz lieferte, und es wäre daher sinnvoller gewesen, das Brennholz auf der Weide der Zugtiere anzubauen, anstatt diese darauf grasen zu lassen. ¹³ Es gab allerdings einige Ausnahmen von dieser Regel. Manche industrielle Vorgänge, wie Eisen- oder Pottascheproduktion, konnten in entfernter gelegene Wälder verlegt werden - der Transport von Eisen oder Pottasche war ökonomisch sinnvoller als der Transport von Brennholz zu den Produktionsstätten. Im Allgemeinen waren Niederwälder (und natürlich auch Streifenbepflanzungen) aber in der unmittelbaren Umgebung der Stätte angesiedelt, die das Holz benötigte.

Kurz gesagt trat die Schneitelung im Kontext von Grenzen auf. Da sie mit einem schnelleren Wuchs und einer vielseitigeren Platznutzung einher geht, maximierte sie die lokale Holzversorgung einer Region. Durch die dünnen Äste wurde die Ernte von Hand und der Transport so ökonomisch und praktikabel wie möglich.

Kann maschinell Geschneitelt werden?

Ab dem zwanzigsten Jahrhundert wurde mit Motorsägen geerntet und seit dem 1980ern wurde Holz zunehmend von leistungsfähigen Maschinen geerntet, die einen ganzen Baum fällen und direkt vor Ort in Minuten zersägen können. Mit fossilen Brennstoffen kam auch eine bessere Transportinfrastruktur, welche Waldreserven zugänglich gemacht hat, die zuvor den Menschen verschlossen waren. Infolgedessen kann Brennholz heutzutage auf einer Seite des Planeten angebaut werden und auf der anderen Seite konsumiert.

Die Benutzung fossiler Brennstoffe führen nun zu Kohlenstoffdioxidemissionen bei einer bis dato klimaneutralen Tätigkeit, aber noch wichtiger haben sie die Holzproduktion zu einem deutlich größeren - nicht mehr nachhaltigen - Ausmaß anschwellen lassen. ¹⁴ Der, von fossilen Brennstoffen getriebene, weite Transport hat die Verbindung zwischen Angebot und Nachfrage zerstört, welche die lokale Forstwirtschaft bis dahin geregelt hat. Wenn Holzangebot begrenzt ist, hat eine Gemeinschaft keine andere Wahl als sicher zu stellen, dass die Rate von Holzernte und Holzregeneration im Gleichgewicht sind. Ansonsten riskiert die Gemeinschaft, dass ihr Brennholz, Bauholz und Tierfutter ausgeht und sie würde aufgegeben werden müssen.

Abbildung: Maschinell geernteter Weideniederwald. Kurz nach der Schneitelung (rechts) , dreijähriges Wachstum (links). Bildquelle: Lignovis GmbH (CC BY-SA 4.0).

Ebenso hat die rein maschinelle Ernte die Forstwirtschaft auf ein Ausmaß anwachsen lassen, das inkompatibel mit nachhaltigem Waldmanagement ist. Unsere Vorfahren haben keine großen Bäume für Brennholz gefällt, weil es nicht ökonomisch sinnvoll war. Heute macht die Forstwirtschaft genau das, weil es mit den eingesetzten Maschinen der profitabelste Weg ist. Im Vergleich zur industriellen Forstwirtschaft, in der ein Arbeiter bis zu 60 m3 Holz pro Stunde ernten kann, ist der Niederwald extrem arbeitsintensiv. Folglich kann er nicht in einem ökonomischem System konkurrieren, das es fördert menschliche Arbeitskraft durch Maschinen zu ersetzen, die mit fossilen Brennstoffen angetrieben werden.

Der Niederwald kann nicht in einem ökonomischem System konkurrieren, das es fördert menschliche Arbeitskraft durch Maschinen zu ersetzen, die mit fossilen Brennstoffen angetrieben werden

Einige Wissenschaftler und Ingenieure haben versucht dieses Problem zu lösen, indem sie maschinelle Schneitelmaschinen vorgestellt haben. ¹⁵ Allerdings begibt man sich mit der Mechanisierung auf dünnes Eis. Die Maschinen sind nur auf größeren Waldgebieten (>1 ha), bestehend aus geschneitelten Bäumen der gleichen Art, gleichen Alters und gleichem Verwendungszweck (meist Brennholz), praktikabel und ökonomisch sinnvoll. Wie wir gesehen haben, schließt diese Art der Nutzung ältere Formen der Niederwaldnutzung aus, wie Mehrzweckbäume und Heckenpflanzung. Kommt noch der Transport via fossiler Brennstoffe hinzu, ist das Endresultat eine Art der industriellen Niederwaldnutzung, die nur wenige Verbesserungen mit sich bringt.

Abbildung: Niederwald entlang eines Bachlaufs in 's Gravenvoeren, Belgien. Credits: Geert Van der Linden.

Nachhaltige Forstwirtschaft ist in erster Linie lokal und Handarbeit. Das bedeutet nicht, dass wir die Vergangenheit kopieren müssen um Biomasse wieder zu einer nachhaltigen Energiequelle zu machen. Zum Beispiel kann der Radius der Holzversorgung mit Hilfe von energieeffizienten Transportmöglichkeiten, wie Lastenräder oder Seilbahnen, vergrößert werden, die sehr viel effizienter als Pferde- oder Ochsenkarren über schlechte Straßen sind und ohne fossile Brennstoffe betrieben werden können. Manuelle Werkzeuge sind auch deutlich effizienter und ergonomischer geworden. Wir könnten sogar Motorsägen benutzen, die mit Biokraftstoffen betrieben werden - eine deutlich realistischere Nutzungsmöglichkeit als in Automotoren. ¹⁶

Die Vergangenheit lebt weiter

Dieser Artikel hat die industrielle Biomasseproduktion mit historischen Formen der Forstwirtschaft in Europa verglichen, aber tatsächlich besteht keine Notwendigkeit in der Vergangenheit nach Inspiration zu suchen. Die 40% der Weltbevölkerung, die in ärmeren Gesellschaften leben und immer noch Holz zum Kochen und Heizen von Wasser und Wohnraum verbrennen müssen, sind keine Kunden der industriellen Forstwirtschaft. Stattdessen bekommen sie ihr Brennholz auf so ziemlich die gleiche Weise wie wir in früheren Zeiten, auch wenn die Baumarten und Umweltbedingungen sehr unterschiedlich sein können. ¹⁷

Eine Studie aus dem Jahre 2017 berechnete, dass der Holzverbrauch von Menschen in “Entwicklungsländern” - ca. 55% der weltweiten Holzernte und 9-15% des gesamten, weltweiten Energieverbrauchs - nur 2-8% der menschengemachten Klimaeinwirkung ausmachen. ¹⁸ Warum so wenig? Weil, so schreiben die Wissenschaftler, ungefähr zwei Drittel der Holzernte von Entwicklungsländern auf nachhaltige Weise geerntet wird. Menschen sammeln hauptsächlich Totholz, bauen viel Nutzholz außerhalb des Waldes an, sie Schneiteln und sie bevorzugen Mehrzweckbäume, die zu wertvoll sind um sie zu fällen. Die Gründe sind die gleichen wie die unserer Vorfahren: die Menschen haben keinen Zugang zu fossilen Brennstoffen und sind daher an die lokale Holzversorgung gebunden, die von Hand geerntet und transportiert werden muss.

Abbildung: Afrikanische Frauen tragen Feuerholz. (CC BY-SA 4.0)

Diese Zahlen bestätigen, dass es nicht die Biomasse ist, die nicht nachhaltig ist. Wenn die gesamte Menschheit so leben würde, wie die 40% die immer noch regelmäßig Biomasse verbrennt, wäre der Klimawandel kein Thema. Was wirklich schädlich ist, ist unser energieverschwenderischer Lebensstil. Wir können offensichtlich keine Hightech-Industrienation mit Niederwald und Heckenpflanzungen erhalten. Aber das Gleiche trifft auf jede andere Energiequelle zu, Uran und fossile Brennstoffe eingeschlossen.

Mehrere Quellen: Unrau, Alicia, et al. Coppice forests in Europe. University of Freiburg, 2018. // Notes on pollards: best practices’ guide for pollarding. Gipuzkoako Foru Aldundia-Diputación Foral de Gipuzkoa, 2014. // A study of practical pollarding techniques in Northern Europe. Report of a three month study tour August to November 2003, Helen J. Read. // Aarden wallen in Europa, in “Tot hier en niet verder: historische wallen in het Nederlandse landschap”, Henk Baas, Bert Groenewoudt, Pim Jungerius and Hans Renes, Rijksdienst voor het Cultureel Erfgoed, 2012. ↩︎
Logan, William Bryant. Sprout lands: tending the endless gift of trees. WW Norton & Company, 2019. ↩︎
Holišová, Petra, et al. “Comparison of assimilation parameters of coppiced and non-coppiced sessile oaks”. Forest-Biogeosciences and Forestry 9.4 (2016): 553. ↩︎
Perlin, John. A forest journey: the story of wood and civilization. The Countryman Press, 2005. ↩︎
Die meisten Informationen stammen aus belgischen Publikationen (in Niederländisch): Handleiding voor het inventariseren van houten beplantingen met erfgoedwaarde. Geert Van der Linden, Nele Vanmaele, Koen Smets en Annelies Schepens, Agentschap Onroerend Erfgoed, 2020. For a good (but concise) reference in English, see Rotherham, Ian. Ancient Woodland: history, industry and crafts. Bloomsbury Publishing, 2013. ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎
Obwohl Laubheu in ganz Europa genutzt wurde, war es besonders in bergigen Regionen verbreitet, wie Skandinavien, den Alpen oder den Pyrenäen. Zum Beispiel haben 1850 in Schweden 1,3 Millionen Schafe und Ziegen 190 Millionen Laubheubündel jährlich gefressen, für die mindestens 1 Millionen Hektar Laubwald benutzt wurde, meist als Kopfbäume. Die Ernte von Laubheu wurde schon vor der Nutzung von Heu als Winterfutter gemacht. Äste konnten mit Steinwerkzeug geschnitten werden, während das Schneiden von Gras Bronze- oder Eisenwerkzeug benötigt. Obwohl die Kopf- und Stockschneitelung meist im Winter gemacht wurde, muss Laubschneitelung logischerweise im Sommer erfolgen. Laubheubündel wurden oft in den Kopfbaum zum Trocknen gehängt. Quellen: Logan, William Bryant. Sprout lands: tending the endless gift of trees. WW Norton & Company, 2019. // A study of practical pollarding techniques in Northern Europe. Report of a three month study tour August to November 2003, Helen J. Read. // Slotte H., “Harvesting of leaf hay shaped the Swedish landscape”, Landscape Ecology 16.8 (2001): 691-702. ↩︎
Wealleans, Alexandra L. “Such as pigs eat: the rise and fall of the pannage pig in the UK”. Journal of the Science of Food and Agriculture 93.9 (2013): 2076-2083. ↩︎
Diese Informationen beziehen sich auf mehrere niederländische Publikationen: Handleiding voor het inventariseren van houten beplantingen met erfgoedwaarde. Geert Van der Linden, Nele Vanmaele, Koen Smets en Annelies Schepens, Agentschap Onroerend Erfgoed, 2020. // Handleiding voor het beheer van hagen en houtkanten met erfgoedwaarde. Thomas Van Driessche, Agentschap Onroerend Erfgoed, 2019 // Knotbomen, knoestige knapen: een praktische gids. Geert Van der Linden, Jos Schenk, Bert Geeraerts, Provincie Vlaams-Brabant, 2017. // Handleiding: Het beheer van historische dreven en wegbeplantingen. Thomas Van Driessche, Paul Van den Bremt and Koen Smets. Agentschap Onroerend Erfgoed, 2017. // Dirkmaat, Jaap. Nederland weer mooi: op weg naar een natuurlijk en idyllisch landschap. ANWB Media-Boeken & Gidsen, 2006. // Für eine gute Quelle auf Englisch, siehe: Müller, Georg. Europe’s Field Boundaries: Hedged banks, hedgerows, field walls (stone walls, dry stone walls), dead brushwood hedges, bent hedges, woven hedges, wattle fences and traditional wooden fences. Neuer Kunstverlag, 2013. // Wenn Streifenbepflanzungen zur Holzproduktion benutzt wurden, wurde mit etwas größerem Abstand voneinander gepflanzt, was mehr Licht durchlässt und dadurch die Holzproduktion erhöht. War ihr Hauptzweck die Abgrenzung, wurden die Pflanzen dichter gepflanzt. Das reduziert die Holzausbeute, aber führt zu einem dichteren Wuchs. ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎
Tatsächlich konnte Niederwald auch eine standortspezifische Funktion haben: Er konnte um eine Stadt oder Siedlung gepflanzt werden um ein undurchdringliches Hindernis für Angreifer zu bilden, sei es zu Fuß oder zu Pferde. Dieses Hindernis konnte nicht leicht zerschossen werden, wie es bei Mauern der Fall ist. Quelle: ⁵ ↩︎
Linden wurden sogar zum Feuerschutz benutzt. Sie wurden direkt neben Backhäuser gepflanzt um den Funkenflug auf Holzstapel, Heuhaufen oder Strohdächer zu verhindern. Quelle: ⁵ ↩︎
Die Tatsache, dass lebende Hecken und Bäume schwerer zu bewegen sind als Holzzäune und Pfosten hat auch praktische Vorteile. In Europa bis zur Franzosenzeit gab es keine Grundbücher und Grundstücksgrenzen wurden physisch durch die Landschaft gekennzeichnet. Die Arbeit des Landvermessers wurde mit dem Pflanzen eines Baumes besiegelt, der viel schwerer heimlich zu bewegen ist, als ein Pfosten oder Zaun. Quelle: ⁵ ↩︎
Falls es über Wasser weitere Strecken transportiert werden konnte, so musste dennoch in einem Radius von 15-30 km um den Fluss oder die Küste gefällt werden. ↩︎
Sieferle, Rolf Pieter. The Subterranean Forest: energy systems and the industrial revolution. White Horse Press, 2001. ↩︎
Für Informationen bzgl. unterschiedlicher Größenordnungen der Holzproduktion, siehe auch: Jalas, Mikko, and Jenny, Rinkinen. “Stacking wood and staying warm: time, temporality and housework around domestic heating systems”, Journal of Consumer Culture 16.1 (2016): 43-60. // Rinkinen, Jenny. “Demanding energy in everyday life: insights from wood heating into theories of social practice.” (2015). ↩︎
Vanbeveren, S.P.P., et al. “Operational short rotation woody crop plantations: manual or mechanised harvesting?” Biomass and Bioenergy 72 (2015): 8-18. ↩︎
Allerdings haben Motorsägen nachteilige Effekte auf manche Baumarten, wie ein verringerter Wuchs oder höhere Krankheitsanfälligkeit. ↩︎
Mehrere Quellen, die sich mit traditionellen Forstpraktiken in Afrika beschäftigen: Leach, Gerald, and Robin Mearns. Beyond the woodfuel crisis: people, land and trees in Africa. Earthscan, 1988. // Leach, Melissa, and Robin Mearns. “The lie of the land: challenging received wisdom on the African environment.” (1998) // Cline-Cole, Reginald A. “Political economy, fuelwood relations, and vegetation conservation: Kasar Kano, Northerm Nigeria, 1850-1915.” Forest & Conservation History 38.2 (1994): 67-78. ↩︎
Multiple references: Bailis, Rob, et al. “Getting the number right: revisiting woodfuel sustainability in the developing world.” Environmental Research Letters 12.11 (2017): 115002 // Masera, Omar R., et al. “Environmental burden of traditional bioenergy use.” Annual Review of Environment and Resources 40 (2015): 121-150. // Study downgrades climate impact of wood burning, John Upton, Climate Central, 2015. ↩︎

Wie man ein Lowtech-Internet baut

Mon, 26 Oct 2015 00:00:00 +0000

Bild: Ein Netzwerkknoten im [schottischen Tegola Netzwerk](http://www.tegola.org.uk/hebnet/)

Kabelloser Internetzugang findet sowohl in modernen Konsumgesellschaften als auch in Entwicklungsländern immer stärkere Verbreitung. In reichen Ländern liegt der Fokus auf Dauerbetrieb und immer schnelleren Verbindungsgeschwindigkeiten. In ärmeren Ländern wird der Zugang hingegen über deutlich primitivere Lowtech-Netzwerke zur Verfügung gestellt, welche häufig asynchron sind.

Während der Hightech-Ansatz die Kosten und den Energieverbrauch des Internets immer höher und höher treibt, laufen die Lowtech-Alternativen über sehr viel günstigere und deutlich energieeffizientere Netzwerke, die sich gut mit erneuerbaren Energien kombinieren lassen und widerstandsfähig gegen Ausfälle und Störungen sind.

Wenn wir auch in Situationen mit eingeschränkter Energieversorgung funktionierendes Internet gewährleisten wollen, können wir wichtige Erkenntnisse von alternativen Netzwerktechnologien lernen. Und das Beste ist: Wir müssen weder auf Regierungen noch Firmen warten, die uns das bereitstellen. Wir können unsere eigene widerstandsfähige Kommunikationsinfrastruktur aufbauen, wenn wir zusammenarbeiten. Dies zeigt sich am Beispiel mehrerer Gemeinschaftsnetzwerke in Europa, von denen das Größte bereits mehr als 35.000 Nutzer hat.

Über die Hälfte der globalen Bevölkerung hat keinen Zugang zum „worldwide“ Web. Bis jetzt ist das Internet vor allem in Entwicklungsländern hauptsächlich ein urbanes Phänomen. Wegen einer Kombination aus hohen Infrastrukturkosten, niedriger Bevölkerungsdichte, eingeschränkter Kaufkraft, sowie einer unzuverlässigen oder gar nicht existierenden Stromversorgung weiten Telekommunikationsfirmen für gewöhnlich ihre Netzwerke nicht gerne auf Bereiche außerhalb von Städten aus. Selbst in abgelegenen Regionen „entwickelter“ Länder ist eine Internetverbindung nicht immer verfügbar.

Internetfirmen wie Facebook und Google machen regelmäßig Schlagzeilen mit Plänen, diese abgelegenen Regionen ans Internet zu bringen. Facebook versucht es mit Drohnen, während Google auf Gasballons in der Stratosphäre setzt. Hier gibt es einige große technische Herausforderungen, aber der Haupteinwand gegen diese Plänen ist ihr kommerzieller Charakter. Google und Facebook wollen offensichtlich mehr Menschen mit dem Internet verbinden, weil das ihren Umsatz steigern würde. Facebook steht besonders in der Kritik, da sein Netzwerk hauptsächlich die eigene Seite anpreist, aber die meisten anderen Internet Applikationen blockiert. ¹

Um diese Probleme zu lösen, haben mehrere Forschungsgruppen und Netzwerkenthusiasten deutlich günstigere, alternative Netzwerktechnologien entwickelt und umgesetzt. Obwohl diese Lowtech-Netzwerke ihren Wert bereits unter Beweis gestellt haben, erhielten sie deutlich weniger Aufmerksamkeit. Im Gegensatz zu den Projekten der Internetgiganten, werden diese Netzwerke von kleinen Organisationen oder den Nutzern selbst aufgebaut. Das garantiert ein offenes Netzwerk, welches den Nutzern und nicht einer Handvoll von Unternehmen nutzt. Gleichzeitig sind diese Lowtech-Netzwerke sehr energieeffizient.

WLAN basierte Langstreckennetzwerke

Die meisten Lowtech-Netzwerke basieren auf WLAN (Anm. d. Übersetzers: Der Originalartikel spricht hier von Wi-Fi, wobei eine Wi-Fi-Zertifizierung für die hier vorgestellten Techniken nicht zwingend erforderlich ist. Ebenso ist WLAN im deutschen Sprachgebrauch deutlich verbreiteter und wird meist synonym benutzt, weswegen im Weiteren WLAN statt Wi-Fi benutzt wird), der gleichen Technologie, die mobilen Internetzugang in den meisten westlichen Haushalten erlaubt. Wie wir im vorherigen Artikel gesehen haben, könnte man durch das Teilen dieser Geräte innerhalb dicht besiedelter Städte einen mobilen Internetzugang gratis bereitstellen. Aber diese Technologie kann ebenso nützlich in dünn besiedelten Gebieten sein. Obwohl der WLAN-Standard für Datenübertragungen auf kurzen Distanzen entwickelt wurde (mit typischen Entfernungen von ca. 30 Metern), kann seine Reichweite durch Modifikationen der Media Access Control (MAC) Schicht im Netzwerkprotokoll und unter Zuhilfenahme von Signalverstärkern, Repeatern und Richtantennen erweitert werden. ²

Obwohl der WLAN-Standard für Datenübertragungen auf kurzen Distanzen entwickelt wurde, kann seine Reichweite auf über 100 Kilometer erweitert werden.

Die längste, unverstärkte WLAN-Verbindung ist eine 384 km lange, kabellose Direktverbindung zwischen Pico El Águila und Platillón in Venezuela, die vor einigen Jahren eingerichtet wurde. ³⁴ Meist bestehen WLAN-basierte Langstreckennetzwerke allerdings aus einer Kombination von kürzeren Direktverbindungen, die zwischen ein paar und maximal hundert Kilometer lang sind. Diese bilden zusammen größere Multi-hop Netzwerke. Diese Direktverbindungen bilden das Rückgrat von Langstrecken-WLAN-Netzwerken und werden mit Rundstrahlantennen kombiniert, die das Signal an die lokalen Haushalte (oder öffentlichen Einrichtungen) verteilen.

Bild: Ein Relais mit drei Direktverbindungen und drei Sektorantennen. [Tegola](http://www.tegola.org.uk/howto/network-planning.html)

Langstrecken-WLAN-Verbindungen benötigen Sichtverbindung um eine Anbindung zu ermöglichen – in diesem Sinne ähnelt diese Technologie dem optischen Telegraphen aus dem 18. Jahrhundert. ⁵ Falls keine Sichtverbindung zwischen zwei Punkten möglich ist, wird eine dritte Relaisstation benötigt, die Blickkontakt zu beiden Punkten hat. Das Signal wird dann zuerst an das Zwischenrelais geschickt. Abhängig vom Terrain und speziellen Sichtblockaden, können mehrere Zwischenstationen nötig sein. ⁶

Direktverbindungen bestehen üblicherweise aus zwei Richtantennen, von denen die eine auf den nächsten Knoten und die andere auf den vorherigen Knoten im Netzwerk gerichtet ist. Knotenpunkte können mehrere Antennen haben, mit einer Antenne pro fixierter Direktverbindung zu den jeweiligen Nachbarknoten. ⁷ Dies erlaubt es auf Netzwerkprotokolle für vermaschte Netzwerke zurückzugreifen, die dynamisch auswählen, welche von den verfügbaren Verbindungen für eine Route benutzt werden. ⁸

Langstrecken-WLAN-Verbindungen benötigen Sichtverbindung um eine Anbindung zu ermöglichen – in diesem Sinne ähnelt diese Technologie dem optischen Telegraphen aus dem 18. Jahrhundert.

Verteilerknoten bestehen üblicherweise aus Sektorantennen (kleinere Versionen von den Antennen, die man an Mobilfunkmasten sieht) oder einem konventionellen WLAN-Router, zusammen mit einer Reihe von Empfangsgeräten innerhalb der Nutzerbasis. ⁶ Für Kurzstrecken-WLAN-Verbindungen besteht keine Notwendigkeit einer Sichtverbindung zwischen Sender und Empfänger. ⁹

Um Nutzern Zugang zum Internet zur Verfügung zu stellen, sollte ein Langstrecken-WLAN-Netzwerk durch mindestens einen sog. „Backhaul“- oder „Gateway“-Knoten mit dem Internet-Backbone verbunden werden. Dies kann mittels einer Modem- oder Breitbandverbindung (DSL, Glasfaser oder Satellit) geschehen. Sollte so eine Verbindung nicht hergestellt werden, könnten die Nutzer immer noch untereinander kommunizieren und Webseiten von lokalen Servern sehen, aber sie hätten keine Möglichkeit auf das Internet zuzugreifen. ¹⁰

Vorteile von Langstrecken-WLAN

Langstrecken-WLAN bietet hohe Bandbreiten (bis zu 54 Mbit/s) in Verbindung mit sehr niedrigen Investitionskosten. Da sich der WLAN-Standard weitreichender Akzeptanz erfreut und ein großes Produktvolumen aufweist, können Antennen und WLAN-Karten als Massenware sehr günstig erworben werden. ¹¹ Alternativ können Komponenten aus ausrangierten Bauteilen wie alten Routern, Satellitenschüsseln und Laptops zusammengebaut werden. Protokolle wie WilDNet laufen bereits auf Prozessoren mit 266 MHz und nur 128 MB Arbeitsspeicher, d.h. ein alter Computer würde leicht ausreichen. ⁷

WLAN-Knoten sind leicht und brauchen keine teuren Sendemasten, was nötiges Investitionskapital weiter reduziert und die Auswirkungen der zu bauenden Infrastruktur minimiert. ⁷ Jüngst kamen Kombigeräte auf den Markt, welche Antennen, WLAN-Karten und Prozessoren in einem Gerät vereinen. Diese sind sehr komfortabel aufzustellen. Um ein Relais daraus zu bauen, muss man diese Komponenten nur mit LAN- bzw. Ethernetkabeln verbinden, die sowohl Daten als auch Strom übertragen. ⁶ Diese Einheiten können an Türmen oder dünnen Masten angebracht werden, solange diese eine niedrige Windbelastung bieten. ³ Beispiele für Anbieter solcher Langstrecken-WLAN-Komponenten sind Ubiquity, Alvarion und MicroTik.

Langstrecken-WLAN benutzt unlizenzierte Frequenzspektren und bietet hohe Bandbreiten bei geringem Investitionskapital, einfacher Installation und niedrigem Strombedarf.

Die Betriebskosten für Langstrecken-WLAN sind aufgrund des niedrigen Strombedarfs niedrig. Eine typische Mastinstallation, bestehend aus zwei Langstrecken-Verbindungsstücken und einer oder zwei WLAN-Karten für das lokale Ortsnetz nehmen um die 30 Watt Leistung auf. ¹² In einigen Lowtech-Netzwerken werden die einzelnen Knoten gänzlich mit Solarzellen und Batterien betrieben. Ein weiterer wichtiger Vorteil von Langstrecken-WLAN ist, dass es auf unlizenzierte Frequenzspektren zurückgreift (2,4 und 5 Ghz) und umgeht daher Verhandlungen mit Netzbetreibern und Regierungen. Dies ist ein weiteres Plus bei den Kosten und ermöglicht praktisch jedem ein Langstrecken-WLAN-Netzwerk aufzubauen. ⁹

Langstrecken-WLAN-Netzwerke in Entwicklungsländern

Die ersten Langstrecken-WLAN-Netzwerke wurden vor 10-15 Jahren aufgebaut. In ärmeren Ländern wurden hauptsächlich zwei Arten gebaut. Die Erste hat das Ziel Internetzugang für Menschen in abgelegenen Dörfern zu schaffen. Ein Beispiel hierfür ist das Akshaya Netzwerk in Indien, welches den gesamten Bundesstaat Kerala abdeckt und eines der größten kabellosen Netzwerke der Welt ist. Die Infrastruktur wurde um ca. 2.500 sogenannte „Computer Access Centers“, öffentlich zugängliche Einrichtungen für Computernutzung herum gebaut – Computer im Privatbesitz sind sehr selten in der Region. ¹³

Ein weiteres Beispiel, ebenfalls in Indien, sind die AirJaldi Netzwerke, die Internetzugang für ungefähr 20.000 Nutzer in sechs Bundesstaaten bieten, alle in abgelegenen Regionen oder schwierigem Terrain. Die meisten Netzwerkknoten sind solarbetrieben und teilweise über 50 km auseinander. ¹⁴ In manchen afrikanischen Ländern werden lokale WLAN-Netze benutzt um Internetzugang von Satelliten-Gateways zu verteilen. ¹⁵¹⁶

Ein Knoten im AirJaldi Netzwerk. Foto: AirJaldi.

Die zweite Variante von Langstrecken-WLAN-Netzwerken in Entwicklungsländern hat das Ziel, Telemedizin für abgelegene Gemeinden zur Verfügung zu stellen. In abgelegenen Regionen sorgen meist mangelhaft ausgestattete Gesundheitsämter mit kaum ausgebildeten Facharbeitern für die Gesundheitsversorgung. ¹⁷ Mithilfe von Langstrecken-WLAN-Netzwerken können städtische Krankenhäuser mit diesen entlegenen Gesundheitsposten verbunden werden, so dass Ärzte via hochauflösender Datenübertragung und Echtzeitkommunikation über Audio und Video aus der Ferne die Facharbeiter unterstützen können.

Ein Beispiel hierfür ist die Verbindung zwischen Cabo Pantoja und Iquitos in der Provinz Loreto in Peru, welche 2007 in Betrieb ging. Das 450 km große Netzwerk besteht aus 17 Masten, die zwischen 16 und 50 km voneinander entfernt stehen. Die Strecke verbindet 15 medizinische Außenposten in abgelegenen Dörfern mit dem Hauptkrankenhaus von Iquitos und ist auf Ferndiagnose von Patienten ausgelegt. ¹⁷¹⁸ Andere erfolgreiche Beispiele von Langstrecken-WLAN-Netzwerken für Telemedizin wurden in Indien, Malawi und Ghana gebaut. ¹⁹²⁰

WLAN-basierte Gemeinschaftsnetzwerke in Europa

Die Lowtech-Netzwerke in Entwicklungsländern werden von NGOs, Regierungen, Universitäten oder Unternehmen aufgebaut. Im Gegensatz dazu sind die meisten Langstrecken-WLAN-Netzwerke in entlegenen Regionen reicher Nationen sogenannte „Gemeinschaftsnetzwerke“: die Nutzer selbst bauen, besitzen, betreiben und warten die Infrastruktur. Ähnlich zum geteilten WLAN-Ansatz in Städten, bildet gegenseitiges Teilen der Ressourcen die Basis dieser Netze: Teilnehmer können ihren eigenen Knoten aufstellen und sich (umsonst) zum Netzwerk verbinden, solange ihr Knoten auch für den Datenverkehr anderer Mitglieder genutzt werden kann. Jeder Knoten fungiert als Router mit IP-Forwarding sowie als Datenverbindung für alle Nutzer und Nachbarknoten, die mit ihm verbunden sind. ⁸²¹

In einem Gemeinschaftsnetzwerk bauen, besitzen, betreiben und warten die Nutzer selbst die Infrastruktur.

Folglich wird mit jedem neuen Nutzer das Netzwerk größer. Es gibt keinen von vorneherein festgelegten Gesamtplan. Ein Gemeinschaftsnetzwerk wächst organisch von unten nach oben, gesteuert von den Bedürfnissen der Nutzer, die Knoten und Verbindungen je nach Bedarf hinzufügen oder nachrüsten. Beachtet werden muss nur, dass der Knoten eines neuen Teilnehmers mit einem bereits existierenden Knoten verbunden wird. Wenn ein Knoten angeschaltet wird, findet er seine Nachbarn, weist sich selbst eine eindeutige IP-Adresse zu und etabliert dann unter Berücksichtigung der einzelnen Verbindungsqualitäten die geeignetsten Routen zum Rest des Netzwerks. Bei Gemeinschaftsnetzwerke kann für gewöhnlich jeder mitmachen, manchmal unter Verwendung eines sogenannten „open peering agreements“, eines Peering-Vertrags. ⁸⁹²²²¹

WLAN-Strecken im spanischen Guifi Netzwerk. [Credit](http://iuliinet.github.io/presentazione_ottobre_2014/img/barcellona.jpg)

Trotz fehlender verlässlicher Statistiken scheinen Gemeinschaftsnetzwerke recht erfolgreich zu sein und es gibt mehrere große Netze in Europa, wie Guifi.net (Spanien), Athens Wireless Metropolitan Network (Griechenland), FunkFeuer (Österreich), und Freifunk (Deutschland). ⁸²¹²³²⁴

Das spanische Netzwerk ist mit mehr als 50.000 km Verbindungsstrecken das größte WLAN-basierte Langstreckennetzwerk der Welt, wobei ein kleiner Teil auch Glasfaserkabelverbindungen nutzt. Der Hauptteil davon befindet sich in den katalanischen Pyrenäen, einer der am dünnsten besiedelten Regionen Spaniens. Das Netz wurde 2004 begonnen und hat mittlerweile beinahe 30.000 Knoten. 2012 waren es noch 17.000. ⁸²¹

Guifi.net bietet Internetzugang für Privatpersonen, Firmen, Behörden und Universitäten. Grundsätzlich wird das Netz von seinen Nutzern installiert, betrieben und gewartet, wobei einem auch von ehrenamtlichen Teams oder sogar von kommerziellen Monteuren geholfen werden kann. Manche Knoten- und Backbone-Aufrüstungen wurden erfolgreich via Crowdfunding von indirekten Nutznießern des Netzwerks finanziert. ⁸²¹

Die Leistungsfähigkeit von Lowtech-Netzwerken

Wie steht es nun um die Leistungsfähigkeit von Lowtech-Netzwerken? Was kann man mit ihnen machen? Die zur Verfügung stehende Bandbreite pro Nutzer schwankt gewaltig, abhängig unter anderem von der Bandbreite des bzw. der Gateway-Knoten(s) und der Anzahl der Nutzer. Die Langstrecken-WLAN-Netzwerke für Telemedizin in Entwicklungsländern haben wenige Nutzer und einen guten Backhaul was zu hohen verfügbaren Bandbreiten führt (+ 40 Mbit/s). Ihr Durchsatz ist daher mit Glasfaserkabelverbindungen in Industrienationen vergleichbar. Eine Studie über einen kleinen Teil des Guifi.net Gemeinschaftsnetzwerks mit dutzenden Gateway-Knoten und tausenden Nutzern zeigte eine durchschnittliche Durchsatzgeschwindigkeit von 2 Mbit/s, vergleichbar mit einem relativ langsamen DSL-Anschluss. Die tatsächliche Durchsatzgeschwindigkeit pro Nutzer schwankte zwischen 700 kbit/s und 8 Mbit/s. ²⁵

Die zur Verfügung stehende Bandbreite pro Nutzer schwankt gewaltig, abhängig unter anderem von der Bandbreite der Gateway-Knoten und der Anzahl der Nutzer

Allerdings können Lowtech-Netzwerke, die Internetzugänge an viele Nutzer in Entwicklungsländern verteilen, durchaus deutlich eingeschränktere Bandbreiten pro Nutzer haben. Ein Universitätscampus in Kerala (Indien) zum Beispiel hat eine 750 kbit/s Internetverbindung, die von 3000 Fakultätsmitgliedern und Studenten auf 400 Geräte geteilt wird, von denen zu Stoßzeiten beinahe jede in Benutzung ist.

Demzufolge ist im ungünstigsten Fall die durchschnittliche Bandbreite pro Gerät ungefähr 1,9 kbit/s, was selbst im Vergleich zu einer Modemverbindung (56 kbit/s) langsam ist. Im Vergleich zu den üblichen ländlichen Verhältnissen in armen Ländern kann das allerdings als sehr guter Anschluss bezeichnet werden. ²⁶ Hinzu kommt, dass solche Netzwerke auch noch mit einer lückenhaften Energieversorgung fertig werden müssen.

Ein Knoten im spanischen Guifi Gemeinschaftsnetzwerk.

Unter diesen Bedingungen funktionieren selbst die gebräuchlichsten Internetapplikationen mehr schlecht als recht, wenn sie überhaupt funktionieren. Das Kommunikationsmodell des Internets basiert auf einer Reihe von Annahmen über das Netzwerk, welche sich in der TCP/IP-Protokollfamilie widerspiegeln. Diese beinhalten das Vorhandensein eines bidirektionalen, durchgängigen Wegs zwischen der Quelle (z.B. dem Server einer Webseite) und dem Ziel (dem Computer des Nutzers), kurze Umlaufverzögerungen und niedrige Fehlerraten.

Viele Lowtech-Netzwerke in Entwicklungsländern erfüllen diese Annahmen nicht. Für sie sind lückenhafte, sporadische Konnektivität – die Abwesenheit eines durchgängigen Wegs zwischen Quelle und Ziel, auch „network partitioning“ genannt – sowie lange, variable Umlaufzeiten und hohe Fehlerraten charakteristisch. ²⁰²⁷²⁸

Verzögerungs- und unterbrechungstolerante Netzwerke

Nichtsdestotrotz könnte das Internet unter solchen Bedingungen einwandfrei funktionieren. Die technischen Probleme können gelöst werden, indem man sich vom Ansatz des Dauerbetriebs traditioneller Netzwerke verabschiedet und stattdessen Netzwerke mit asynchroner Kommunikation und sporadischer Verfügbarkeit als Basis entwirft. Diese sogenannten verzögerungstoleranten Netzwerke, kurz DTNs („delay-tolerant networks“) benutzen ihre eigenen, spezialisierten Protokolle, die auf die unteren Protokolle aufgesetzt werden und dabei auf TCP verzichten. Durch das sogenannte Teilstreckenverfahren („store-and-forward message switching“) lösen sie die genannten Probleme der sporadischen Verfügbarkeit und langen Verzögerungen.

Daten werden über eine Zwischenstation gesendet, welche diese speichert und zu einem späteren Zeitpunkt an die nächste Zwischenstation weiterleitet, bis irgendwann das finale Ziel erreicht wird. Im Gegensatz zu traditionellen Internet-Routern, die eingehende Pakete nur ein paar Millisekunden auf Speicherchips speichern, legen Knoten in verzögerungstoleranten Netzwerken die Daten dauerhaft ab (z.B. auf Festplatten) und können Daten damit prinzipiell unendlich lange vorhalten. ²⁷²⁸

Verzögerungstolerante Netzwerke lassen sich gut mit erneuerbaren Energiequellen kombinieren: Solarzellen oder Windkrafträder versorgen Netzwerkknoten nur wenn es sonnig oder windig ist und so kann auf Energiespeicher verzichtet werden.

Verzögerungstolerante Netzwerke benötigen keinen durchgängigen Verbindungsweg zwischen Quelle und Ziel. Die Daten werden einfach von Knoten zu Knoten übertragen. Falls der nächste Knoten wegen langen Verzögerungszeiten oder Stromausfall gerade nicht verfügbar ist, werden die Daten auf einer Festplatte zwischengespeichert, bis der Nachbarknoten wieder verfügbar ist. Es kann dadurch sehr lange dauern, bis die Daten ihr Ziel erreichen, aber ein verzögerungstolerantes Netzwerk gewährleistet, dass sie schlussendlich ankommen.

Ebenso können verzögerungstolerante Netzwerke das nötige Investitionskapital, sowie den Energieverbrauch weiter reduzieren, was zur effizientesten Nutzung knapper Ressourcen führt. Sie können auch mit fluktuierender Stromversorgung weiterarbeiten und lassen sich daher gut mit erneuerbaren Energiequellen kombinieren: Solarzellen oder Windkrafträder versorgen Netzwerkknoten nur wenn es sonnig oder windig ist, und so kann auf Energiespeicher verzichtet werden.

Datenesel

Verzögerungstolerante Netzwerke können zum Teil überraschende Formen annehmen, vor allem wenn sie auf unkonventionelle Kommunikationsmittel zurückgreifen, wie z.B. „Datenesel“. ¹¹²⁹ In solchen Netzen werden mit konventionellen Transportmitteln – Busse, Autos, Motorräder, Züge, Boote, Flugzeuge – Nachrichten von einem Ort zum anderen befördert, ganz nach dem Teilstreckenverfahren („store-and-forward“).

Beispiele hierfür sind DakNet und KioskNet, welche Busse als Datenesel verwenden. ³⁰³¹³²³³³⁴ In Entwicklungsländern verlaufen ländliche Busrouten durch Dörfer und Städte die keine Netzwerkanbindung haben. Indem man auf der einen Seite diese Fahrzeuge mit einem Computer, einem Speichergerät und einem mobilen WLAN-Gerät ausstattet und auf der anderen Seite in jedem Dorf einen stationären WLAN-Knoten errichtet, kann die lokale Verkehrsinfrastruktur eine kabellose Internetanbindung ersetzen. ¹¹

Foto: AirJaldi.

Ausgehende Daten (wie versendete E-Mails oder Anfragen von Webseiten) werden auf lokalen Computern im Dorf gespeichert, bis der Bus in Reichweite kommt. Zu diesem Zeitpunkt überträgt der stationäre WLAN-Knoten der lokalen Rechner automatisch seine Daten zum mobilen WLAN-Knoten des Busses. Später, wenn der Bus einen Ort erreicht, der ans Internet angebunden ist, werden die ausgehenden Daten vom mobilen WLAN-Knoten zum Gateway-Knoten und von diesem zum Internet übertragen. Daten die zum Dorf gesendet werden nehmen einfach den Rückweg. Der Bus- (bzw. Daten-)Fahrer benötigt keine zusätzliche Ausbildung und nimmt die stattfindende Datenübertragung gar nicht wahr. Er oder sie muss nichts weiter tun, als in Reichweite der Knoten zu fahren. ³⁰³¹

In Netzwerken mit Dateneseln kann die lokale Verkehrsinfrastruktur eine kabellose Internetanbindung ersetzen.

Die Verwendung von Dateneseln bietet einen weiteren Vorteil gegenüber den „fortgeschritteneren“ verzögerungstoleranten Netzen. Für ein „vorbeifahrendes“ WLAN-Netzwerk können kleine, günstige Radiogeräte mit niedriger Reichweite benutzt werden, die keine direkte Sichtverbindung und damit auch keine Sendemasten benötigen – was das Investitionskapital und den Energieverbrauch im Vergleich zu anderen Lowtech-Netzweken noch weiter senkt. ³⁰³¹³²

Die Nutzung von Kurzstrecken-WLAN-Verbindungen führt außerdem, verglichen mit Langstrecken-WLAN-Verbindungen, zu höheren Bandbreiten. Daher sind Datenesel besser für das Übertragen von größeren Dateien geeignet. Durchschnittlich können 20 MB Daten in beide Richtungen übertragen werden, wenn ein Bus an einem stationären WLAN-Knoten vorbei fährt. ³⁰³² Auf der anderen Seite ist die Latenz (das Zeitintervall zwischen Senden und Empfangen) für gewöhnlich höher als bei Langstrecken-WLAN-Verbindungen. Ein einzelner Bus, der einmal am Tag durch ein Dorf fährt, verursacht eine Latenz von 24 Stunden.

Verzögerungstolerante Software

Offensichtlich benötigen verzögerungstolerante Netzwerke (DTNs) – wie auch immer sie geartet sein mögen – auch neue Software: Programme, die auch ohne direkte, durchgängige Netzwerkverbindung funktionieren. ¹¹ Solche Spezialanfertigungen sind für synchrone Netze mit geringen Bandbreiten ebenfalls nützlich. E-Mails sind relativ einfach an eine sporadische Konnektivität anzupassen, weil es sich sowieso um ein asynchrones Kommunikationsmittel handelt. Ein DTN-fähiges E-Mailprogramm speichert ausgehende Nachrichten solange, bis eine Verbindung verfügbar wird. Obwohl die E-Mails unter Umständen länger brauchen, bis sie ihr Ziel erreichen, ändert sich das Anwendungserlebnis nicht wirklich.

Ein Freifunk WLAN-Knoten wird in Berlin (Deutschland) aufgebaut. Bild: [Wikipedia Commons](https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/51/Freifunk-Initiative_in_Berlin-Kreuzberg.jpg)

Webseiten suchen und besuchen hingegen benötigt größere Anpassungen. Zum Beispiel sind die meisten Suchmaschinen auf Geschwindigkeit optimiert und gehen davon aus, dass der Nutzer schnell die zurückgelieferten Links sichten und sofort eine zweite, modifizierte Suche abschicken kann, falls die ersten Suchergebnisse nicht ausreichend waren. Aber in lückenhaften Netzwerken wären solche mehrfachen, interaktiven Suchen unpraktisch bis unmöglich. ²⁶³⁵ Asynchrone Suchmaschinen werden auf Bandbreite statt auf Reaktionszeiten optimiert. ²⁶³⁰³¹³⁵³⁶ RuralCafe zum Beispiel entkoppelt den Suchprozess, indem es viele Suchen offline ausführt und die Suchanfragen anhand einer Datenbank von ähnlichen Suchen anpasst. Die eigentliche Rückübertragung von Informationen über das Netzwerk wird nur gemacht, wenn es absolut notwendig ist.

Viele Internetanwendungen, wie Browsen, E-Mail, Online-Formulare, Einkaufen bei Internethändlern, Bloggen, große Dateidownloads oder soziale Medien, können für zeitweise inaktive Netzwerke angepasst werden.

Manche DTN-fähigen Webbrowser laden nicht nur die explizit angeforderte Webseite herunter, sondern auch die darin verlinkten Seiten. ³⁰ Andere hingegen sind optimiert um mit ihren Antworten möglichst wenig Bandbreite zu benutzen, was durch Filtern, Analyse und Komprimierung auf Serverseite geschieht. Ein ähnliches Resultat kann durch die Nutzung von Diensten wie Loband erzielt werden, die Bilder, Videos, Werbung, Verknüpfungen zu soziale Medien und mehr aus Webseiten entfernen, um prinzipiell nur noch Text anzuzeigen. ²⁶

Browsen und Suchen in zeitweise inaktiven Netzwerken kann auch durch lokale „Caches“ (Zwischenspeicherung von bereits heruntergeladenen Seiten) und „Prefetching“ (vorsorgliches Herunterladen von Seiten, die eventuell in naher Zukunft angefordert werden) verbessert werden. ²⁶ Viele weitere Internetanwendungen wie Online-Formulare, Einkaufen bei Internethändlern, Bloggen, große Dateidownloads, soziale Medien, usw. könnten ebenso an solche Netzwerke angepasst werden. ¹¹³⁰ All diese Anwendungen würden weiterhin möglich sein, allerdings deutlich langsamer.

Turnschuhnetzwerke

Echtzeitanwendungen wie Internettelefonie, Medienstreaming, Chatten oder Videokonferenzen können natürlich nicht an zeitweise inaktive Netzwerke angepasst werden, die nur die Möglichkeit für asynchrone Kommunikation bieten. Diese Anwendungen sind bereits schwierig in normalen synchronen Netzwerken mit eingeschränkter Bandbreite zu benutzen. Da diese Anwendungen zum Großteil für den wachsenden Energiebedarf des Internets verantwortlich sind, könnte man argumentieren, dass ihre Unvereinbarkeit mit Lowtech-Netzwerken als etwas Positives angesehen werden kann (siehe auch den vorherigen Artikel).

Außerdem könnten viele dieser Anwendungen anders strukturiert werden. Echtzeit Video- oder Audiotelefonate funktionieren zwar nicht, aber es wäre durchaus möglich Video- oder Audionachrichten zu empfangen und zu versenden. Und während Streaming nicht funktioniert, bleibt das Herunterladen von Musikalben oder Videos durchaus möglich. Darüber hinaus könnten diese Daten durch die primitivste Lowtech-Internettechnologie überhaupt „übertragen“ werden: In einem Turnschuhnetzwerk („Sneakernet“) werden digitale Daten „kabellos“ via Speichermedien übertragen, wie z.B. Festplatten, USB-Sticks, SD-Karten, CDs oder DVDs. Bevor es das Internet gab, wurden alle Computerdaten über ein Turnschuhnetzwerk ausgetauscht, mit Magnetbändern oder Disketten als Speichermedium.

Einen Güterzug mit Speichermedien aufzufüllen würde jedes digitale Netzwerk im Hinblick auf Geschwindigkeit, Kosten und Energieeffizienz schlagen. Foto: Wikipedia Commons.

Genau so wie bei Netzen mit Dateneseln, würde ein Turnschuhnetzwerk ein Fahrzeug, einen Boten zu Fuß oder ein Tier (wie z.B. Brieftauben) benutzen. Allerdings gibt es bei einem Turnschuhnetz keinen automatischen Datentransfer zwischen einem mobilen Knoten (etwa einem Auto) und einem stationären Knoten (Sender und Empfänger). Stattdessen müssen die Daten zuerst vom Computer des Senders auf ein portables Speichermedium kopiert werden. Um dann, nach erreichen des Ziels, von diesem Speichermedium auf den Computer des Empfängers übertragen zu werden. ³⁰ Ein Turnschuhnetz benötigt daher händisches Eingreifen und macht es dadurch unhandlicher für viele Internetanwendungen.

Es gibt allerdings auch Ausnahmen. Zum Beispiel muss ein Film nicht extra auf die Festplatte des Computers übertragen werden, um ihn anschauen zu können. Man sieht ihn sich direkt von der tragbaren Festplatte an oder schiebt die DVD in den DVD-Player. Zusätzlich hat ein Turnschuhnetzwerk einen entscheidenden Vorteil: von allen Lowtech-Netzwerken bietet es die größte Bandbreite. Es ist daher perfekt geeignet um große Dateien wie Filme oder Computerspiele zu verteilen. Wenn sehr große Dateien übertragen werden müssen, schlägt ein Turnschuhnetzwerk tatsächlich sogar die schnellsten Glasfaserkabelverbindungen. Bei niedrigeren Internetgeschwindigkeiten sind Turnschuhnetze sogar schon für kleinere Dateien vorteilhaft.

Technologischer Fortschritt wird den Vorteil von Turnschuhnetzen nicht abschwächen. Digitale Speichermedien entwickeln sich mindestens genau so schnell wie Internetverbindungen und beide verbessern die Kommunikation auf gleiche Weise.

Widerstandsfähige Netzwerke

Während die meisten Lowtech-Netzwerke auf Regionen ausgelegt sind, in denen es schlicht keine Alternative gibt, darf ihre Nützlichkeit in bereits gut vernetzten Gebieten nicht übersehen werden. Das Internet wie wir es in der industrialisierten Welt kennen, ist das Produkt eines robusten Stromnetzes, Energie im Überfluss und anhaltendem ökonomischem Wachstums. Dieses „Hightech“-Internet mag einige extravagante Vorteile gegenüber Lowtech-Netzwerken bieten, aber es kann nicht bestehen bleiben, wenn sich diese Bedingungen ändern. Es ist fragil und anfällig.

Das Internet wie wir es in der industrialisierten Welt kennen, ist das Produkt eines robusten Stromnetzes, Energie im Überfluss und anhaltendem ökonomischem Wachstums. Es kann nicht bestehen bleiben, wenn sich diese Bedingungen ändern.

Abhängig von ihrer Widerstandsfähigkeit können Lowtech-Netzwerke weiter betrieben werden, selbst wenn die fossile Brennstoffversorgung unterbrochen wird, wenn das Stromnetz sich verschlechtert, wenn die Wirtschaft kollabiert, oder wenn andere Katastrophen eintreten. Ein solches Lowtech-Internet würde es uns weiterhin erlauben im Web zu surfen, E-Mails auszutauschen, online einzukaufen, Inhalte auszutauschen, usw. Parallel könnten Datenesel und Turnschuhnetze dazu dienen, große Daten wie Videos zu verteilen. Einen Güterzug mit Speichermedien aufzufüllen würde jedes digitale Netzwerk in Sachen Geschwindigkeit, Kosten und Energieeffizienz schlagen. Und selbst wenn diese Verkehrsinfrastruktur nicht mehr verfügbar wäre, könnte man immer noch auf Boten zu Fuß, Lastenräder und Segelschiffe zurückgreifen.

Durch so ein Hybridsystem aus Online- und Offline-Anwendungen würde weiterhin ein sehr leistungsfähiges Kommunikationsnetzwerk erhalten bleiben – im Gegensatz zu allem was wir bis ins späte 20. Jahrhundert hatten. Selbst wenn wir uns ein Weltuntergangsszenario vorstellen, in dem die Internetinfrastruktur großflächig zerstört wird, wären einzelne Lowtech-Netzwerke immer noch sehr nützliche lokale und regionale Kommunikationmittel. Zusätzlich könnten sie sogar Inhalte mit anderen, geschlossenen Netzwerken austauschen, indem auf transportable Speichermedien zurückgegriffen wird. Es scheint als könne das Internet so Lowtech oder so Hightech sein, wie wir es uns leisten können.

DIY: Wireless networking in the developing world (Dritte Edition) ist ein gratis Buch über den Entwurf, den Aufbau und den Betrieb von kostengünstigen kabellosen Netzwerken. Verfügbar in Englisch, Französisch und Spanisch.

Connecting the unwired world with balloons, satellites, lasers and drones, Slashdot, 2015 ↩︎
A QoS-aware dynamic bandwidth allocation scheme for multi-hop WiFi-based long distance networks, Iftekhar Hussain et al., 2015 ↩︎
Long-distance, Low-Cost Wireless Data Transmission (PDF), Ermanno Pietrosemoli, 2011 ↩︎ ↩︎
Diese Verbindung konnte nur dank der Höhe (4.200 und 1.500 km) der beiden Endpunkte sowie der sehr flachen Landschaft dazwischen hergestellt werden. Durch die Krümmung der Erdoberfläche sind noch längere WLAN-Direktverbindungen schwierig, da eine direkte Sichtverbindung zwischen zwei Punkten benötigt wird. ↩︎
Radiowellen liegen in einem dreidimensionalen Raum, welcher nicht durch Hindernisse verstellt werden darf, um die optische Linie. Dieser Raum wird auch als Fresnelellipsoid bezeichnet und seine Größe wächst mit der Distanz der beiden Endpunkte und mit der Wellenlänge des Signals, welche ihrerseits umgekehrt proportional zur Frequenz ist. Es ist daher notwendig zusätzliche “Ellenbogenfreiheit” für die Fresnelzone zu lassen. ⁹ ↩︎
A Brief History of the Tegola Project, Tegola Project, retrieved October 2015 ↩︎ ↩︎ ↩︎
WiLDNet: Design and Implementation of High Performance WiFi based Long Distance Networks (PDF), Rabin Patra et al., 2007 ↩︎ ↩︎ ↩︎
Topology Patterns of a Community Network: Guifi.net (PDF), Davide Vega et al., 2012 ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎
Global Access to the Internet for All, internet draft, Internet Engineering Task Force (IETF), 2015 ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎
Dies ist mit dem afghanischen JLINK Netzwerk passiert, als die Finanzierung für die Satellitenverbindung des Netzwerks 2012 austrocknete ↩︎
The case for technology in developing regions (PDF), Eric Brewer et al., 2005 ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎
Beyond Pilots: Keeping Rural Wireless Networks Alive (PDF), Sonesh Surana et al., 2008 ↩︎
Akshaya ↩︎
AirJaldi: archived website ↩︎
VillageCell: Cost Effective Cellular Connectivity in Rural Areas (PDF), Abhinav Anand et al., 2012 ↩︎
Deployment and Extensio of a Converged WiMAX/WiFi Network for Dwesa Community Area South Africa (PDF), N. Ndlovu et al., 2009 ↩︎
A telemedicine network optimized for long distances in the Amazonian jungle of Peru (PDF), Carlos Rey-Moreno, ExtremeCom ‘11, September 2011 ↩︎ ↩︎
Telemedicine networks of EHAS Foundation in Latin America, Ignacio Prieto-Egido et al., in “Frontiers in Public Health”, October 15, 2014. ↩︎
On a long wireless link for rural telemedicine in Malawi (PDF), M. Zennaro et al., 2008 ↩︎
A Survey of Delay- and Disruption-Tolerant Networking Applications, Artemios G. Voyiatzis, 2012 ↩︎ ↩︎
Supporting Cloud Deployment in the Guifi Community Network (PDF), Roger Baig et al., 2013 ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎
The design of a wireless solar-powered router for rural environments isolated from health facilities (PDF), Francisco Javier Simo Reigadas et al., in “IEEE Wireless Communications”, June 2008. ↩︎
A Case for Research with and on Community Networks (PDF), Bart Braem et.al, 2013 ↩︎ ↩︎
Es gibt unter anderem kleinere Netzwerke in Schottland (Tegola), Slowenien (wlan slovenija), Belgien (Wireless Antwerpen) , und den Niederlanden (Wireless Leiden). Australien hat Melbourne Wireless. In Latein Amerika gibt es unzählige Beispiele, wie Bogota Mesh (Colombia) und Monte Video Libre (Uruguay). Manche dieser Netzwerke sind miteinander verbunden. Das ist zum Beispiel bei belgischen und holländischen Gemeinschaftsnetzwerken der Fall, sowie bei slowenischen und österreichischen Netzen. ⁸²¹²³ ↩︎
Proxy performance analysis in a community wireless network, Pablo Pitarch Miguel, 2013 ↩︎
RuralCafe: Web Search in the Rural Developing World (PDF), Jay Chen et al., 2009 ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎
A Delay-Tolerant Network Architecture for Challenged Networks (PDF), Kevin Fall, 2003 ↩︎ ↩︎
Delay- and Disruption-Tolerant Networks (DTNs) – A Tutorial (version 2.0) (PDF), Forrest Warthman, 2012 ↩︎ ↩︎
Healthcare Supported by Data Mule Networks in Remote Communities of the Amazon Region, Mauro Margalho Coutinho et al., 2014 ↩︎
First Mile Solutions’ Daknet Takes Rural Communities Online (PDF), Carol Chyau and Jean-Francois Raymond, 2005 ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎
DakNet: A Road to Universal Broadband Connectivity (PDF), Amir Alexander Hasson et al., 2003 ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎
DakNet: Architecture and Connectivity in Developing Nations (PDF), Madhuri Bhole, 2015 ↩︎ ↩︎ ↩︎
Delay Tolerant Networks and Their Applications, Longxiang Gao et al., 2015 ↩︎
Low-cost communication for rural internet kiosks using mechanical backhaul, A. Seth et al., 2006 ↩︎
Searching the World Wide Web in Low-Connectivity Communities (PDF), William Thies et al., 2002 ↩︎ ↩︎
Slow Search: Information Retrieval without Time Constraints (PDF), Jaime Teevan, 2013 ↩︎