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Aufgrund des Bevölkerungsanstiegs und der daraus resultierenden Zunahme der städtischen Dichte aus verschiedenen Gründen stehen Städte, Nationen und sogar der Planet vor einer großen Herausforderung: die vorhandenen Ressourcen gleichmäßig auf die gesamte Bevölkerung zu verteilen und die nachhaltige Zukunft der Wirtschaft, der Umwelt und des sozialen Gefüges zu sichern (Lai, et al., 2020). An diesem Punkt tauchen Smart Cities als Mittel zur Bewältigung dieser gewaltigen Aufgabe auf, angefangen bei den städtischen Gebieten.

Die Dynamik hinter den Smart-Cities-Technologien nimmt mit den Fortschritten im Bereich des Internets der Dinge (Internet of Things, IoT) zu und macht sie zu einem Instrument zur Bewältigung städtischer Herausforderungen. Das Internet der Dinge ist ein expandierendes und sich ständig weiterentwickelndes Netzwerksystem, das auf dem Internet basiert. Das Hauptziel dieses Netzwerks besteht darin, die Interaktion zwischen Objekten und Personen in Echtzeit durch den Einsatz und die Unterstützung von technologischen Hilfsmitteln zu erleichtern. (Lv, et al., 2021)
Werden Smart-City-Technologien ausschließlich als technologische Lösungen betrachtet, d.h. wenn sie isoliert betrachtet werden, wird das Erreichen des angestrebten Nachhaltigkeitsniveaus unwahrscheinlich. Smart-City-Initiativen bieten oft keine umfassenden Lösungen für wichtige Probleme, da sie von verschiedenen Unternehmen, Kommunen und Verwaltungen konzipiert werden und aufgrund ihrer hochgradig anpassungsfähigen Natur nicht auf integrierte Weise angegangen werden können. In diesem Szenario gewinnt das Konzept der Smart Sustainable Cities an Bedeutung.

Die Nachfrage nach intelligenten nachhaltigen Städten steigt aufgrund der zunehmenden Auswirkungen der Urbanisierung auf die Systeme. Obwohl Städte nur 2% der Erdoberfläche einnehmen, sind sie für 80% des gesamten Energieverbrauchs verantwortlich. (Gago, Roldan, Pacheco-Torres, & Ordóñez, 2013) Zahlreiche Studien gehen davon aus, dass die städtische Bevölkerung bis zum Jahr 2050 6,9 Milliarden Menschen erreichen wird, was den Druck auf unsere Systeme weiter erhöht. (Hoornweg & Pope, 2016) Ein großer Teil der Ressourcen der Erde wird auf nicht nachhaltige Weise verbraucht. Einem Bericht des Global Footprint Network zufolge hat die Menschheit beispielsweise bereits am 29. Juli 2021 alle für dieses Jahr vorgesehenen Grundressourcen aufgebraucht. (WWF, kein Datum) Das bedeutet, dass wir die Ressourcen zukünftiger Jahre über den 29. Juli 2021 hinaus erschöpft haben. Intelligente Städte bieten das Potenzial für die Zusammenarbeit mit verschiedenen Instrumenten, um den optimalen Verbrauch und die Nachhaltigkeit der vorhandenen Ressourcen zu gewährleisten, wobei die Energieoptimierung und -modernisierung zu den wichtigsten Anwendungen dieser Möglichkeiten gehören.

Energie nimmt eine zentrale Stellung in den "Zielen für nachhaltige Entwicklung" der Vereinten Nationen ein. (Zugang zu erschwinglicher, zuverlässiger, nachhaltiger und moderner Energie sicherstellen, ohne Datum) Angesichts der globalen Energiekrise und des beschleunigten Verbrauchs fossiler Brennstoffe besteht ein dringender Bedarf an Energieeffizienz sowie an der Modernisierung und Optimierung von Energiesystemen. (Bibri, 2020)

Der Höhepunkt des Aufbaus einer nachhaltigen Stadt liegt in der Verschmelzung von Umwelt, Wirtschaft, Politik und Kultur zu einem nachhaltigen Lebensstil, der es diesen Elementen erlaubt, sich organisch zu entwickeln. (Afanasyeva, et al., 2020) Ein zentraler Punkt, um dies in einer nachhaltigen Stadt zu erreichen, ist die Frage der Energie. Durch die effiziente Nutzung von Energie und die nachhaltige Optimierung von Energieressourcen kann eine Stadt ihre Auswirkungen auf kritische Themen wie den Klimawandel erheblich reduzieren. (Afanasyeva, et al., 2020)

Mit dem Wachstum der Urbanisierung steigt auch die Belastung der städtischen Energiesysteme. Die steigende Energienachfrage macht die Herausforderungen der Nachhaltigkeit in städtischen Gebieten noch deutlicher. (Ahuja & Tatsutani, 2009) In den "Nachhaltigen Entwicklungszielen" der Vereinten Nationen wird Energie zu einem zentralen Anliegen. (Zugang zu erschwinglicher, zuverlässiger, nachhaltiger und moderner Energie sicherstellen, ohne Datum) Angesichts der globalen Energiekosten und des beschleunigten Verbrauchs fossiler Brennstoffe wird die Notwendigkeit der Energieeffizienz neben der Modernisierung und Optimierung der Energiesysteme immer wichtiger. (Bibri, 2020)

Es sind Initiativen im Gange, um die multidimensionalen Auswirkungen des Energieverbrauchs zu erforschen und verschiedene Lösungen zur Eindämmung zu entwickeln. Die Identifizierung und Optimierung der Faktoren, die der Energieerzeugung und dem Energieverbrauch zugrunde liegen, sollte sowohl für intelligente als auch für nachhaltige Städte ein Hauptaugenmerk sein. In diesem Sinne setzen verschiedene Städte intelligente Energielösungen, intelligente Umgebungen und eine Reihe von Sensoren und automatischen Kontrollsystemen im Rahmen des Internets der Dinge ein und integrieren sie. (Bibri, 2020)