5G-Strahlung

Neben dem Versprechen schnellerer Datenübertragungsraten und geringerer Latenzen ist 5G vor allem aufgrund eines anderen Aspekts häufig Thema: Der Sorge vor gesundheitlichen Nachteilen durch 5G-Strahlung. Diese Sorge reichen von offenkundig verrückten Verschwörungstheorien von 5G als Ursache für Covid-19 bis zur ernst gemeinten Neuauflage der Sorge vor Handystrahlung, die schon in den 1990ern viele umtrieb.

Was ist dran den den Sorgen vor der 5G-Strahlung? Ist sie gefährlich? Wie ist 5G-Strahlung im Vergleich zu den älteren Mobilfunkgenerationen einzuschätzen - und wie im Vergleich z.B. zu Radiosendern und ähnlichen Strahlungsquellen?

Um dies beurteilen zu können, müssen wir uns inhaltlich etwas tiefer in die Materie graben.

5G - was ist das überhaupt?

Das Kürzel 5G bezeichnet die sogenannte 5. Generation von Mobilfunkstandards. Im Wesentlichen werden bei diesen Standards von internationalen Gremien die Wellenlängen und Sendestärken spezifiziert, mit denen die Handys und Basisstationen senden dürfen. Die zweite wichtige Festlegung sind Übetragungsprotokolle, d.h. auf welche Weise Sender und Empfänger miteinander kommunizieren.

Es war einmal ein A-Netz

Die erste Mobilfunk-Generation, in (West-)Deutschland waren das die A-, B- und C-Netze, funktionierte noch rein analog. Sie wurde in den 1980ern eingeführt. Die genutzten Wellenlängen der A- und B-Netze waren im 2m-Bereich. Das ist ungefähr der Bereich, auf dem auch UKW-Radiosender ausgestrahlt und empfangen werden. Das C-Netz bekam eine Wellenlänge von 70cm zugewiesen.

Diese Netze waren noch sehr umständlich (im A-Netz musste z.B. eine Vermittlungsstelle noch per Hand die Verbindung einrichten) und waren bei wenigen 10000 Teilnehmenden in Westdeutschland schon an ihrer Kapazitätsgrenze. Weil es noch wenige Empfangsstationen gab, hatten die Mobilteile auch sportliche Sendeleistungen von bis zu 30 Watt.

Auch das modernste deutsche Netz der ersten Generation, das C-Netz, hatte den großen Nachteil, dass der benutzte Standard, C-450, nicht kompatibel mit den Standards der Nachbarländer war. Roaming, also das Verwenden des Mobilgeräts in einem anderen Land, war damit deshalb nicht möglich.

2G, 3G, 4G, 5G

Das war einer der Punkte, der mit GSM, dem neuen Standard für die nächste Mobilfunkgeneration, verbessert werden sollte. GSM war in Deutschland die Basis für die D- und E-Netze, die Anfang der 1990er eingeführt wurden. Der GSM-Standard ermöglicht verschiedene Frequenzbereiche. In Europa, Afrika, dem mittleren Osten und Teilen Asiens wird ein Frequenzbereich ca. 900 MHz genutzt. GSM wird rückwirkend als zweite Mobilfunk-Generation betrachtet und deshalb heutzutage auch als 2G abgekürzt.

Spätestens jetzt ist ein Trend erkennbar: Die neueren Mobilfunktechniken benutzen immer höhere Frequenzen. Höhere Frequenzen ermöglichen es, mehr Daten in derselben Zeit zu übertragen, bzw. mehr Mobilgeräte mit einer einzelnen Basisstation bedienen zu können. Das ermöglichte zunächst bessere Tonqualität und später auch Datenübertragungen. Man zahlt aber auch einen Preis: Die Reichweite verringert sich. Das kennen Sie vielleicht noch vom analogen Radio: Ein UKW-Sender im Autoradio klingt zunächst sehr gut, fängt aber z.B. nach wenigen gefahrenen Kilometern schon zu rauschen an. Ein Langwellensender dagegen klingt von Anfang an nicht umwerfend, ist jedoch auch nach hunderten von Kilometern noch immer zu hören.

Genauso benötigten die ersten Handys nur vergleichsweise wenige im Land verteilte Empfangsstationen. Das machte das Unterfangen angesichts der wenigen Nutzer/-innen überhaupt nur bezahlbar. Später gab es weitaus mehr Interessierte, darum lohnte es sich, die entsprechende Infrastruktur von Tausenden von Sendemasten zu installieren. Dafür kamen die Mobilgeräte mit weniger Sendeleistung aus - bei 2G waren es schon nur noch 2 Watt statt 30 im A-Netz. Das erfordert weniger Akku-Kapazität und brachte die Geräte aus dem Kofferraum in die Hosentasche.

Dieser Trend ging ähnlich weiter: Für die dritte Generation, der Standard heißt UMTS, wurden in Deutschland im Jahr 2000 die Frequenzbänder an 8 Unternehmen versteigert. Diese 3G-Frequenzbänder liegen alle bei ca. 2100 MHz (die möglichen Frequenzbänder beginnen aber bei 700MHz). Gleichzeitig verringerte sich auch wieder die maximal zulässige Sendeleistung der Mobilgeräte: Sie liegt bei 3G bei nur noch 0,25 Watt.

Es folgte eine Zwischenlösung namens LTE (Long Term Evolution), die, auch wenn sie häufig anders vermarktet wurde, streng genommen noch zur dritten Mobilfunkgeneration gehörte. Erst mit der Weiterentwicklung LTE Advanced wird auch in technischen Kreisen von 4G gesprochen. Mit den neuen Standards hat sich auch ein weiteres Mal die Obergrenze der möglichen Frequenzbänder verschoben: Sie liegt für 4G bei ca. 2600 MHz. Die zulässige Sendeleistung liegt bei 0,2 Watt.

Damit sind in der Gegenwart und bei der fünften Generation angekommen: 5G. Mit 5G wurden die potentiell nutzbaren Frequenzbänder deutlich nach oben verschoben: Sie können bis 40GHz betragen, und Erweiterungen bis zu 80 GHz sind bereits geplant.

Wellenlänge vs. Frequenz elektromagnetischer Wellen

Elektromagnetische Wellen lassen sich auf zwei Weisen beschreiben: Die Wellenlänge beschreibt, der Name lässt es schon vermuten, die Länge einer kompletten Welle, d.h. einer Schwingung, die bei Null beginnt, nach oben ausschlägt, nach unten ausschlägt und am Ende wieder bei 0 ankommt:

Die Frequenz sagt aus, wie oft diese Schwingung in einer Sekunde passiert. Elektromagnetische Wellen breiten sich ungefähr mit Lichtgeschwindigkeit aus (es kommt ein bisschen auf das Material an), d.h. 300.000 km/Sekunde. Eine Wellenlänge von 2m, wie sie bei den A- und B-Netzen der ersten Handy-Generation benutzt wurde, passt 150 Millionen mal in die Strecke, die das Licht in einer Sekunde durchläuft. Die Einheit der Frequenz lautet Hertz (abgekürzt Hz) - die Wellenlänge von 2m entspricht also einer Frequenz von 150MHz.

Strahlung ist nicht gleich Strahlung

Teilchenstrahlung

Soweit, so gut - aber was ist das überhaupt für Strahlung? Ohne hier zu tief ins Detail gehen zu wollen, kann grob zwischen Teilchenstrahlung und elektromagnetischer Strahlung unterschieden werden.

Teilchenstrahlung entsteht beim radioaktiven Zerfall von Atomen. Es werden entweder Teile eines Atomkerns (Alphastrahlung oder Neutronenstrahlung) oder der Elektronen aus der Hülle (Betastrahlung) ausgestrahlt. In schwacher Form sind wir Alpha- und Betastrahlung durch natürliche Zerfallsprozesse in der Umwelt ausgesetzt, dies ist in den allermeisten Gegenden der Welt jedoch gesundheitlich unproblematisch. Neutronenstrahlung erreicht die Erde zum allergrößten Teil durch die kosmische Strahlung - vor ihr sind wir jedoch durch das Magnetfeld der Erde geschützt. Abgesehen von der gezielten medizinischen Nutzung ist die Teilchenstrahlung in höherer Dosis in der Praxis jedoch etwas, das definitiv nicht gesundheitsfördernd ist.

Elektromagnetische Strahlung

Elektromagnetische Strahlung sendet keine Teilchen aus. Täglich umgibt uns elektromagnetische Strahlung in sehr unterschiedlichen Wellenlängen - von Wellen mit mehreren Metern Länge bis hin zu extrem hochfrequenter Strahlung mit Wellenlängen von wenigen Nanometern.

Elektromagnetische Strahlung ist wichtig für das Leben auf diesem Planeten - so wichtig, dass wir Menschen gleich zwei Sinnesorgane entwickelt haben, um es wahrnehmen zu können: Ein Organ für Wellenlängen von ca. 400 bis 780 Nanometern (nm), und ein Organ für Wellenlängen von ca. 1-10 Mikrometern (µm), also 1000-10000nm.

Gemeint sind natürlich unsere Augen und unsere Haut. Die größte Quelle für natürliche elektromagnetische Strahlung ist nämlich unsere Sonne. Und die wiederum strahlt am stärksten im Bereich von ca. 300-1000nm. Deshalb ist unser wohl wichtigstes Sinnesorgan auch darauf ausgerichtet, genau diesen Frequenzbereich detailliert wahrnehmen zu können. Den Bereich elektromagnetischer Strahlung, den wir sehen können, nennen wir Licht. Strahlung mit längeren Wellen als das Licht können wir nicht mehr mit den Augen sehen, aber mit unserer Haut: Es ist die Infrarot- oder auch Wärmestrahlung.

Langwelliger als das sichtbare Licht

Licht und Infrarotstrahlung sind bis auf die unterschiedliche Wellenlänge identisch - es handelt sich einfach um elektromagnetische Strahlung mit verschiedenen Wellenlängen.

Inrarotstrahlung ist der Bereich elektromagnetischer Strahlung, die am langwelligen Ende an das Licht angrenzt. Manche Tiere, etwa einige Schlangen, können Teile dieses Spektrums noch "sehen" und nutzen diese Fähigkeit zur Orientierung. Noch langwelliger als Infrarot ist die Terahertz-Strahlung, die Wellenlängen bis 1mm hat. Während wir Licht und Infrarotstrahlung seit Jahrtausenden künstlich produzieren, erst mit Lagerfeuern, jetzt mit LEDs und Wärmelampen, wurde die Terahertz-Strahlung von unserer Spezies bisher noch wenig beachtet. Anders sieht es mit dem angrenzenderen, langwelligeren Bereich aus: der Mikrowellenstrahlung. Mit Wellenlängen im Zentimeter- und Frequenzen im Gigahertz-Bereich spielt sie in der modernen Welt eine wichtige Rolle. Neben der Mikrowelle in der Küche, medizinischer Therapieformen, Radaranlagen in Luft-, Schiffahrt und neuerdings auch autonom fahrenden Autos ist dies auch der Bereich, in der sich ab dem C-Netz in den 1980ern auch alle Handy-Frequenzen ab der ersten Generation befinden - bis einschließlich 5G.

Kurzwelliger als das sichtbare Licht

Auf der kurzwelligen Seite des Lichts befinden sich all die Bereiche der EM-Strahlung, die wegen ihrer gesundheitlichen Risiken bekannt sind: Tiefblau können wir Menschen noch sehen, aber wenn es noch kurzwelliger wird, dann beginnt die ultriaviolette Strahlung - das UV-Licht. UV-Strahlung hat Wellenlängen von ca. 10nm bis ca. 400nm. Die stärkste natürliche Quelle für UV-Strahlung ist unsere Sonne. Menschliche Augen können sie nicht mehr sehen (ganz nebenbei: Das ist auch der Grund, warum Sonnencreme für uns durchsichtig aussieht!), aber z.B. die Augen von Bienen haben sich so entwickelt, dass sie noch Teile dieses Spektrums wahrnehmen können.

UV-Strahlung wird u.a. für die Desinfektion von Materialien benutzt. Auch in der Spektroskopie spielt sie eine sehr wichtige Rolle: Mit Hilfe von Spektrometern können Stoffe aufgrund ihrer Reaktion auf UV-Licht sehr fein unterschieden werden. Das wird genutzt, um z.B. Keimbelastungen von Lebensmittelproben zu prüfen, oder um die Zusammensetzung eines unbekannten Materials zu entschlüsseln.

Noch kurzwelliger, d.h. noch energiereicher als das UV-Licht, ist die Röntgenstrahlung. Neben der Nutzung als medizinisches Bildgebungsverfahren sind sie häufig unerwünschtes Nebenprodukt einer anderen Technik, etwa bei militärischen Radargeräten oder Röhrenfernsehern der frühen Generationen. Noch kurzwelliger und damit energiereicher ist die Gammastrahlung. Sie tritt bei radioaktiven Zerfallsprozessen auf. Gammastrahlung ist extrem kurzwellig, ihre Wellenlänge wird in Picometern angegeben (pm), also Tausendsteln Nanometern. Gammastrahlung wird medizinisch genutzt: In der Strahlentherapie etwa findet sie Anwendung zur Abtötung von Tumorzellen. Es gibt auch Spektroskopie-Verfahren, die mit dem Spektrum der Gammastrahlung arbeiten.

Schädliche Wirkung von elektromagnetischer Strahlung

Warum nun wird es "links" vom sichtbaren Licht gefährlich, aber "rechts" davon weitgehend unbedenklich?

Der Grund sind die Photonen - das, was bei elektromagnetischer Strahlung ausgestrahlt wird. Photonen werden auch als Lichtquanten oder Lichtteilchen bezeichnet. Photonen wiegen nichts, d.h. sie haben keine Masse. Sie haben aber Energie, und die ist abhängig von der Frequenz, mit der das Photon schwingt: Je schneller die Schwingung, desto mehr Energie enthält das Photon.

Je schneller ein Photon schwingt, desto weniger Strecke kann ein Strahl zurücklegen, bevor die Schwingung wieder zurück zum Ausgangspunkt gelangt ist - ein schneller schwingendes Photon hat also eine kleinere Wellenlänge. In die Strecke, die der Strahl in einer Sekunde zurücklegt, passen dann also viele vollständige Schwingungen - ein schneller schwingendes Photon hat also eine höhere Frequenz.

Ionisierende Strahlung

Ab einer bestimmten Energiemenge (in Elektronenvolt, eV), also bei sehr kleinen Wellenlängen, ist der Moment erreicht, wo das Photon eine solche Energie mit sich führt, dass es beim Aufprall auf ein Atom ein Elekron aus dessen Hülle herauslösen kann. Dadurch wird das vorher neutrale Atom zu einem positive geladenem Ion, das nun Wechselwirkungen auf seine Umgebung haben kann - ein freies Radikal ist entstanden.

Strahlung, die aufgrund ihrer kleinen Wellenlängen genügend Energie enthält, um dieses Herauslösen von Elektronen zu bewerkstelligen, wird als ionisierende Strahlung bezeichnet. Ioniserende Strahlung beginnt bei Wellenlängen von ca. 250nm - also bei UV-Licht.

Das ist auch die Art und Weise, mit der UV-Licht Hautkrebs erzeugen kann: Einzelne Atome werden ionisiert, und das führt zu Wechselwirkungen mit anderen Atomen und Molekülen innerhalb einer Zelle. Ist der Schaden groß genug, dann ist das Resultat eine Mutation des Erbguts oder sogar der Zelltod.

Noch kurzwelligere Strahlung ist noch energiereicher und kann deshalb schneller zu Zellschäden führen. Darum werden z.B. Röntgenstrahlen in der Medizin so sparsam eingesetzt.

Nicht-ionisierende Strahlung

Langwelligere Strahlung ist nicht mehr energiereich genug, um dieses Herauslösen zu bewerkstelligen. Genauer gesagt: Bei langwelligerer Strahlung müssten die Atome so schwache Bindungen haben, dass sie in unseren normalen Umweltbedingungen ganz von allein zerfallen würden.

Die längerwellige Strahlung hat dennoch Effekte: Ihre Energie wird je nach Wellenlängen von unterschiedlichen Atomen oder Molekülen absorbiert, und das ist gleichbedeutend mit einer Erwärmung. Diesen Effekt macht sich der Mikrowellenherd zunutze.

5G-Strahlung: nicht ionisierend, aber potentiell erhitzend

Die Frequenzen, mit denen 5G-Funk arbeitet, sind also auch in den geplanten Ausbaustufen von 80GHz noch sehr weit unterhalb der Schwelle ionisierender Strahlung.

Strahlung von 5G-Handys

Unerwünschte Effekte können also eigentlich nur aufgrund von Erwärmung entstehen. Das ist der Effekt, den sich Mikrowellenherde oder auch Lasercutter zunutze machen. Zwar ist bei 5G-Mobilgeräten die maximal zulässige Sendeleistung mit 0,2 Watt angegeben, jedoch wirkt diese Strahlung ja nicht gleichmäßig auf den ganzen Körper, sondern nur ganz in der Nähe des Handys, und verschiedene Geräte unterscheiden sich durch technische Details, was eine Vergleichbarkeit erschwert. Deshalb wurde der SAR-Wert als standardisierte Vergleichsmöglichkeit eingeführt. Dieser in der europäischen Norm EN 62209-1 definierte Wert beschreibt obere Strahlungsgrenzen beim Betrieb am Ohr, und auch die genaue Art und Weise, wie die Strahlungsleistung gemessen wird. Die zulässige Obergrenze liegt bei 2W/kg Körpergewicht, und praktisch alle Geräte am Markt unterschreiten diesen Wert deutlich.

Strahlung von 5G-Basisstationen

Betrachten wir die andere Seite der Funk-Kommunikation: Die Basisstationen. Die Basisstationen arbeiten in der Regel mit 50W Eingangsleistung, strahlen jedoch meist nicht kugelförmig aus, sondern gerichtet. Die effektive Strahlungsleistung (effective radiative power, ERP) kann dadurch bis zu einem Kilowatt betragen. Zum Vergleich: Radio-Langwellensender oder Fernsehtürme arbeiten mit Eingangsleistungen von bis zu 500kW. Da elektromagnetische Strahlung sich ja grundsätzlich in alle Richtungen ausbreitet und gerade die 5G-Frequenzen stark von vielen Teilchen in der Umwelt absorbiert werden, hängt die tatsächlich ankommende Strahlungsleistung sehr stark vom Abstand zur Basisstation ab.

Die Forschungsstiftung Strom und Mobilkommunikation (FSM) an der ETH Zürich hat wiederholt die Stärken verschiedener Quellen in einer städtischen Umgebung gemessen. Das Resultat: Ca. 1/3 der bei einer Person ankommenden Strahlung stammt von Mobilfunk-Basisstationen und den Handys anderer Personen, ein Drittel sind Radio- und Fernsehsender, und das letzte Drittel machen Schnurlostelefone und WLAN-Access-Points aus (Quelle).

Andere mögliche Wirkungen vo Handy-Strahlung

Potentielle Wirkungen jenseits der reinen Erwärmung von Gewebe werden seit mehreren Jahrzehnten mit verschiedenen Ansätzen erforscht. Ähnlich wie beim Einfluss von blauem Licht, bei dem bei hoher Dosis vor dem Zubettgehen Einfluss auf den Serotoninhaushalt nachgewiesen werden kann, das Schlafverhalten selbst aber praktisch identisch war, konnten bei Dosen deutlich über den SAR-Grenzwerten beispielsweise per EEG nachweisbare Einflüsse auf den non-REM-Schlaf gezeigt werden - der Schlaf als solches war aber wieder ununterscheidbar vom Schlaf ohne EM-Feld (Quelle).

Handy-Strahlung und Krebs?

Auch wenn die Bildung freier Radikale durch ionisierende Strahlung als Krebsursache ausgeschlossen ist, weil die Mobilfunkfrequenzen sehr weit entfernt von den Frequenzen ionisierender Strahlung liegen, ist das kein Beweis der Nicht-Existenz eines Einflusses - weil ein solcher Beweis empirisch in keinem Forschungsfeld der Welt möglich ist. Deshalb gab es eine Reihe von größeren Erhebungen, die den Zusammenhang von Handystrahlung und Krebs untersucht haben.

Von besonderer Bedeutung ist hier ist eine dänische Kohortenstudie, die über mehrere Jahrzehnte den größten Teil sämtlicher Handyzulassungen begleitet hat. Sie ist besonders wertvoll, weil sie a) einen wesentlichen Teil der Handy-Nutzer/-innen umfasst, d.h. es sind z.B. nicht zufällig die gefährdeten Personen nicht Teil der Studie, b) beobachtet sie im Feld, nicht nur unter unrealistischen Laborbedingungen, und c) reichen die Beobachtungen über einen äußerst langen Zeitraum - sie begannen 1982 und reichen bis 2007.

Das Ergebnis: Es konnten keine vermehrten Krebs-Erkrankungen nachgewiesen werden (Quelle).

Fazit: Macht 5G-Strahlung krank?

Höchstwahrscheinlich nicht. Starke Effekte wird es sicherlich nicht geben: Die verwendeten Frequenzen liegeielen Jahrzehnten, mit teilweise tausendfacher Strahlungsleistung (etwa durch analoge Radio- und Fernsehtürme) - ohne, dass es bisher zu nachweisbaren Effekten gekommen ist.

Zudem ist die Reichweite von 5G-Basisstationen und -Mobilgeräten sehr gering, weil die Strahlung stark von der Umgebung aufgenommen wird. Das 5G-Netz wird deshalb aus vielen schwachen Stationen bestehen, statt weniger starker. Das wird die individuelle Maximalbelastung weiter verringern.

Dennoch sollte hier, wie bei allen Technologien, das Vorsorgeprinzip angewendet werden: Das Handy auf dem Nachttisch beim Zubettgehen in den Flugmodus zu setzen dauert eine Sekunde und hat keine weiteren Nachteile - das sollte man sich also auch bei der 5. Generation nicht abgewöhnen.

 

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