Ausgabe: September 2019, Digitalisierung – Konzepte für mehr Nachhaltigkeit


Im Fokus

Hinter den Bildschirmen

Energie- und Ressourcenbedarf der Digitalisierung

Sie könnte der Heilsbringer der Nachhaltigkeit sein. Eine riesige Chance, Energie und Ressourcen einzusparen. In der Energiebranche – durch Kopplung von Erzeugung und Verbrauch. Im Verkehr – durch vernetzte Infrastruktur und geteilte Fahrzeuge. In der Industrie – durch angepasste und intelligente Fertigungsverfahren. Gleichzeitig hat die Digitalisierung mit Blick auf die Nachhaltigkeit auch eine dunkle Seite. Denn sie kann den Energie- und Ressourcenverbrauch ebenso antreiben. Etwa durch einen erhöhten Konsum, der durch sie einfacher und bequemer geworden ist, oder durch die eingesetzte Digitaltechnik selbst. Aufgrund der Vielfalt der Anwendungen und Einsatzmöglichkeiten gibt es bislang keinen umfassenden Überblick über den Energie- und Ressourcenbedarf der Digitalisierung. Das Öko-Institut arbeitet in unterschiedlichen Projekten daran, die bestehenden Wissenslücken zu schließen.

„Das Potenzial der Digitalisierung, Energie und Ressourcen einzusparen, ist sehr groß“, sagt Jens Gröger vom Öko-Institut, „man denke nur an Gebäude, deren Heizung und Beleuchtung bedarfsgerecht gesteuert werden. Oder an Fahrzeuge, Konsumgüter und Maschinen, die nicht mehr im Eigentum des Nutzenden sein müssen, sondern über digitale Plattformen geteilt werden. Oder an die Dematerialisierung durch Simulation und virtuelle Realitäten.“ Gleichzeitig kann die Digitalisierung den Energie- und Ressourcenbedarf aber auch deutlich antreiben, wie der Wissenschaftler aus dem Bereich Produkte & Stoffströme betont. „Für Smartphones und Laptops sind zum Beispiel der Energieaufwand und der Rohstoffeinsatz bei der Herstellung erheblich. Die Geräte enthalten unter anderem Gold, Kobalt und seltene Erdenmetalle, die oft unter problematischen Bedingungen gewonnen werden. Nur ein Bruchteil der wertvollen Rohstoffe kann beim Recycling zurück gewonnen werden.“

Steigendes Datenvolumen

Auch die Nutzung der IT-Geräte verbraucht Energie. Sowohl für den Betrieb der Geräte selbst, als auch für die Datenübertragung und deren Verarbeitung in Rechenzentren. Und diese Nutzung ist in den vergangenen Jahren deutlich gestiegen. Laut dem Jahresbericht 2018 der Bundesnetzagentur hat sich allein zwischen 2014 und 2018 das Datenvolumen im Mobilfunk von 0,4 auf 2 Milliarden Gigabyte pro Jahr erhöht. In Festnetzen stieg das Datenvolumen im selben Zeitraum von 12 auf 45 Milliarden Gigabyte. „Alle zwei Jahre verdoppelt sich das Datenvolumen. Der Bedarf an Infrastrukturen wie Datennetzen und Rechenzentren wird dementsprechend deutlich zunehmen“, so Jens Gröger. „Damit verbunden ist auch ein höherer Ressourcen-, Flächen- und Energiebedarf. Schon jetzt ist die Digitaltechnik für rund acht Prozent des deutschen Stromverbrauchs verantwortlich.“

In einem Kurzgutachten für den Wissenschaftlichen Beirat der Bundesregierung Globale Umweltveränderungen (WBGU) hat sich das Öko-Institut anhand einer Literaturrecherche mit dem globalen Energie- und Ressourcenbedarf der Digitalisierung beschäftigt. „Es gibt bislang keine Studien, die eine qualifizierte Aussage zu allen Bereichen der Digitalisierung erlauben“, sagt Gröger, „wir konnten jedoch Schlaglichter auf Teilaspekte werfen.“ So betont die Analyse unter anderem die recht kurze Lebensdauer digitaler Endgeräte wie Smartphones, Laptops oder digitaler Unterhaltungselektronik und die damit verbundenen Probleme mit Blick auf den Ressourcenbedarf und Ressourcenverluste. „Wir brauchen bei diesen Punkten mehr Transparenz – unter anderem auch durch Ökobilanzen.“

Rechenzentren, Cloud-Dienste, Software

Das Kurzgutachten für den WBGU verdeutlicht: Wir wissen viel zu wenig über den Energie- und Ressourcenverbrauch der Digitalisierung. Das Öko-Institut empfiehlt, diese Wissenslücken schrittweise zu schließen – und trägt dazu mit unterschiedlichen Projekten bei. So widmet sich eine Analyse für das Umweltbundesamt gezielt der Ressourceneffizienz von Rechenzentren und entwickelt Methoden für deren ökologische Beurteilung. Gemeinsam mit Partnern aus der Praxis haben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler das Kennzahlensystem KPI4DCE (Key Performance Indicators for Data Center Efficiency) entwickelt. „Die Kennzahlen beschreiben mit mehreren Indikatoren die Effizienz von Rechenzentren, indem sie den Nutzen mit dem Ressourcenaufwand ins Verhältnis setzen. Beispielsweise die Rechenleistung im Verhältnis zum Energiebedarf “, sagt Jens Gröger. Mit der entwickelten Methodik können Betreiberinnen und Betreiber von Rechenzentren diese nun gezielt optimieren und damit sowohl ihren Umweltfußabdruck als auch ihre Kosten senken. „Verlängere ich die Lebensdauer der Geräte oder laste diese besser aus, kann ich anhand der Methodik direkt die Umweltwirkungen beobachten.“ Darüber hinaus kann die Analyse dazu dienen, ökologische Mindestanforderungen an Rechenzentren zu stellen. „Für Server und Datenspeicherprodukte tritt im Jahr 2020 die EU-Ökodesign-Verordnung in Kraft. Es ist absehbar, dass in Zukunft auch Ökodesign-Mindestanforderungen an ganze Rechenzentren gestellt werden, vergleichbar mit der EU-Gebäuderichtlinie“, erklärt der Experte.

Für das Umweltbundesamt analysiert das Öko-Institut auch die Umweltwirkung von Cloud-Dienstleistungen wie etwa Onlinespeicherung oder die Nutzung von Software über das Internet. Gemeinsam mit dem Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM untersucht das Institut deren Energie- und Ressourceneffizienz. Unter Einbeziehung von Anbietern und Anbieterinnen solcher Dienste berechnet das Projektteam nun zum Beispiel, welchen CO2-Fußabdruck eine Stunde Videostreaming hinterlässt. „Anhand der Projektergebnisse wird es möglich sein, Online-Dienstleistungen zu vergleichen und Mindestkriterien für das Umweltzeichen Blauer Engel für Cloud-Dienstleistungen abzuleiten“, sagt Jens Gröger.

Einen Blauen Engel könnte es in Zukunft auch für Software-Produkte geben. Die Grundlagen hierfür hat das Öko-Institut zusammen mit dem Umwelt-Campus Birkenfeld der Hochschule Trier und der Universität Zürich gelegt. „Software ist in hohem Maße dafür verantwortlich, wie viel Energie ein Gerät verbraucht. Gleichzeitig passiert es immer wieder, dass Software-Updates dazu führen, dass Computer oder Smartphones langsamer werden oder nicht mehr funktionieren. Die Konsumentinnen und Konsumenten werden dadurch gezwungen, neue Hardware anzuschaffen“, so der Wissenschaftler. In einem vom Umweltbundesamt geförderten Forschungsprojekt wurde der Energie- und Ressourcenbedarf durch Software genau unter die Lupe genommen. Entwickelt wurde ein Kriterienkatalog für nachhaltige Software mit 25 Kriterien und 76 Indikatoren, darunter etwa die Energieeffizienz, Abwärtskompatiblität oder auch Plattformunabhängigkeit. „Dabei hat sich gezeigt, dass sich vergleichbare Software sehr unterschiedlich verhält – dass zum Beispiel ein weniger effizientes Textverarbeitungsprogramm etwa viermal so viel elektrische Energie für die Bearbeitung des gleichen Dokuments benötigt wie ein effizientes“, sagt Gröger. Messbare Unterschiede zeigen die Fallbeispiele auch bei Internet-Browsern, Bereitstellung von Internetseiten und Datenbank-Systemen.

Mit der Methodenentwicklung zur Bewertung der Umweltauswirkungen von Rechenzentren, Hardware und Software sowie mit Umweltzeichen zur Auszeichnung besonders effizienter IT-Produkte werden weitere Bausteine zur nachhaltigen Digitalisierung geschaffen. Damit wird der Weg bereitet, dass Digitalisierung tatsächlich ihre positiven Wirkungen entfalten kann und nicht zu einer weiteren Beschleunigung von Energie- und Ressourcenverbrauch führt.

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Nachhaltiger Konsum und nachhaltige Produkte stehen im Mittelpunkt der Arbeit von Jens Gröger. Der Senior Researcher befasst sich am Öko-Institut unter anderem mit umweltfreundlicher Beschaffung, Umweltzeichen sowie Informations- und Kommunikationstechnik.

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