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Digitalisierung und Nachhaltigkeit (I): Auswirkungen auf den Klimawandel

Die Wohnung ummelden per Knopfdruck auf dem digitalen Amt, eben schnell auf dem Smartphone schauen, wann der Zug kommt, den Stau in Echtzeit per Google Maps umfahren, Kontaktnachverfolgung in der Pandemie in Echtzeit. Die Digitalisierung bringt viele Annehmlichkeiten mit sich, ohne die der Alltag kaum mehr wie gewohnt zu bewältigen wäre. Doch es gibt auch Schattenseiten: Energiehunger, Ausbeutung von endlichen Ressourcen wie seltenen Erden, Sicherheitsfragen der Infrastruktur, Risiken bei der KI-Entwicklung sowie die Auswirkungen auf persönlicher und gesellschaftlicher Ebene. Vor diesem Hintergrund müssen wir uns fragen: Ist diese Entwicklung nachhaltig oder steuern wir auf eine Sackgasse zu? Wird unser heutiges Zeitalter der Digitalisierung in 300 Jahren vielleicht gar als globale Völlerei betrachtet? Wir beleuchten diese Fragestellungen rund um Digitalisierung und Nachhaltigkeit in einer Reihe von Blogbeiträgen. Dieser Beitrag dreht sich um die Auswirkungen von Digitalisierung auf Energie und Klimaschutz.

Energiefresser Digitalisierung

Der Stromverbrauch digitaler IT-Techniken ist enorm. So hat das Öko-Institut im Auftrag der KfW festgestellt, dass „der jährliche Strombedarf für die Nutzung digitaler Technologien in Deutschland aktuell bei ca. 45 bis 50 TWh [liegt], was einem Anteil am jährlichen Stromverbrauch von 8 % bis 9 % des Jahres 2019 entspricht“[1]. Dabei wurde der Stromverbrauch der Nutzung digitaler Geräte am Arbeitsplatz und im privaten Bereich (inkl. Unterhaltungselektronik), in der Gebäudeversorgung und öffentlichen Infrastruktur sowie der Betrieb von Rechenzentren und Datenübertragungsnetzen berücksichtigt.[2] Allein die Rechenzentren nehmen hierbei einen Wert von jährlich 16 TWh ein, Tendenz steigend.[3]

Der damit verbunden Ausstoß von Treibhausgas in Deutschland wird gegenwärtig auf mindestens 34 Mio. Tonnen CO2 pro Jahr geschätzt. Dies entspricht in etwa den gesamten Treibhausgasemissionen von Rheinland-Pfalz.[4]

Ein ähnliches Bild zeichnet auch die weltweite Entwicklung: Um jährlich rund 9 % wächst der Stromverbrauch der Digital-Technologien. Allein für den Betrieb des Internets werden aktuell schon etwa 40 Großkraftwerke benötigt.[5] Da sich die Rechnerleistung (pro Kilowattstunde) alle 1,5 Jahre verdoppelt und darüber hinaus mehr Geräte produziert und genutzt werden, wird es zu weiteren Steigerungen kommen.[6] Steffen Lange und Tilmann Santarius prognostizieren in ihrem Buch "Smarte grüne Welt" einen globalen Stromverbrauch durch Informations- und Kommunikationstechnologien bis 2030 von etwa 8.000 Terawattstunden.

Vor allem die Zunahme des Datenverkehrs im privaten Bereich treibt den Energieverbrauch nach oben. Das Streaming von Onlinevideos nimmt mittlerweile fast 60 % des weltweiten Datenverkehres ein.[8] Die zunehmende Qualität der Videos in mittlerweile 4k- oder 8k-Qualität benötigt riesige Datenmengen. Laut dem „The Shift Project“ liegt der durchschnittliche CO2-Verbrauch des weltweiten Video-Streamings bei mehr als 300 Millionen Tonnen (Messzeitraum 2018). Die entspricht in etwa den jährlichen CO2-Emissionen von Spanien.[9][10] Neben dem reinen Betrieb von IKT-Geräten trägt zudem die Herstellung dieser Geräte und der entsprechenden Infrastruktur maßgeblich zum CO2-Fußabdruck der Digitalisierung bei.

Einsparmöglichkeiten durch höhere Energieeffizienz dank Digitalisierung

Doch zu dem Schatten kommt auch Licht: Bitkom hat zusammen mit Accenture in einer Studie die Auswirkung von digitalen Technologien auf die Steigerung der Energieeffizienz und die Reduzierung des Ressourceneinsatzes untersucht. Im Anwendungsbereich der industriellen Fertigung werden durch Automatisierungen in der Produktion und digitale Steuerungssysteme im Jahr 2030 etwa 5 bis 8 % Einsparungen bei Primärenergieemissionen erwartet. Ähnlich hohe Einsparungen sind darüber hinaus durch die Simulation und Optimierung von physikalischen Prozessen durch digitale Zwillinge zu erwarten. Schon jetzt werden im Pharmabereich durch die Technologie des digitalen Zwillings bei der Fertigung von Medikamenten eine Reduktion von 80 % bei den Primärenergieemissionen erreicht.[11]

Im Bereich Mobilität sind Einsparungen durch einen geringeren Kraftstoffverbrauch zu erwarten. Bis 2030 können 9 bis 14 % an Verkehrsemissionen durch effizientes Fahren und ein digitales öffentliches Verkehrsnetz vermieden werden. Insgesamt 10 bis 16 % Einsparungen sind durch intelligente Logistiklösungen im Güterverkehr möglich und 1 bis 3 % Einsparung durch Car-Sharing-Apps. Als Beispiel kann hier die Einführung eins digitalen öffentlichen Verkehrsnetzes in Oslo gelten: Dort gehören zu den wichtigsten digitalen Anwendungen die Beschilderung mit Echtzeitinformationen, die Möglichkeit Fahrscheine digital über eine App zu beziehen und der Einsatz von IoT-Sensoren zur voraussehenden Wartung und Steigerung des Fahrerlebnisses. Seit der Einführung des digitalen Netzes finden ca. 44 % der Fahrten in Oslo mit öffentlichen Verkehrsmitteln statt, was deutlich über dem landesweiten Durchschnitt liegt (21 %).[12]

Im Anwendungsbereich Gebäude lassen sich laut der Studie 8 bis 9 % der erwarteten Primärenergieemissionen in Wohnhäusern durch intelligente Energie-Management-Technologien (Smart Home) einsparen. Insgesamt 9 bis 12 % der Emissionen lassen sich in kommerziellen und öffentlichen Gebäuden durch z. B. intelligente Belüftungs- und Klimaanlagen vermeiden. Im Rahmen eines Modellprojektes in Dänemark wurde im Zuge einer energetischen Sanierung und dem Einbau von intelligenten Systemen beim Gebäudemanagement der Energieverbrauch um 27 % reduziert.[13]

Ein weiterer Einsparfaktor bei Bruttostromerzeugungsemissionen sind sensorgesteuerte Netze und intelligente Messinfrastruktur (Smart Grids). So konnte in einem Modellprojekt des Förderprogramms SINTEG, welches 300 Projektbeteiligte in fünf Modellprojekten umfasste, 20 bis 30 % der Netzverluste durch eine permanente Überwachung und die datenbasierte Prognose des Netzzustandes reduziert werden. Gleichzeit wurden die Netzausfallzeiten um 30 bis 40 % verringert und die Einspeisekapazität für dezentral erzeugten erneuerbaren Strom um 17 % erhöht.[14]

Im Bereich Arbeit und Business können allein durch mobiles Arbeiten 14 bis 16 % der Verkehrs- und Primäremissionen durch kollaborative Digitallösungen eingespart werden. So konnten bei einem Unternehmen in den USA durch die Einführung eines virtuellen Büroprogramms 8.000 Beschäftigte (11 % der inländischen Beschäftigten) auf dessen Basis komplett von zu Hause arbeiten. Dies sparte ca. 20 Millionen Liter Benzin und damit 41.000 Tonnen CO2 aufgrund der wegfallenden Arbeitswege.[15]

Reboundeffekte: Wie sicher sind die Einsparungen?

Da es jedoch auch zu Reboundeffekten kommen kann, wenn durch die Effizienzsteigerung sich Produktions- und Konsummuster ändern und somit die Einsparung nicht oder nicht in voller Höhe erzielt werden können, ist eine Prognose immer unsicherheitsbehaftet. Die KfW hat hierfür z. B. mehrere Szenarien der Auswirkung einer Homeoffice-Nutzung auf den Klimaschutz berechnet. In einer Variante wird eine Minimalausstattung an Bürogeräten angenommen, das heißt der vorhandene Laptop der Arbeit wird genutzt, der vorhandene Router und ein zusätzlicher Monitor. Außerdem wird ein Raum mitgenutzt, der ohnehin beleuchtet und beheizt wird. In dieser Variante kommt die KfW durch Herstellung und Nutzung digitaler Geräte, Beleuchtung und Beheizung, sowie Emissionen durch den Datenverkehr auf 95 kg CO2 pro Jahr. Bei einem zweiten Szenario wird eine Vollausstattung, das heißt ein zusätzlicher Desktop PC, mit Bildschirm und ein zusätzlicher Drucker angenommen sowie ein allein dafür vorgehaltener Arbeitsraum von 12 m² Fläche, der beleuchtet und beheizt werden muss. Dies verursacht dann bereits einen CO2-Ausstoß von 443 kg pro Jahr. [16]

Im Vergleich dazu (es wird angenommen, dass die vorhandenen Büroflächen des Arbeitgebers mittelfristig weiterhin vorgehalten werden) wird bei einer Arbeitsfahrt ins Büro von 12 km mit dem Auto 647 kg CO2 eingespart. Bei der Nutzung des ÖPNV jedoch nur noch 304 kg, was bedeutet, dass der CO2-Fußabdruck eines vollausgestatten Heimbüros schlechter ist als die Arbeit im Büro bei Nutzung öffentlicher Verkehrsmittel.[17]

Wie sich die Digitalisierung in Zukunft auf den Klimaschutz auswirken wird, ist gerade aufgrund von Ausweicheffekten nicht sicher zu prognostizieren. Es sind sowohl Chancen als auch Risiken vorhanden. Außerdem fällt es schwer, konkrete Handlungsanweisungen zu formulieren. Klar ist, dass eine Steigerung der Energieeffizienz bei der Herstellung von Geräten und Infrastruktur sowie der Ausbau von erneuerbaren Energien hilfreich wäre. Diese Empfehlung wirkt jedoch vor dem Hintergrund der Herausforderungen, der Komplexität des Feldes, der Vernetzung und der Vielzahl der Einflussvariablen recht banal und unbefriedigend. Letztlich kann man es wohl nur mit den Worten der Bundesumweltministerin Svenja Schulze halten: „Die Entscheidung, ob die Digitalisierung zum Fluch oder Segen für den Klimaschutz wird, ist noch nicht gefallen“[18].

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