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Büro für Technikfolgen-Abschätzung beim Deutschen Bundestag Büro für Technikfolgen-Abschätzung beim Deutschen Bundestag

Informationen zur Untersuchung

Energieverbrauch der IT-Infrastruktur

Themenbereich: Energie, Ressourcen, Umwelt
Analyseansatz: TA-Projekt
Themeninitiative: Ausschuss für Bildung, Forschung und Technikfolgenabschätzung; Ausschuss für Wirtschaft und Energie
Status: laufend
Bearbeitungsstand: Gutachter gesucht
Laufzeit: 2019 bis 2020

Thematischer Hintergrund

Die Digitalisierung durchdringt alle Lebensbereiche und weist ein erhebliches transformatives Potenzial auf. Die enormen Chancen und Risiken des digitalen Umbruchs werden bislang vor allem in wirtschaftlicher und gesellschaftlicher Hinsicht thematisiert. Er geht aber auch mit erheblichen ökologischen Wirkungen einher, die als ambivalent einzuschätzen sind: Auf der einen Seite bietet die Digitalisierung die Chance, ökonomische und gesellschaftliche Prozesse neu zu organisieren und insbesondere auch unter Umweltaspekten effizienter zu gestalten, sodass Energie und Ressourcen eingespart werden können. Beispiele sind die Potenziale der vernetzten Mobilität (von der man sich eine energieeinsparende Optimierung der Verkehrsflüsse erhofft) oder von Smart-Home-Systemen (die zu Verbrauchsreduktionen in Haushalten beitragen sollen). Auf der anderen Seite verbrauchen aber Aufbau und Betrieb der digitalen Infrastrukturen (Endgeräte, Daten- und Rechenzentren, Kommunikationsnetze) große Mengen an Energie und Rohstoffen, wodurch sie wesentlich zur globalen Umwelt- und Klimabelastung beitragen. In Deutschland konnte der Gesamtstromverbrauch der Informations- und Kommunikationstechnik (IKT) gemäß einer Analyse der Deutschen Energie-Agentur trotz des stetigen Zuwachses durch erfolgreiche Energieeffizienzmaßnahmen zwar reduziert werden (dena 2017: Analyse der mit erhöhtem IT-Einsatz verbundenen Energieverbräuche infolge der zunehmenden Digitalisierung). Dies gilt aber nicht generell für alle Länder und in Deutschland nicht für den Teilbereich der Daten- und Rechenzentren, wo der Energieverbrauch weiter zunimmt, weil der starke Ausbau die Einsparungen durch Effizienzmaßnahmen übersteigt.

Eine kritische Betrachtung der Energieverbräuche von IKT-Infrastrukturen ist auch deshalb von Relevanz, weil angesichts der mit der Digitalisierung assoziierten bzw. in Aussicht gestellten enormen Nutzenpotenziale gegebenenfalls die Gefahr besteht, dass damit einhergehende negative Umweltauswirkungen bei Anwendern, Forschenden und nicht zuletzt auch bei politischen Akteuren zunehmend aus dem Blickfeld geraten könnten. Zwar wird der Strombedarf von digitalen Produkten oder Dienstleistungen aktuell intensiv im Kontext der Kryptowährungen diskutiert, davon abgesehen ist er jedoch kein virulentes Thema gesellschaftlicher bzw. politischer Debatten. In Bezug auf die Identifikation und Umsetzung von Energieeinsparpotenzialen in der IKT stellte die Deutsche Energie-Agentur denn auch einen großen Forschungsbedarf sowie die Notwendigkeit für Aufklärungsarbeit fest, um das Thema in das Bewusstsein der Anwender zu bringen.

Ziel und Vorgehensweise

Im Rahmen der Untersuchung sollen der gegenwärtig vorhandene Wissensstand zum Energieverbrauch von IT-Infrastrukturen sowie vorhandene Einsparpotenziale einschließlich von Hemmnissen für deren Realisierung erhoben und dargestellt werden. Das Projekt soll folgende Schwerpunkte umfassen:

  1. Wissensstand zu den IKT-bedingten Energieverbräuchen: Auf der Grundlage einer Literaturanalyse soll der aktuelle Wissensstand zum Energieverbrauch von IKT in Deutschland und ausgewählten Ländern zusammenfassend dargestellt werden. Ein besonderes Augenmerk soll hierbei auf jüngere Entwicklungen gelegt werden, wie zum Beispiel den durch das sogenannte Mining verursachten hohen Stromverbrauch beim Umgang mit Kryptowährungen. Wichtig ist überdies die Differenzierung nach den unterschiedlichen digitalen Infrastrukturen einerseits sowie nach Energieverbräuchen andererseits (z.B. für den Betrieb von Servern, Kühlanlagen etc.): So sind beispielsweise die Energieverbräuche von Daten- und Rechenzentren vergleichsweise gut untersucht, während das diesbezügliche Wissen im Bereich der Telekommunikationsnetze weniger ausgeprägt ist.
  2. Darstellung von (noch nicht genutzten) Energieeinsparpotenzialen in der IKT: Hier sollen in anderen Industriebereichen bereits eingesetzte, aber in der IKT gegebenenfalls noch nicht ausreichend genutzte Technologien (z.B. Wärmerückgewinnungssysteme in Daten- und Rechenzentren) genauso berücksichtigt werden wie bereichsspezifische organisatorische und technische Maßnahmen zur energetischen Optimierung von IKT (z.B. Erhöhung der Serverauslastung, Energiesparfunktionen in Routern) oder neue technologische Ansätze, die sich teilweise noch im Stadium der Grundlagenforschung befinden (z.B. der Einsatz multiferroischer Materialien zur Reduktion des Strombedarfs von Festplatten oder von künstlicher Intelligenz für ein energieoptimiertes Management von Kommunikationsnetzen). Die verschiedenen Möglichkeiten sollen hinsichtlich ihrer Einsparpotenziale, aber auch in Bezug auf mögliche nachteilige Effekte für die IKT (z.B. in Bezug auf die Verfügbarkeit, Ausfallsicherheit oder Datensicherheit) oder die Umwelt diskutiert werden. Schließlich sollen Forschungsbedarfe identifiziert werden.
  3. Hemmnisse für die Realisierung von Einsparpotenzialen in der Praxis: Dieser Aspekt soll unter anderem durch eine Befragung von Experten (Wissenschaft, Verbände) und von Anwendern behandelt werden. Ziel ist die Identifizierung von politischen Handlungsoptionen (z.B. Anreizsysteme, Fördermaßnahmen, Forschungsnotwendigkeiten, regulatorische Rahmenbedingungen), um die Umsetzung von Einsparpotenzialen zu befördern.
  4. Nutzung von Strom aus erneuerbaren Energiequellen: Alternativ (bzw. ergänzend) zu Maßnahmen der Energieeffizienz kann die Klimabilanz von digitalen Dienstleistungen auch durch den Einsatz von Strom aus CO2-armen bzw. -freien Quellen verbessert werden. Ein in diesem Zusammenhang interessanter Ansatz ist beispielsweise, Daten- und Rechenzentren in den Füßen von Windkraftanlagen zu betreiben, um dadurch nicht zuletzt auch den Bedarf an neuen Stromnetzen zu reduzieren (die Praxistauglichkeit eines solchen Systems wird derzeit in der Nähe von Paderborn getestet). Neue Konzepte und Ideen für eine optimale Einbindung von IKT-Infrastrukturen in ein zunehmend durch dezentrale und volatile Stromerzeugung geprägtes Energiesystem sollen dargestellt und – soweit realistisch möglich – hinsichtlich der Potenziale und Umsetzbarkeit diskutiert werden.

Stand der Projektbearbeitung

Es wurde eine Bekanntmachung für die Erstellung externer Gutachten publiziert.

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