Klimaschutz: Wie schmutzig ist ein Klick?
Es gibt nicht viele Zahlen, die Aufschluss über den CO2-Fußabdruck von Internetfirmen geben. Zum Beispiel gibt es aber folgende Überschlagsrechnung: Der Stromverbrauch der Milliarden Abrufe des Youtube-Videos Gangnam Style könnte so hoch sein wie der Jahresverbrauch von über 100.000 britischen Haushalten. Die Rechnung basiert auf Zahlen der British Computer Society(öffnet im neuen Fenster) , die aber mit großen Unsicherheiten verbunden sind(öffnet im neuen Fenster) .
"Das ist schon sehr beeindruckend, wenn man sich das vergegenwärtigt" , sagt der Leiter der Stabsstelle Künstliche Intelligenz im Bundeswirtschaftsministerium, Marco-Alexander Breit mit Verweis auf diese Überschlagsrechnung.
Solche Zahlen machen nämlich klar, dass Digitalunternehmen ein wichtiger Faktor für den Klimaschutz sind. Denn um die Erderwärmung auf 1,5 °C zu begrenzen, müssen die globalen Emissionen bis 2030 halbiert werden.
Nur wenn die Digitalfirmen zu einem klaren Klimaschutz-Commitment finden, können sie die notwendige Transformation vorantreiben. Wirtschaften sie hingegen weiter wie bisher, befördern sie sogar den Weg in die Klimakatastrophe. Davor warnte(öffnet im neuen Fenster) unter anderem der Wissenschaftliche Beirat der Bundesregierung Globale Umweltveränderungen (WBGU).
Was bewirkt ein Klick?
Welche Emissionen nutzerseitige Handlungen genau verursachen, ist jedoch noch immer weitgehend unbekannt. Der französische Think Tank Shift Project untersucht seit Jahren Unternehmensberichte und Studien systematisch auf genauere Angaben zur Klimawirksamkeit von Digitalprodukten.
Er weist darauf hin(öffnet im neuen Fenster) , dass die veröffentlichten Daten zu selten präzise Schlussfolgerungen zulassen, obwohl seit 2019 unter der Maßgabe der Transparenz immer mehr Daten veröffentlicht wurden. Daher gebe es auch keine Aussagen zu einzelnen Unternehmen.
Kein Wunder, dass Breits Überschlagsrechnung ebenso nicht etwa auf einer wissenschaftlichen Studie basiert, sondern auf groben Schätzungen. Das Kernproblem ist der sogenannte Scope 3: Er umfasst Emissionen, die in der vor- oder nachgelagerten Lieferkette verursacht werden, aber nicht unter der unmittelbaren Kontrolle von Herstellern und Dienstleistern stehen.
In den Nachhaltigkeitsberichten von Unternehmen werden inzwischen Angaben zu Emissionen gemacht, die nach dem GHG-Protokoll, einem von vielen Unternehmen verwendeten Standard für Klimabilanzen, Scope 1 etwa bei unternehmenseigenen Flotten oder Kraftwerken betreffen sowie nach Scope 2 die vom Unternehmen bezogenen Energiedienstleistungen. Angaben zu Scope 3 beziehen sich meist auf die Mobilität von Mitarbeitern.
Für Marco-Alexander Breit ist gleichwohl klar, dass in der Nutzung von Digitaldiensten dennoch bereits einige "niedrig hängende Früchte" zu ernten sind. Dazu zählt er Streamingdienste für Cloud-Computerspiele, das Ausschalten von Autoload bei Twitter oder bei der Lokalisierung von Fotos und Videos auf Social-Media-Plattformen.
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Andere Nutzeraktionen sind hingegen wesentlich schwieriger zu bewerten und zu beeinflussen. Beispielsweise lässt sich mangels Daten derzeit die Frage, wie viel Gramm Kohlendioxid bestimmte Eingaben in Spracherkennungssysteme verursachen, nicht beantworten.
Das Umweltsiegel Blauer Engel, das auch Hersteller von Digitaltechnik verwenden, deckt zwar seit 2020 nicht nur Hardware, sondern auch Software ab, doch Cloud-Dienste sind derzeit noch ausgenommen. Bei Cloud-Diensten müsste man nämlich auch berechnen können, welche Energiekosten die Anwendungen in bestimmten Rechenzentren verursachen.
Net-Zero für Rechenzentren im Jahr 2030
In den nächsten Jahren dürfte jedoch mehr Emissionstransparenz in die Cloud kommen, da die EU-Kommission für europäische Rechenzentren das Ziel Net-Zero für das Jahr 2030 festgelegt hat. Das Ziel ist recht ehrgeizig, wie eine im Dezember vorgestellte Kurzstudie(öffnet im neuen Fenster) des Borderstep Institute zum Energieverbrauch europäischer Rechenzentren zeigt.
Demnach hat sich in den Jahren 2010 bis 2020 der Energiebedarf der Digitalisierung in Europa von 57 auf 88 Terrawattstunden pro Jahr (TWh/a) erhöht. Weitere Steigerungen seien zu erwarten, sagt Studienautor Ralph Hintemann. Denn im vergangenen Jahrzehnt hat sich zwar der Energiebedarf in Bezug auf Rechen- und Speicherleistung um den Faktor 6 bis 12 verringert. Die Zahl der Workloads in den Rechenzentren hat sich jedoch im gleichen Zeitraum um den Faktor 10 erhöht.
Der Standort der Rechenzentren spielt laut Hintemann bei der Bewertung ihres CO2-Fußabdrucks eine Rolle, da hier der nationale Strommix maßgeblich ist. So ist etwa in skandinavischen Rechenzentren der CO2-Fußabdruck aufgrund eines hohen Anteils erneuerbarer Energien sehr viel geringer als in Polen und Estland. Deutschland liegt mit 420 g CO2/kWh in der Mitte und damit relativ hoch. Hintemann erwartet für die deutschen Rechenzentren eine nur "moderate" Absenkung der Kohlendioxid-Emissionen, da der Ausstieg aus der Kohleverstromung im Jahr 2038 in Deutschland relativ spät erfolge.
Effizienzschübe erwartet
Effizienzschübe erwartet Hintemann durch cloudbasierte Lösungen. Rechenzentren-Technologien wie Kühlung und Klimatisierung versprechen weitere Einsparpotenziale, etwa mit Kältemitteln ohne Treibhauspotenzial. 30 Prozent des Einsparpotenzials seien mit optimierter Software und Algorithmen erreichbar.
Beispielsweise nutzt das Eurotheum in Frankfurt am Main mit einem wasserbasierten Direktkühlsystem rund 70 Prozent seiner eigenen Abwärme, um Büro- und Konferenzräume sowie die Hotels und Gastronomie vor Ort zu beheizen. Hintemann verweist darauf, dass die Abwärme der Rechenzentren im Raum Frankfurt am Main ausreichen würde, um alle gewerblichen Immobilien der Stadt zu versorgen.
Der GreenIT Cube für den Supercomputer am GSI-Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt spart jährlich etwa 15.000 Tonnen Kohlendioxid-Emissionen ein. Eine Kaltwasserkühlung in den Türen der Rechnerschränke ersetzt die Raumluftkühlung und erreicht eine sehr hohe Effizienz von weniger als 1,07 PUE. Die Kennzahl PUE drückt die Power Usage Effectiveness aus, indem sie die insgesamt in einem Rechenzentrum verbrauchte Energie ins Verhältnis zu der Energieaufnahme der IT-Infrastruktur setzt. In diesem Fall werden weniger als 7 Prozent der elektrischen Energie für die Kühlung benötigt.
Diese Best-Practice-Beispiele sind Ausnahmen. Der GreenIT Cube gehört zu den drei Anlagen in Deutschland, die mit dem Blauen Engel für besonders energieeffiziente Rechenzentren ausgezeichnet wurden. Nur eines von 177 Rechenzentren des Bundes hat den Blauen Engel.
In der Praxis lässt sich an anderer Stelle mehr in Sachen Energieeffizienz erreichen. Beispielsweise sind laut einer Messung des Umweltbundesamts die Server in Rechenzentren nur zwischen 10 und 15 Prozent ausgelastet. Wie schnell Rechenzentren klimaneutral werden, hängt auch davon ab, wie schnell sich Effizienztechniken im Markt etablieren. Derzeit stehen in den Rechenzentren die Server aber sechs Jahre und länger, womit sich der Gerätepark nur allmählich modernisiert.
Schmutzige künstliche Intelligenz?
Forscher tasten sich derzeit aber auch an das Thema Nachhaltigkeit von KI-Projekten heran. Für großes Aufsehen sorgte die Forschergruppe um Emma Strubell 2019 mit ihrer Energieanalyse von KI-Sprachmodellen .
Demnach soll ein Trainingslauf für das NAS-Sprachmodell rund 284 Tonnen Kohlendioxid erzeugen, was dem Ausstoß von fünf durchschnittlichen US-Pkws während ihrer gesamten Lebenszeit entspreche. Ein Trainingslauf von Googles Sprachmodell BERT, auf dem die Suchmaschine basiert, entspreche knapp dem Hin- und Rückflug zwischen New York City und San Francisco, wobei diese Trainingsläufe laufend wiederholt werden.
In einem aktuellen Paper(öffnet im neuen Fenster) stellen unabhängige US-Forscher fest, dass sich der Rechenaufwand für modernste KI-Forschung in den letzten Jahren um das 300.000-Fache erhöht hat. Dieser Trend der "Roten Künstlichen Intelligenz" rühre daher, dass KI-Entwickler auf Effizienz und Genauigkeit gleichermaßen großen Wert legten, was jedoch mit dem enormen Energieverbrauch zu einem sehr großen CO2-Fußabdruck führe.
Die Forscher haben die Unternehmensrechenzentren von Microsoft und Google im Blick, die es sich leisten können, riesige Ressourcen für Brute-Force-Versuche zur Verbesserung der Genauigkeit aufzubringen.
Gerade für Wissenschaftler und Studierende an Universitäten ist dieser Ressourcen-Aufwand bei Deep-Learning-Projekten nicht zu stemmen. Insofern können sie auch die erzielten Ergebnisse nicht reproduzieren und überprüfen.
Als Alternative schlagen die Forscher die Entwicklung sogenannter Grüner KI vor, die Effizienz als primäres Bewertungskriterium setzt. Generell bleibt aber auch hier eine genaue Bestimmung des CO2-Fußabdrucks schwierig, weshalb die Wissenschaftler dafür plädieren, etwa mit verschiedenen KI-Modellgrößen Budget/Performance-Analysen vorzunehmen.
Die Diskussion, ob beim Trainieren großer KI-Modelle Effizienz vor Genauigkeit priorisiert werden sollte, führte laut Technology Review(öffnet im neuen Fenster) zu einer heftigen Auseinandersetzung unter Google-Mitarbeitern. Die Co-Leiterin von Googles Abteilung für ethische KI-Forschung, Timnit Gebru, soll über diese Frage sogar zum Ausstieg aus dem Unternehmen gedrängt worden sein. Das Thema rührt offensichtlich an den Kern von Googles Geschäftsmodell.
Konkrete Vorgaben in 2021
Bisher ist kein großes Digitalunternehmen bekannt, das seinen gesamten Scope 3 beziffern könnte. Auch nicht Apple, Google und Microsoft , die gleichwohl für ihre relativ ausführlichen Angaben die A-Note des Carbon Disclosure Project (CDP) erhalten haben. Immerhin stellen sie für die nächsten Jahre mehr Detailangaben zu Scope 3 in Aussicht.
Der Grund: Immer mehr Investoren, die in nachhaltige grüne Projekte investieren wollen, drängen auf Klarheit. Für Druck sorgt auch die EU-Kommission, die von den Unternehmen nach dem Grundsatz der Doppelten Wesentlichkeit nicht nur Angaben darüber verlangt(öffnet im neuen Fenster) , welche Auswirkungen etwa der Klimawandel auf das Unternehmen hat, sondern auch, wie das Unternehmen auf andere, wie etwa das Klima, wirkt. 2021 werden die europäischen Finanzminister dazu Genaueres vorstellen.