Mit Green IT das Klima retten?

Die Klimakrise ist eine der größten Herausforderungen unserer Zeit. Was viele Unternehmen noch nicht im Fokus haben, ist ihre eigene Hard-und Software. Hier gibt es sehr viel Potenzial, um Energie zu sparen. Green IT, Green Coding, Sustainable Programming: Diese junge Disziplin hat zwar viele Namen, aber nur ein Ziel: Informations-und Kommunikationstechnologien zu entwickeln, die unsere kostbaren Ressourcen sinnvoll und sparsam verwenden.

Mit dem Begriff Green IT sind alle Maßnahmen gemeint, die Informations- und Kommunikationstechnologien selbst und deren Nutzung nachhaltiger, also ressourcenschonend machen. Für das Bundesumweltministerium (BMUV) muss dabei "der gesamte Lebensweg von IKT-Produkten” betrachtet werden “sowie deren Auswirkungen auf das Klima und andere Umweltwirkungen".

Es geht bei Green IT vor allem um diese beiden Fragen:

1. Wie kann Informations-und Kommunikationstechnik selbst umweltverträglich hergestellt, genutzt und entsorgt werden?

2. Und wie kann IT selbst für den Klimaschutz eingesetzt werden?

Der Begriff Green IT ist sehr weit gefasst und lädt dazu ein, als grünes Buzzword nach Belieben benutzt zu werden. Wir haben für Dich genauer hingeschaut, was hinter der Definition Green IT und Green Coding steht und mit welchen konkreten Maßnahmen IT wirklich nachhaltiger werden kann. Außerdem erfährst Du, wie und wo Du als IT-Consultant, Dev oder KI-Entwicklerin Dein IT-Talent fürs Klima einsetzen kannst.

Mit der zunehmenden Digitalisierung werden mehr Daten und damit mehr Ressourcen verbraucht. Vor allem die rasante Entwicklung im Cloud Computing und die Megatrends KI wie ChatGPT und Kryptowährung verschlingt Unmengen Energie. Und die wird in Zukunft immer teurer. Höchste Zeit also für mehr Nachhaltigkeit in der IT.

Jeder einzelne Datentransfer verbraucht Energie. Und gerade der wächst exponentiell: Lag 2014 der Internet Traffic weltweit monatlich bei 40 Exabyte, sind es 2022 gut 270 Exabyte Daten, die übers Netz fließen. Tendenz steigend. Wäre das Internet ein Land, käme es mit seinem Energieverbrauch im weltweiten Vergleich nach China (1) , den USA (2) und Japan (5) auf Platz 6. Nahezu unbegrenzte Speichermöglichkeiten haben dazu geführt, dass aktuelle Software-Anwendungen fast doppelt so groß sind wie vor 20 Jahren. Heutige Umgebungen sind nicht darauf ausgelegt, sparsam zu sein. Sie müssen zuverlässig sein. Baut man eine alte Cobol-Anwendung mit den exakt gleichen Funktionalitäten mit Java nach, ist der Ressourcenverbrauch 20-mal höher. Besonders die während der Runtime ständig laufenden Sicherheitsabfragen und Checks fressen Ressourcen.

Im Vergleich zur Software ist die Hardware heute dagegen sehr effizient. Ein modernes Notebook verbraucht deutlich weniger Energie als ein alter Tower-PC mit Röhrenbildschirm. Schauen wir aber dorthin, wo die Daten gespeichert werden, wandelt sich das Bild. Schätzungen zur Folge verbrauchen die Rechenzentren in Deutschland im Jahr so viel Strom wie die Millionenstadt Berlin. Weltweit stieg der Stromverbrauch von Rechenzentren um 70%.

Problematisch für das Klima sind dabei vor allem zwei Punkte:

1. Die Energie selbst: Sie wird größtenteils aus fossilen Brennstoffen erzeugt.

2. Die Abwärme: Durchschnittlich wird in einem Rechenzentrum fast die Hälfte der Energie gebraucht, um die Server herunterzukühlen.

Die gute Nachricht: Die IT bietet gleichzeitig viel Potenzial, Energie einzusparen. Laut einer Bitkom-Studie können durch die Digitalisierung bis zu 120 Millionen Tonnen CO2 eingespart werden. Vor allem KI und Machine Learning verarbeiten riesige Datenmengen, für die sie sehr viel Energie brauchen, aber deshalb sind sie nicht automatisch Klimakiller.

In vielen Bereichen hilft KI Ressourcen einzusparen. In der Industrie 4.0 kannst Du als KI-Entwickler:in mit Algorithmen Produktionsprozesse präziser geplant und Fertigungsprozesse optimieren. In der Landwirtschaft messen intelligente Bewässerungssysteme mittels Sensoren den Wasserbedarf und in smarten Städten sorgt eine intelligente Verkehrssteuerung für weniger CO2-Ausstoß. Auch dem Güterverkehr hilft die Digitalisierung auf die Sprünge: Auf europäischen Schienen wird in den nächsten Jahren dank schnellerer und automatisierter Rangierabläufe eine nachhaltigere Logistik möglich.

Es ist also ein zweischneidiges Schwert: Die Digitalisierung beschert uns einerseits eine unfassbare Datenflut. Andererseits kannst Du als Software-Developer Programme oder KI-Entwicklerin Algorithmen schreiben, die Ressourcen einsparen können oder als Embedded Systems Engineer intelligente Stromspeichersysteme entwickeln. Wenn man vorab viel Rechenleistung investiert, z.B. weil man als Logistikunternehmen rechenintensive Simulationen zur Optimierung von Versandrouten durchführt, kann die nachgelagerte CO2-Einsparung den Energie-Invest wieder gutmachen.

Halten wir fest: Um die Klimaziele zu erreichen, muss sich die Digitalisierung in großen Schritten vollziehen und sie muss selbst nachhaltiger werden. Dabei wird es aber darauf ankommen, ressourcenschonende Software zu entwickeln oder bestehende Software zu refactoren und Rechenzentren optimal zu nutzen. Denn Energie wird in Zukunft immer teurer und Nachhaltigkeit auch aus ökonomischer Sicht z.B. für Dich als Business Analysten in spe immer wichtiger.

Hast Du gewusst, dass Du mit jeder Zeile Code Energie sparen kannst? Beim Green Coding geht es darum, die Software selbst effizienter zu machen. Ein Grundstein dafür ist eine grünere Architektur.

Grundprinzipien von grüner Architektur:

• Ausschalten bei Nichtgebrauch: Stell Dir vor, du verlässt das Haus. Selbstverständlich machst Du das Licht aus und vergewisserst Dich, dass der Herd oder der Wasserkocher ausgeschaltet ist. Grüne Architektur ist so entworfen, dass Module und Microservices heruntergefahren werden, wenn sie nicht verwendet werden.

• Verbrauch sinnvoll planen: Welche Prozesse müssen in Echtzeit ausgeführt werden? Welche Aufgaben lassen sich bündeln und zu einem Zeitpunkt ausführen, an dem mehr grüne Energie verfügbar ist?

Die 3 Säulen von nachhaltiger Software:

Neben einer grünen Architektur gibt es für Software-Entwickler ganz konkrete Maßnahmen, mit denen Code Energie und damit Ressourcen einspart – Green Coding. Jede einzelne kleine Optimierung trägt dazu bei, das Gesamtpaket nachhaltig zu machen.

1. Grüne Logik

Less is more. Open-Source-Code ist toll, aber oft enthält er redundante Abschnitte. Artefakte vergrößern sich und verlangsamen die ganze Anwendung. Nicht immer hat man es selbst in der Hand und kann von Anfang an auf Clean Code achten. Mit “Tree Shaking”-Engines kannst Du als Software-Entwickler:in Dead Code entfernen. Ressourcen sparsam einsetzen: Dateiformate wie Json sind z.B. weniger komplex als XML und dadurch sparsamer. In kritischen Systembereichen mit komplexen Berechnungen sind kompilierte, hardwarenahe Sprachen wie C++ oder Rust effizienter als interpretierende wie Python.

2. Grüne Methotik

Agile Methoden mit schnellem Feedback und kontinuierlichen Testing machen es möglich, Software effizient und passgenau zu entwickeln. Code so zu schreiben, dass er recycelt und immer wieder verwendet werden kann, ist übrigens auch nachhaltig.

3. Grüne Plattform

Server und Hardware sind nachhaltiger, wenn sie optimal genutzt werden. Hyperscaler-Rechenzentren wie die von Google Cloud, Microsoft Azure oder AWS haben eine höhere Auslastung und sind dadurch nachhaltiger als lokale Rechenzentren, die oft nur bis zu 18 % ausgelastet sind.

Bei der Entwicklung von nachhaltiger Software spielen vor allem Skalierungseffekte eine sehr große Rolle. Sparst Du als Entwickler:in durch eine hardwarenahe Programmiersprache oder ein anderes Datenformat bei einer transaktionsstarken Applikation, z.B. für den Aktienhandel, nur 1 CPU-Sekunde ein, sind das je nach Prozessor 10 Wattsekunden pro Transaktion. Wenn die Applikation später millionenfach angewendet wird, ist liegt der Einspareffekt schnell bei einigen Megawattstunden.

Das Herz der Digitalisierung, ein Meer von Rechenzentren, soll in der EU bis 2030 klimaneutral schlagen. Ein amibioniertes Vorhaben: Bis 2025 könnte ein Fünftel des gesamten Stromverbrauchs in Rechenzentren fließen. Durch die Nutzung von erneuerbaren Energien lässt sich der CO2-Fußabdruck reduzieren, ebenso durch sparsamere Technik bei der Energiespeicherung, wie Lithium-Ionen-Akkus. Durch modulare Bauweise oder das Zusammenlegen von Rechenzentren kann die Auslastung optimiert werden. Die größte Herausforderung liegt darin, die Hardware effizienter zu kühlen. Hier sind vor allem die großen Player erfinderisch: Microsoft betreibt ein Unterwasser-Rechenzentrum vor der schottischen Küste und nutzt das kalte Meerwasser zur freien Kühlung. Yahoo setzt auf den Kühleffekt von freien Luftströmen und Huawei testet eine indirekte Kühlung durch Verdunstung.

Wie kannst Du Dein IT-Talent fürs Klima einsetzen?

Als IT-Talent musst Du aber nicht gleich ganze Rechenzentren im Meer versenken. Als Software-Engineer entwickelst Du intelligente Lösungen, wie Data Center Infrastructure Management (kurz DCIM) für das Monitoring und Management von IT-Infrastruktur. DCIM-Systeme überwachen den Zustand der Rechenzentren, erkennen Probleme oder Engpässe frühzeitig und machen den Betrieb der Rechenzentren effizienter und sicherer: Durch die enge Verzahnung mit der Gebäudeleittechnik können Abläufe automatisiert werden. Nachhaltiger sind Rechenzentren, die optimal ausgelastet sind. Ein wichtiges Konzept für Green IT ist deshalb die Virtualisierung und Konsolidierung. Dabei werden Server-Ressourcen, wie Applikationen, Daten und Systeme gebündelt und als virtuelle Maschinen (VM) auf einem Server zusammengefasst. Der Hardware-Bedarf wird so gesenkt und vorhandene Hardware besser ausgelastet, bzw. Ressourcen flexibel eingesetzt und so Kapazitäten besser ausgeschöpft. Virtualisierungs-Software kontrolliert kontinuierlich, dass allen Applikationen ausreichend Leistung zur Verfügung steht und verteilt den Speicherplatz und Rechenleistung entsprechend. Klingt ein bisschen nach Cloud? Die Virtualisierungstechnologie grundlegend für alle Cloud-Lösungen, die inzwischen über 75 % der Unternehmen in Deutschland nutzen. Als IT-Berater:in kannst Du Unternehmen bei der Transformation unterstützen und den Weg in die Cloud und das nachhaltigere Arbeiten vorbereiten oder als Cloud-Architect das Design entwerfen und die geplante Architektur mit Cloud-Entwicklerinnen und Cloud-Admins umsetzen . In Deutschland gibt es bereits Anbieter von “grünen Clouds”, die ihre Stromversorgung der Cloud-Dienste zu 100 % aus erneuerbaren Energien speisen und aus einem privaten Rechenzentrum direkt im Turm einer Windkraftanlage Software-as-a-Service-Anwendungen betreiben.

Um die Klimaziele zu erreichen, ist es wichtig, auf allen Ebenen umzudenken. Ist es z.B notwendig, dass Unternehmen ein zweiten Rechenzentrum im Wartemodus haben, nur für den Fall, dass das erste ausfällt? Lassen sich Rechenzentren dort bauen, wo der Strom erzeugt wird? Wie kann die Abwärme intelligent genutzt werden? Potenzial für mehr Nachhaltigkeit in der IT gibt es auf jeder Ebene. Es ist aber nicht alles green, was glänzt. Erst alle Aspekte und Maßnahmen von Green IT und Green Coding entfalten zusammen ihr ganzes Potenzial. Die Herausforderung ist es, alle im Blick zu halten und das Gesamtpaket auf den Weg in die nachhaltige Zukunft zu bringen.