Green-IT im Wandel. Analyse und Evaluierung der veränderten Anforderungen durch das Internet der Dinge und Identifizierung erforderlicher Maßnahmen


Masterarbeit, 2016

97 Seiten, Note: 2,3


Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

1. Einleitung
1.1 Zielsetzung und Fragestellung
1.2 Methodik
1.3 Zielgruppe

2. Definitionen
2.1 Green-IT
2.2 Internet der Dinge
2.3 Endgeräte
2.4 Elektronik-Abfälle

3. Green-IT
3.1 Entstehungsgeschichte
3.2 Maßnahmen
3.2.1 Green-IT Initiative des Bundes
3.2.2 IKT-Strategie der Bundesregierung
3.2.3 Aktionsplan Green-IT
3.2.4 Green-IT Allianz der Wirtschaft
3.2.5 Initiative EnergieEffizienz
3.2.6 Wissenschaftsforum Green-IT
3.2.7 Allianz für eine nachhaltige Beschaffung
3.2.8 Spitzencluster „Cool Silicon“
3.3 Produkt-Lebenszyklus von IKT
3.3.1 IT-Beschaffung und -Herstellung
3.3.2 IT-Einsatz
3.3.3 Elektronik-Abfälle und Recycling
3.4 Aktueller Ressourcenbedarf der IKT in Deutschland
3.4.1 Strombedarf in Rechenzentren
3.4.2 Strombedarf von Endgeräten
3.4.3 Strombedarf von Festnetz und Mobilfunknetzen
3.5 Einsparpotenziale verschiedener Bereiche
3.5.1 Einsparpotenziale in Rechenzentren
3.5.2 Einsparpotenziale am Arbeitsplatz
3.5.3 Einsparpotenziale in Haushalten
3.5.4 Einsparpotenziale in Telekommunikationsnetzen
3.5.5 Einsparpotenziale in der Öffentlichkeit
3.5.6 Einsparpotenziale in der Gebäudeversorgung
3.6 Ausblick

4. Internet der Dinge
4.1 Entstehungsgeschichte
4.2 Stand der Technik
4.2.1 Identifikation durch RFID
4.2.2 Digitales Objektgedächtnis
4.2.3 IPv6-Protokoll
4.2.4 Machine-to-Machine-Kommunikation
4.3 Einsatzmöglichkeiten des Internet der Dinge
4.4 Prognosen zum Internet der Dinge
4.4.1 Wachstumsprognosen
4.4.2 Umsatzprognosen
4.5 Ausblick

5. Green-IT und Internet der Dinge
5.1 Herausforderungen für die Green-IT
5.2 Smart World
5.2.1 Smart City
5.2.2 Smart Citizens
5.2.3 Smart Environment
5.2.4 Smart Factory
5.3 Umwelt- und Ressourcenanalyse
5.3.1 Geschätzte globale Energieauswirkungen
5.3.2 Reduktion des Ressourcenbedarfs durch Green-IT
5.3.3 Smart Buildings
5.3.4 Smart Grids
5.3.5 Smart Mobility und Logistics
5.3.6 Smart Offices
5.3.7 Smart Industry und Smart Motors
5.4 Bewertung und erforderliche Maßnahmen

6. Fazit
6.1 Zusammenfassung
6.2 Ausblick

Literaturverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Dimensionen einer nachhaltigen IT-Infrastruktur

Abbildung 2: Pro-Kopf-Aufkommen von Elektroschrott weltweit im Jahr 2014

Abbildung 3: Weltweite Stromerzeugung nach Energieträgern aus 1998 und 2013

Abbildung 4: Anteile Energieträger der Stromerzeugung weltweit im Jahr 2014

Abbildung 5: Prognose Jahresstrombedarf der IKT in Deutschland bis 2025

Abbildung 6: Jährlicher Strombedarf der Rechenzentren in Deutschland bis 2025

Abbildung 7: Virtualisierung von Servern

Abbildung 8: Modell von digitalen Objektgedächtnissen

Abbildung 9: Verlauf des Anteils an Google-Zugriffe via IPv6-Protokoll

Abbildung 10: Weltweiter prognostizierter Umsatz mit IdD bis 2019

Abbildung 11: Umsatz-Prognose mit dem IdD in Deutschland bis 2020

Abbildung 12: Weltweiter Strombedarf netzwerkfähiger Geräte bis 2025

Abbildung 13: Energieeinsparpotenzial netzwerkfähiger Geräte weltweit bis 2025

1. Einleitung

Die Informations‐ und Kommunikationstechnik (IKT) stellt für zahlreiche Bereiche die technische Grundlage dar, sie bildet das Rückgrat zur wirtschaftlichen Entwicklung und ist in nahezu allen Segmenten Technologietreiber. Der Betrieb dieser IKT‐Infrastruktur, die Produktion, der Einsatz und das Verwerten von alten Geräten steigern den Ressourcenbedarf. Vor allem der Energiebedarf ist ein entscheidender ökonomischer und ökologischer Faktor geworden. Aufgrund dessen hat die „Green-IT“ in jüngster Vergangenheit an Aufmerksamkeit gewonnen. Durch die gezielte und überlegte Verwendung von IKT können auch ambitionierte Umweltzielen erreicht werden, speziell der Bereich Energie‐ und Ressourceneinsparung bzw. Reduzierung von Emissionen ist dabei bedeutsam.[1]

1.1 Zielsetzung und Fragestellung

Wenn über die Minimierung der Umweltbelastung mittels Green-IT gesprochen wird, werden zwei Bereiche unterschieden: Erstens, die Reduktion des Ressourcenbedarfs der IKT selbst und zweitens, der Einsatz von IKT in der Praxis. Eine Reduktion von Rohstoffen und Energieverbrauch der Elektronik bezieht sich auf die Produktion und den Einsatz von Informationstechnologie (IT), als auch auf das Verwerten von alten Geräten, auf Netze oder Rechenzentren und wird als Green in der IT bezeichnet. Wohingegen beim Einsatz von IKT vom ressourceneffizienten Umgang mit Gebäuden, Verkehrs- oder Stromnetzen von Green durch IT gesprochen wird.[2]

Das Sammeln und Analysieren von Daten kann Verbrauchern helfen bessere Entscheidungen über ihre Nutzung von Energie zu treffen. Das Internet der Dinge (IdD) ermöglicht die Sammlung von Daten auf einer feinen Detailebene. Tiefe Analysen dieser Daten ermöglichen es, größere Ergebnisse von kleineren Änderungen zu realisieren.[3]Das IdD stellt somit eine Herausforderung für die Green-IT dar.

Durch eine gezielte Umwelt- und Ressourchenanalyse sollen die geschätzten globalen Energieauswirkungen und das Einsparungspotenzial betrachtet werden. Um die denkbaren Auswirkungen einer Smart World auf den globalen Energieverbrauch analysieren können, muss ein Forcast erstellt werden. Bis heute gibt es zwar viele IdD-Marktprognosen doch nur wenige liefern Prognosen mit geeigneter Granularität.[4]Nur mit genauen Prognosen ist eine effiziente Reduktion des Ressourcenverbauchs durch Green-IT möglich. Viele Komponenten haben einen Einfluss auf den Energieverbrauch von IdD-Geräten und somit auf das Ergebnis einer effizienten Green-IT.

Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, das Potenzial des Wachstums von IdD zu betrachten. Den Schwerpunkt bilden dabei Sektoren, die das größte Potenzial bei der Reduzierungen der Treibhausgasemissionen haben. Insbesondere wird versucht aufzuzeigen, wie das Wachstum der neuen Industrie beschleunigt werden kann und gleichzeitig der Übergang zu einer kohlenstoffarmen Wirtschaft erreicht wird. So wird erläutert, welches Potenzial das IdD für die Weltwirtschaft bietet, während es zu den Bemühungen der Welt, den Klimawandel einzudämmen, beiträgt.[5]Was E-Mails zur Kommunikation und das Internet zur Informationsfindung beigetragen hat, könnte das IdD zur Effizienzsteigerung führen.[6]

1.2 Methodik

Die Arbeit beginnt in Kapitel 2, nach dieser Einführung, mit der Definition der Begriffe Green-IT, IdD, Endgeräte und Elektronik-Abfälle, auf die im weiteren Verlauf der Arbeit weiter eingegangen werden.

Nachfolgend wird in Kapitel 3 eine theoretischen Beschreibung der Thematik Green-IT gegeben. Erst wird die Entstehungsgeschichte erläutert und anschließend auf die möglichen Green-IT-Maßnahmen eingegangen. In dem Kapitel Produkt-Lebenszyklus wird der Kreislauf einer nachhaltigen IT-Beschaffung, des Einsatzes und der Entsorgung betrachtet. Danach zeigt Kapitel 3.4 den aktuellen Ressourcenbedarf der IKT in Deutschland auf, wobei der Stromverbrauch in Rechenzentren, der Endgeräte sowie im Bereich Festnetz und Mobilfunknetze näher berachtet werden. Anschließend werden in Kapitel 3.5 die möglichen Einsparungspotenziale verschiedener Bereiche vorgestellt. Den Abschluss findet das Kapitel 3 in einem Ausblick in die Zukunft der Green-IT.

In Kapitel 4 wird die Thematik des IdD näher beleuchtet. Dazu wird zu Beginn des Kapitels die Entstehungsgeschichte des IdD aufgezeigt. Danach erfolgt in Kapitel 4.2 ein Einblick in den Stand der Technik. Anschließend werden in Kapitel 4.3 potenzielle Einsatzmöglichkeiten aufgezeigt und in Kapitel 4.4 Prognosen der IdD präsentiert. Hierbei werden die zukünftigen Wachstums- sowie Umsatzprognosen des IdD aufgezeigt. Anschließend endet das Kapitel 4 mit einem Ausblick des IdD.

Im fünften Kapitel, das den Hauptteil der Arbeit beinhaltet, wird die Fragestellung dieser Arbeit behandelt. Dabei wird zu Beginn die Herausforderung des IdD für die Green-IT näher betrachtet. Danach werden in Kapitel 5.2 einzelne Bereiche einer Smart World betrachtet und die Konzepte dahinter beschrieben. Das Kapitel beginnt mit der Beschreibung einer Smart City, um danach die Bewohner einer solchen Stadt, den Smart Citizen, im Hinblick auf IdD näher zu betrachten. Im weiteren Verlauf werden auf das smarte Umfeld (Smart Environment) sowie die smarte Industrie/Fabrik (Smart Factory) in Bezug auf Green-IT und den Einsatz von IdD eingegangen.

Im Folgenden Kapitel 5.3 wird eine Umwelt- und Ressourchenanalyse erstellt. Dazu werden zu Beginn die geschätzten weltweiten Energieauswirkungen, insbesondere der Strombedarf, durch das IdD aufgezeigt. Anschließend werden die, aus einer Studie der Internationalen Energieagentur (IEA), prognostizierten Reduzierungen des Stromverbrauchs näher betrachtet. Im weiteren Verlauf dieses Kapitels werden die Bereiche Smart Buildings, Smart Grid, Smart Mobility und Logistics, Smart Office sowie Smart Industry und Smart Motors näher analysiert.

Abschließend erfolgt in Kapitel 5.4 eine Bewertung der Umwelt- und Ressourcenanalyse. Des Weiteren werden erforderliche Maßnahmen hinsichtlich der Green-IT in Verbindung mit dem IdD aufgezeigt.

Das Kapitel Fazit (Kapitel 6) bildet den Abschluss dieser Arbeit. Die gesamte Arbeit wird zusammengefasst und ein Ausblick gegeben.

Die Basis der vorliegend Arbeit bildet eine Literaturrecherche. So ist es möglich Zusammenhänge, die Darstellung des bestehenden Wissenstandes im Themengebiet und die Diskussion der gewonnenen Ergebnisse durch die Bezugnahme auf andere Texte herzustellen. Dabei wird die Forschungsliteratur gezielt in Hinblick auf die Fragestellung ausgewertet. Für die Beantwortung der Fragen wird in Wissensdatenbanken und Bibliothekssuchmaschinen gezielt nach relevanter Forschungsliteratur recherchiert. Aufgrund des Mangels an fachspezifischer Literatur wird vermehrt auf Internetquellen, aber vornehmlich auf Studien und Berichte, zurückgegriffen. Die Breite der Literaturlage lässt sich auf das noch eher junge Themengebiet zurückführen.

1.3 Zielgruppe

Die vorliegende Arbeit richtet sich in erster Linie an Verantwortliche im IT-Bereich. Sie soll als Entscheidungsgrundlage für nachhaltige Entwicklungen und ressourcenschonende Planung in der IT dienen. Genauso angesprochen werden Entscheidungsträger aus öffentlichen Verwaltungen sowie aus Forschung und Entwicklung. Insbesondere zeigt die Arbeit den aktuellen Stand der Forschung im Bereich Green-IT auf und bildet die Basis für weitere Tätigkeiten in diesem Bereich.

Aufgrund des noch jungen Themas des Green-IT im Zusammenhang mit IdD, bietet diese Arbeit auch für weitere Interessenten einen übersichtlichen Einblick in beide Thematiken.

2. Definitionen

In diesem Kapitel werden die verschiedenen Begriffe erläutert, die im Umfeld dieser Arbeit von Relevanz sind und teilweise unterschiedlich verstanden werden. Vor diesem Hintergrund werden Begriffe wie Green-IT, IdD, Endgeräte sowie Elektronik-Abfälle definiert.

Grundlage sind die neuesten Entwicklungen im Feld der IT sowie aller Geräte mit elektronischer Steuerung, hin zu umwelt- und ressourcenschonenden Geräten und Maschinen die im IdD untereinander kommunizieren, ohne dabei eine Interaktion durch einen Menschen zu benötigen.

2.1 Green-IT

Unter dem Begriff Green-IT werden die Bemühungen zusammengefasst, IKT möglichst ressourcenschonend und umweltgerecht herzustellen sowie zu betreiben. Dies beginnt mit der Produktion, geht über zum Betrieb und endet mit der Entsorgung der betreffenden Geräte, d.h. über den gesamten Lebenszyklus eines Produktes. Des Weiteren wird Green-IT als wichtiges Instrument eingesetzt, um eine nachhaltige IT-Infrastruktur aufzubauen.[7]

Da sich unter ressourcenschonend und umweltgerecht sehr viel verstecken lässt, werden im Allgemeinen folgende Punkte explizit erwähnt:[8]

- IT wird eingesetzt um den Energieverbrauch einer anderen Quelle zu reduzieren (z.B. Verkehr, Heizsysteme)
- Minderung von Schadstoffen in Produkten
- Nachhaltige Entwicklung der Produkte und Konzeption möglichst langlebiger Hardware
- Reduktion des Verbrauchs von Energie im Einsatz
- Reduktion von Ressourcen in der Herstellung
- Weitgehende Vermeidung von Abwärme und Abgasen im Einsatz und während der Herstellung
- Vermeidung von nicht-unabdingbaren Ausdrucken im Druckerbereich
- Recycling und energiesparende Entsorgung
- Software mit effizienter und ökologischer Programmierung (Green Software Engineering)

So lässt sich der Begriff Green-IT in zwei Bereiche „Green in der IT“ und „Green durch IT“ aufteilen und näher definieren. Mit Green in der IT werden Methoden und Technologien verstanden, die den Ressourcen- und Energieverbrauch in Rechenzentren, Infrastrukturen sowie IKT-Geräten reduzieren. Dabei werden direkte Maßnahmen umgesetzt, die einen energiesparenden Betrieb der IKT-Anlage oder des Rechenzentrums ermöglichen. In Rechenzentren bieten sich Optimierungsmaßnahmen wie z.B. in der Serverkühlung oder durch Konsolidierung bzw. Virtualisierung von Servern. In der Stromerzeugung können Schwankungen in der Leistung durch intelligente Stromnetze, sog. Smart Grids, durch IT gesteuert werden. Weitere Nutzungsoptimierungen lassen sich im Bereich Logistik sowie Verkehr durch Smart Logistics bzw. Smart Mobility durch IT-gesteuerte Prozesse erzielen.

Der Begriff Green durch IT bedeutet, dass durch die Nutzung von IT Ressourcen sowie Energie eingespart werden kann und dadurch die CO2-Erzeugung vermindert wird. Hierzu zählen z.B. IT-Lösungen bei Stromerzeugern oder Prozesse in der Industrie, die durch eine optimierte Steuerung den Emissionsausstoß reduzieren. Aber auch ein nahezu papierloser Arbeitsalltag oder die Ausübung des Büro-Alltags von zu Hause (Home-Office) bringen ökologische Verbesserungen durch Nutzung von IT.[9]

2.2 Internet der Dinge

"Wenn alles mit allem kommuniziert – einfach ohne Zutun des Menschen – dann stehen wir mitten im Internet der Dinge, oder den verzauberten Gegenständen;" so beschreibt David Rose, Forscher am Medialab des Massachusetts Institute of Technology (MIT) eine Vernetzung, die über ihren alltäglichen Gebrauchswert hinauswächst.[10]

Dabei wird durch das IdD die Informationslücke zwischen der realen und der virtuellen Welt geschlossen oder zumindest minimiert. Diese Informationslücke entsteht, da in der realen Welt alle Objekte jeweils einen klar definierten Zustand haben, z.B. leer, kalt, in Bewegung, im Ruhezustand usw., dieser Zustand ist aber im Internet nicht feststellbar. Diese Informationen können selbst ausgewertet werden oder im Verbund mit anderen zu einer Situationsverbesserung eines ganzen Bereichs führen. Je nach Art und Weise der Information lässt sich so z.B. eine Früherkennung von notwendigen Unterhaltsarbeiten, die Einstellung der Klimaanlage oder die berühmte Nachbestellung für den leeren Kühlschrank auslösen. Für das einfache Austauschen von Informationen unter den Geräten reicht eine eindeutige Identifikation aus. Sollen allerdings auch selbst Informationen verarbeitet werden, muss auch datenverarbeitende Hardware beteiligt sein. Hier sind neben geringen Anschaffungs- und Energiekosten vor allem ein hoher Zuverlässigkeitswert gefragt. Diese hohen Anforderungen werden vor allem von integrierten Lösungen wie „System-on-a-chip“ erfüllt.[11]

2.3 Endgeräte

Wie bereits in Kapitel 2.2 ausgeführt, ist die Anzahl oder die Funktionsweise der verschiedenen Endgeräte in einem zukünftigen IdD praktisch grenzenlos. So kann das Essbesteck mit Sensoren ausgestattet sein, die registrieren, was und wie schnell gegessen wird. Es sendet diese Daten an einen Cloud-Server, wo sie mit den Daten verknüpft werden, die der Toaster, der Kühlschrank und die Kochtöpfe über die persönlichen Essgewohnheiten sammeln. Isst der Anwender zu viel oder zu ungesund, piepst die Gabel. Oder der Toaster könnte seine Funktion verweigern, bevor nicht eine bestimmte Strecke gejoggt worden ist, eine Information, die von den internetfähigen Sportschuhen sofort an den Toaster weiter gegeben wird.[12]

Zu den Endgeräte für Green-IT gehören damit sämtliche Computer, Netzwerke und elektronisch gesteuerten Maschinen und Geräte, die mit Green-IT optimiert und verbessert und so kosten- und ressourcenschonend eingesetzt werden können.

2.4 Elektronik-Abfälle

Elektro- und Elektronik-Geräte sind heterogene Produkte, deren Lebenszyklus zum einen immer kleiner wird und Verkaufszahlen dadurch steigen, zum anderen eine hohe Lebensdauer sowie einen hohen Gehalt an Wertstoffen beinhaltet. Die Abfälle solcher Geräte (engl. E-Waste) können in fünf Produktgruppen unterteilt werden:[13]

1. Großgeräte im Haushalt, z.B. Kühlschränke, Waschmaschinen
2. Kleingeräte im Haushalt, z.B. Kaffeemaschinen, Staubsauger
3. IKT-Geräte, z.B. Drucker, Monitore, Handys
4. Geräte der Unterhaltungselektronik, z.B. Fernseher, digitale Fotoapparate
5. Gasentladungslampen

Die Geräte der Produktgruppe Eins und Zwei, werden auch als weiße Ware und Geräte der Gruppe Vier als braune Ware bezeichnet. Alle Produktgruppen enthalten eine hohe Anzahl an Stoffen und Materialien, die sachgerecht entsorgt werden müssen. Erfolgt keine ordnungsgemäße Entsorgung, z.B. über den Hausmüll, kann es durch Austreten von Schadstoffen zu Umweltschädigungen kommen. Zusätzlich können durch eine sachgemäße Entsorgung der Geräte Stoffe sowie Materialien zurückgewonnen und recycelt werden.[14]

Die Minimalanforderungen für den Umgang mit Elektro- und Elektronik-Altgeräten in der Europäische Union (EU) lassen sich an den EU-Richtlinien zur "Beschränkung der Verwendung bestimmter gefährlicher Stoffe in Elektro- und Elektronikgeräten" (RoHS 2)[15]sowie zur "Vermeidung von Abfällen von Elektro- und Elektronikgeräten und der Reduzierung solcher Abfälle durch Wiederverwendung, Recycling und anderer Formen der Verwertung" (WEEE) ermitteln.[16]

3. Green-IT

Nachfolgend wird zu Beginn des Kapitels die Entstehungsgeschichte der Green-IT aufgezeigt. Anschließend werden verschiedene bestehende Maßnahmen bzw. Initiativen, die in Deutschland gegründet wurden, um einen Beitrag zur Green-IT zu schaffen, vorgestellt. Danach erfolgt in Kapitel 3.3 die Betrachtung des Produkt-Lebenszyklus von IKT. Im weiteren Verlauf des Kapitels, wird der Ressourcenbedarf von IKT, insbesondere in Rechenzentren sowie von Endgeräten und des Festnetz bzw. Mobilfunknetzes aufgezeigt. Dabei wird zu Beginn des Kapitels 3.4 der weltweite Strombedarf hinsichtlich der Energieträger dargestellt, um dann den Bedarf in Deutschland näher zu betrachten. Im Anschluss werden in Kapitel 3.5 die Energie-Einsparpotenzial in verschiedenen Bereichen dargelegt. Ein Ausblick zur Thematik Green-IT wird dann zum Abschluss dieses Kapitels geben.

3.1 Entstehungsgeschichte

Die ersten Ansätze, um die Ressourcennutzung und die Emissionsbildung von IT zu senken, liegen über zwanzig Jahren zurück. Der Beginn der grünen IT ist auf das Jahr 1987 zurückzuführen, wo zwei Ereignisse zusammenfielen. Einerseits wurde der sog. „Our Common Future“- oder auch Brundtland-Report, der nach dem Vorsitzenden der United Nations World Commission on Envirement and Development benannt wurde, publiziert. Andererseits wurde im selben Jahr in Schweden die MPR-I-Norm, die als Anordnung für strahlungsarme Bildschirme eingeführt wurde.

Ein weiterer Meilenstein in der Geschichte ist die Einführung des Energy Star-Labels. Dieser wurde im Jahr 1992 in den USA (United States of America) veröffentlicht und kennzeichnet IT-Produkte, die einen geringen Stromverbrauch aufweisen. Dabei erhalten nur die Produkte ein Gütesiegel, dessen Stromverbrauch die Vorgaben der amerikanischen Umweltbehörde erfüllen. In den darauffolgenden Jahren wurden die Vorgaben für das Gütesiegel erweitert und auch strenger.

In Deutschland kam die deutsche Forschung ab dem Jahr 1994 mit der Thematik einer nachhaltigen IT in Kontakt. Ein Grund hierfür war der Bericht „Grüne Computer“ im Journal Wirtschaftsinformatik, in dem der Computer bzgl. seines Lebenszyklus von Produktion, Gebrauch bis zur Entsorgung bzw. Wiederverwendung analysiert wurde. Diese Analyse erfolgt auch noch zu heutiger Zeit.

Mit der Einführung des Energy Star in der Europäische Union, wurde im Jahr 2003 das Siegel zu einem in der ganzen Welt anerkannten Zeichen für einen geringen Energieverbrauch. Im selben Jahr wurden auf europäischer Ebene Gesetzte eingeführt, die vorschreiben, dass gefährliche Stoffe bei der Produktion und Entsorgung von elektronischen Produkten zu vermeiden sind.

Im Jahr 2006 startete Greenpeace mit dem „Guide to Greener Eletronics“, welches ein weiterer Meilenstein war. Seit Beginn an werden hierbei IT-Produzenten per Ampelsystem bewertet und veröffentlicht. Hierdurch passten große Hersteller ihre Produkte hinsichtlich des Energieverbrauchs an oder lehnten die Nutzung gewisser Materialien ab.

Der Begriff Green-IT kam erstmalig im Jahr 2007 in wissenschaftlichen Veröffentlichungen auf. Damit begann die Verbreitung und war im Jahr 2008 zentrales Thema auf der CeBIT, der größten internationalen Ausstellung für IT. In den vergangenen Jahren wurden Programme für die Planung, Umsetzung und Steuerung von Green-IT in der Forschung sowie in der Praxis erstellt.[17]

3.2 Maßnahmen

„Nachhaltigkeit“ ist einer der Begriffe, die im Zusammenhang mit zu treffenden Maßnahmen für Green-IT immer wieder genannt werden. Nach dem Prinzip der Nachhaltigkeitsdimensionen werden Ökonomie, Ökologie und Soziales gleichberechtigt nebeneinander gestellt (siehe Abbildung 1), jedoch ohne eine klare Abgrenzung zueinander, zum Teil noch erweitert durch eine politisch-institutionelle Dimension.

Die Grundlage der ökonomischen Dimension einer nachhaltigen IT ist eine effiziente Befriedigung der Bedürfnisse von Personen, Unternehmen, Organisationen und aller öffentlichen Einrichtungen einer Gemeinschaft. Sie unterstützt und organisiert Arbeitsprozesse in Wissenschaft, Lehre, Forschung, Entwicklung, Versorgung, Kommunikation, Produktion und zahlreichen weiteren Bereichen. Sämtliche Produkte, Innovationen und Leistungen, die mit einer IT-Infrastruktur in Verbindung gebracht werden können, sollen einen realistischen Preis widerspiegeln. Weicht dieser ab, muss entweder durch teurere Produkte oder zusätzliche Umweltabgaben eine optimierte Nachhaltigkeit geschaffen werden.

Für eine nachhaltige IT bedeutet die ökologische Dimension, dass alle in dieser Branche involvierten Beteiligten statt endlicher Rohstoffe, wo immer möglich, erneuerbare Ressourcen verwenden. Dabei muss die Gewinnung dieser Rohstoffe umweltschonend erfolgen. Des Weiteren müssen sowohl in Produktion und Einsatz, als auch zur Entsorgung aller IT-Produkte, abbaufähige Materialien verwendet werden, die keine umweltschädlichen Stoffe freisetzen.

In der ökologischen Dimension werden, durch die Einführung von Green-IT, vier Aspekte konkret beeinflusst:[18]

1. Der Stromverbrauch wird reduziert. IT-Systeme können teilweise virtualisiert werden. Dazu lassen sich bestimmte Teile eines IT-Systems vom physisch benötigten System abstrahieren.
2. Die Kohlenstoffdioxid (CO2)-Emissionen, sowohl in der Herstellung als auch für den Betrieb, werden stabilisiert.
3. Seltene Erden und Mineralien wie Kobald, Koltan und Edelmetalle werden substituiert. Heute enthalten IT-Geräte bis zu 30 verschiedene Metalle und total bis zu 57 verschiedene Elemente.
4. Der Elektronikmüll wird reduziert. Dies geschieht vor allem durch Recycling oder Upcycling.

Von der sozialen Dimensionen einer nachhaltigen IT wird gesprochen, wenn alle direkt oder indirekt für die IT-Branche Tätigen unter sicheren und sozial korrekten Bedingungen, sowie ohne Zwang oder Verletzung ihrer Rechte leben und arbeiten. Weiterhin darf es weder Kinder- und Zwangsarbeit noch menschenunwürdige Arbeitsbedingungen geben. Selbstverständlich sollte auch sein, dass die erbrachte Arbeitsleistung entsprechend vergütet wird und der einzelne Mitarbeiter am gesamtwirtschaftlichen Wachstum einer Gesellschaft partizipiert.[19]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: Eigene Darstellung nach: Lübberstedt, N. (2015), S. 5

Abbildung 1: Dimensionen einer nachhaltigen IT-Infrastruktur

Ganz anders, aber im erweiterten Sinne, ebenfalls der Green-IT zugehörig, ist der vermehrte Einsatz von Home-Offices. Der Mitarbeiter arbeitet von Zuhause, spart damit Kosten und erzeugt keine Emissionen, die für den Arbeitsweg anfallen würden, und trägt so ebenfalls zu einer Entlastung der Umwelt bei.[20]

Um die Potenziale der Umweltentlastung weiter zu erschließen, hat die Bundesregierung in den letzten Jahren mehrere Initiativen gestartet. Nachfolgend werden einige der zahlreich vorhandenen Initiativen vorgestellt.

3.2.1 Green-IT Initiative des Bundes

Basierend auf dem sog. Energie- und Klimaprogramm beschloss die Bundesregierung, unter Federführung des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit der Bundesrepublik Deutschland, Ende 2008 eine Green-IT-Initiative. Damit sollte der Einsatz von Informationstechnik energieeffizient und nachhaltig gestaltet werden. Ziel war den durch den IT-Betrieb versursachten Energieverbrauch aller Bereiche des Bundes bis zum Jahre 2013 um 40%, gegenüber dem Maximalwert von vor 2009, zu senken. Mit einer erreichten Reduktion von 48% war diese Initiative so erfolgreich, dass die Ziele der Initiative weiter verfolgt werden. Von daher hat der Rat der IT-Beauftragten verschiedenste Maßnahmen zur Umsetzung der Initiative erarbeitet. Unter anderem beinhalten diese einen Aktionsplan, ein Investitionsprogramm zur gezielten Förderung von Green-IT und unterschiedliche Sensibilisierungskampagnen für verbesserten Erfahrungsaustausch. Die aktuellen Schwerpunkte sind dabei:[21]

-„Konsolidierung des durch den IT-Betrieb verursachten Energieverbrauchs aus dem Jahr 2013 bis zum Jahr 2017 bei gleichzeitig in diesem Zeitraum zu erwartender Leistungssteigerung.“
-„Nachhaltige IT-Beschaffung durch Einführung einer expliziten Auszeichnung von standardisierten nachhaltigen Produkten in Rahmenverträgen.“
-„Bei der Bewertung der Energie- und Ressourceneffizienz in Rechenzentren werden grundsätzlich die Kriterien des Umweltzeichens "Blauer Engel für einen energieeffizienten Rechenzentrumsbetrieb" angewendet.“

Mit heutigem Stand kann festgehalten werden, dass auch der zweite Schritt dieser Initiative auf gutem Weg ist und die Ziele wiederum erreicht werden können.

3.2.2 IKT-Strategie der Bundesregierung

Die Bundesregierung hat Ende 2010 erstmals eine Strategie zum Umgang sowie Einsatz von IKT publiziert und darin ihre Ziele bis 2015 zusammengefasst. Als Nachfolgeprojekt läuft nun das Programm IKT 2020. In diesem sollen durch Innovationsallianzen und Technologieverbünde Brücken zwischen Technologieentwicklung und Anwendung geschlagen werden. Kleine und mittlere Unternehmen werden unterstützt durch eine technologieübergreifende Förderung von Forschungs- und Entwicklungsvorhaben.

Ganz allgemein setzt die Bundesregierung dabei folgende Schwerpunkte:[22]

- Die Wettbewerbsfähigkeit soll in allen Abschnitten des Wirtschaftsprozesses durch den Einsatz IKT gestärkt werden.
- Digitale Infrastrukturen und Netze sollen ausgebaut und damit künftigen Anforderungen gerecht werden.
- Schutz und Individualrechte der Nutzer im künftigen Internet und bei der Nutzung neuer Medien müssen gewährleistet sein.
- Forschung und Entwicklung im IKT-Bereich sollen ausgebaut sowie die schnellere Umsetzung von Ergebnissen in marktfähige Produkte und Dienstleistungen ist zu fördern.
- Aus-, Weiter- und Fortbildung sowie die Kompetenz für die Nutzung neuer Medien ist zu stärken.
- IKT ist bei der Lösung gesellschaftlicher Herausforderungen wie bei Nachhaltigkeit, Klimaschutz, Gesundheit, Mobilität, Verwaltung und Verbesserung der Lebensqualität konsequent zu nutzen.

Das Programm ist offen angelegt, damit während seiner Laufzeit Ergänzungen und Schwerpunktverlagerungen vorgenommen werden können. Während der Programmlaufzeit sind bereits bedeutungsvoller gewordene Themen, wie die Elektromobilität und der Bereich der IT-Sicherheit, nachträglich integriert worden.[23]

3.2.3 Aktionsplan Green-IT

Parallel zur Green-IT-Initiative des Bundes, wurde im Jahr 2008 gemeinsam mit Vertretern aus Wirtschaft und Handel der sog. Aktionsplan Green-IT erstellt. Aus den Aktivitäten des IT-Gipfels heraus, haben Regierung, Wirtschaft und Wissenschaft eine Arbeitsgruppe gegründet, die konkrete Maßnahmen vorschlagen und durchführen sollte. Basierend auf dieser Initiative wurde ein Aktionsplan verabschiedet, der die eher allgemein gehaltenen Schwerpunkte konkretisiert und quantifiziert hat. Zudem wurde zur Erreichung der Ziele ein Budget von 400 Mio. Euro gewährt. Erstmals wurde dabei der CO2-Ausstoss der IKT-Branche thematisiert und die Beteiligten einigten sich darauf, eine weitest gehende Ressourceneffizienz zu erreichen, allerdings nur per Selbstverpflichtung.[24]

Im ersten Fortschrittsbericht zeigten sich die Autoren sehr erfreut über Umfang und Erfolg der eingeleiteten Maßnahmen. Alle angekündigten Initiativen konnten im Laufe des Jahres 2009 gestartet und vorangetrieben werden. Der Prozess wurde zudem durch neue Studien intensiviert und durch neu aufgenommene Dialoge einiger Bundesländer sowie internationaler Organisationen in die Breite getragen.[25]

3.2.4 Green-IT Allianz der Wirtschaft

Nicht nur auf politischer oder wissenschaftlicher Ebene ist Green-IT auf beachtenswerte Resonanz gestoßen, auch die Wirtschaft interessiert sich für dieses Thema und so wurde die Green-IT Allianz der Wirtschaft als Teil des Aktionsplans Green-IT gegründet. Grund ist, dass Produkte und Dienste der IKT sowohl das private Leben, als auch den beruflichen Alltag dominieren. Nach verschiedenen Studien, vor allem von Bitkom, dem Digitalverband Deutschlands, verbrauchen die Herstellung und der Einsatz von IKT über 10% des Stroms in Deutschland, mit steigender Tendenz. Laut Aussage von Ex-Bitkom-Präsident Prof. Dr. August-Wilhelm Scheer "können jedoch durch die zunehmende IKT-Nutzung weltweit bis zu 7,8 Mrd. Tonnen CO2 eingespart werden – also fünf Mal mehr, als durch IKT entsteht". Laut Prof. Dr. Scheer hat Green-IT zwei Aspekte: Erstens müssen die IKT-Geräte selbst energieeffizienter werden und weniger Ressourcen verbrauchen, zweitens hilft IKT, Energie und Ressourcen in Wirtschaft, Verwaltung Privathaushalten und anderen Bereichen einzusparen. Ziel dieser Initiative ist, gemeinsam mit der Industrie „grüne“ Technologien zu ermitteln und umzusetzen.[26]

3.2.5 Initiative EnergieEffizienz

Bereits seit dem Jahr 2002 haben Verbraucher die Möglichkeit, sich über die Initiative EnergieEffizienz (IEE) über mögliche Einsparpotenziale in allen Bereichen zu informieren und sich gleichzeitig zum Einsparen von Ressourcen zu motivieren. Träger der Initiative ist die Deutsche Energie-Agentur, mit Unterstützung durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) sowie zahlreicher Partner aus der Wirtschaft. Mit Beiträgen in allen Medien erreicht die Initiative jährlich ca. 315 Mio. Personen. Dabei besteht die IEE aus zwei langfristigen Kampagnen:[27]

-"Die Ansprache privater Endverbraucher erfolgt über die Kampagne „Initiative EnergieEffizienz – private Haushalte“. Die Kampagne sensibilisiert private Endverbraucher für die Vorteile der effizienten Stromnutzung und vermittelt zielgerichtete Information sowie konkrete Handlungsempfehlungen, um eine nachhaltige Änderung des Verbraucherverhaltens zu erzielen und die Marktentwicklung stromeffizienter Produkte zu befördern."

-"Die Kampagne „Initiative EnergieEffizienz – Unternehmen und Institutionen“ richtet sich an technische und kaufmännische Entscheider in Unternehmen aus Industrie und produzierendem Gewerbe sowie an öffentliche Einrichtungen und Dienstleistungsunternehmen. Die IEE kommuniziert hierzu konkrete Handlungsempfehlungen für die betriebliche Praxis und stellt beispielgebende Projekte vor, die die Vorteile hocheffizienter Lösungen greifbar machen und Unternehmen zur Nachahmung anregen sollen."

Auftretende Fragen der Bevölkerung werden über eine kostenfreie Hotline beantwortet. Dabei geht es aber nicht nur um IKT, sondern auch um die effiziente Nutzung von Energie im Bauwesen, um Kraft-Wärme-Kopplung, Wind- und Solarenergie sowie weitere erneuerbarer Energien.[28]Auf einfache und verständliche Weise gibt die Intitiative praktische Tipps und vermittelt Informationen, in welchen Bereichen Systeme und Geräte energiesparend und effizient arbeiten. Zusätzlich erhalten Interessierte Informationen, wie durch einfache Änderungen täglicher Gewohnheiten noch mancher Euro einspart werden kann.[29]

3.2.6 Wissenschaftsforum Green-IT

Im Jahr 2009 gründeten das Informatik-Institut OFFIS (Oldenburg), das Fraunhofer Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration, das Institut für Zukunftsforschung und Technologiebewertung sowie das Borderstep-Institut für Innovation und Nachhaltigkeit das Wissenschaftsforum Green-IT. Gemeinsames Ziel war die Diskussion über den Forschungsstand zum Thema Green-IT auf nationaler und internationaler Ebene zu fördern. So fand im Dezember 2013 die 4. Jahrestagung zum Thema „Ressourceneffizienz durch Software“ statt. Diese Jahrestagung lenkte den Blick auf das Thema, dass auch die Software einen wesentlichen Einfluss auf den gesamten Energie- und Ressourcenbedarf aller IT-Systeme ausübt, und dass die Verlagerung von Rechnungsleistung, vom genutzten Gerät ins Rechenzentrum, besondere Anforderungen an Server- und Netzwerktechnik stellt. Bis zum heutigen Tag sind die Forums-Aktivitäten jedoch etwas vernachlässigt worden.[30]

3.2.7 Allianz für eine nachhaltige Beschaffung

Seit dem Jahr 2009 besteht unter der Federführung des BMWi die Allianz für eine nachhaltige Beschaffung. Sämtliche neuen EU-Richtlinien zeigen das Bestreben, mit dem Einzug von strategischen Kriterien das Vergabeverfahren zu vereinfachen. Über die gesamten Phasen, vom Konzept bis zum effektiven Kauf, sollen nicht nur wirtschaftliche Kriterien, sondern auch umweltbezogene, soziale und innovative oder einfach ausgedrückt nachhaltige Aspekte berücksichtigt werden. Fünf Expertengruppen sind in den Bereichen Elektromobilität, öffentlicher Personennahverkehr, Ressourceneffizienz, Standards und Statistik/Monitoring aktiv. Sie stellen u.a. Informationsmaterial für eine nachhaltige Beschaffung, Unterlagen und Leitfäden für bestimmte Produkte sowie Produktgruppen zur Verfügung. So entstand durch diese Allianz ein Netzwerk, das offen für die Mitarbeit von Bund, Ländern und Kommunen ist und alle verfügbaren Informationen bündelt.[31]

3.2.8 Spitzencluster „Cool Silicon“

Sechzig Unternehmen und Forschungseinrichtungen aus dem Feld der IKT sind heute, im Jahr 2009 gegründeten, Verein Cool Silicon vereint. Ziel ist, technische Lösungen zu finden, um die Energieeffizienz in IKT deutlich zu verbessern. Speziell an diesem Spitzencluster ist die geographische Begrenzung auf den Standort „Silicon Saxony“, also dem Bundesland Sachsen. Das Produktspektrum der beteiligten Partner reicht dabei von Prozessoren über Grafikchips, Speicher, Controller, Sensoren und Mobilfunkchips bis hin zu Analog- und Mixed-Signal-Produkten.[32]

Neben der vernetzten Forschung, organsiert das Cluster auch verschiedene Veranstaltungen und schreibt mit dem „Cool Award 2016“ einen Preis aus, der die beste energieeffiziente Lösung oder wissenschaftliche Veröffentlichung prämiert. Im Jahr 2007 wurde der Spitzencluster-Wettbewerb des Bundesministeriums für Bildung und Forschung zum ersten Mal ausgeschrieben, mit dem Ziel die Stellung Deutschlands unter den technologisch führenden Nationen weiter zu fördern. Für eine Zeitdauer von fünf Jahren wurden dem Spitzencluster Fördermittel von rund 40 Mio. Euro zugesprochen. Für drei Leitprojekte, mit einer Reihe von verbundenen Satellitenprojekten, konnte bisher etwa die Hälfte der Fördermittel zugewiesen werden.[33]

3.3 Produkt-Lebenszyklus von IKT

Green-IT ist ohne die Betrachtung des Produkt-Lebenszyklus kaum umsetzbar. Hier werden die Beschaffung bzw. Herstellung, die Nutzung sowie die Entsorgung einer IT näher betrachtet und herausgestellt, wie die Nachhaltigkeit berücksichtigt werden kann.

3.3.1 IT-Beschaffung und -Herstellung

Im Bereich der IT-Beschaffung können Unternehmen einen Beitrag zur Nachhaltigkeit leisten. Dazu müssen Unternehmen soziale sowie ökologische Akzente in die Beschaffung von IT einbeziehen und beeinflussen dadurch die Hersteller von IT. Eine ökologische Beschaffung bedeutet, dass die IT-Geräte keine umweltschädlichen Auswirkungen haben. Die Umweltverträglichkeit kann dabei anhand von Kriterien sowie Gütesiegeln geprüft werden. Diese decken auf, ob die Geräteproduktion energieeffizient war, ob die IT-Geräte recycelt werden können und ob der Hersteller die Schadstoffe reduziert hat. Weiterhin ist die Reduzierung des Verpackungsumfangs ein weiterer Faktor für eine umweltfreundliche Beschaffung.

Neben dem Gütesiegel Energy Star, der in Kapitel 3.1 beschrieben wurde, existieren weitere Siegel, wobei die Anforderungen des Energy Stars als Mindeststandard gelten. Bekannte Gütesiegel sind z.B. der Blaue Engel und das TCO Zertifikat, welches neben den Anforderungen zur Energieeffizienz, Umweltverträglichkeit, Schadstoffen, Produktlebensdauer bzw. Recycling des Herstellers auch Kriterien zur unternehmensweiten Sozialverantwortung in der Herstellung beinhaltet. Die Sozialkriterien basieren dabei auf internationalen Vereinbarungen und Übereinkommen. Das Gütesiegel TCO bietet damit neben dem ökologischen auch einen sozialverträglichen Beitrag zur Beschaffung. Grundsätzlich sollte immer kritisch beurteilt werden, ob gegebenenfalls geldwerte Beziehungen zwischen den Herstellern und den bewertenden Institutionen bestehen, insbesondere da die Hersteller ihre Produkte freiwillig, aber kostenpflichtig prüfen lassen. Des Weiteren sollte berücksichtigt werden, dass trotz vorhandener Gütesiegel jede neue IT-Herstellung mit weiteren ökologischen, ökonomischen und sozialen Beeinträchtigungen verbunden ist. Unternehmen sollten daher im Vorfeld prüfen, ob eine Neuanschaffung notwendig oder die Aufrüstung der bestehenden IT ausreichend und möglich ist.[34]

Durch eine nachhaltige IT-Beschaffung und –Herstellung gewinnen Unternehmen bei den Konsumenten sowie in der Öffentlichkeit an Glaubwürdigkeit und erreichen dadurch einen entscheidenden Vorteil gegenüber Wettbewerbern. Berichte zur Nachhaltigkeit sind daher in den DAX 30 Unternehmen heutzutage die Regel, aber auch in kleineren Unternehmen hat die nachhaltige IT-Beschaffung und –Herstellung positive Effekte.[35]

3.3.2 IT-Einsatz

In den 1990er Jahren wurde ein Computer durchschnittlich sieben Jahre genutzt. Heutzutage liegt der durchschnittliche Gebrauch nur noch bei zwei Jahren. Dabei können alte Hardware die notwendigen Anforderungen häufig ebenso gut erfüllen wie Neue, ohne auf Qualität verzichten zu müssen.

Neben der kürzeren Nutzungsdauer von Computern und damit einem höheren Bedarf an IT-Geräten, hat auch das Informationsmanagement zugenommen. So ist nicht nur der Austausch an Informationen gestiegen, sondern auch der Austausch von Dokumenten, die zu jederzeit verfügbar sein müssen. Eine Optimierung kann durch aufeinander passende Parameter und Prozesse sowie durch eine schlanke IT-Infrastruktur geschaffen werden, die je besser konfiguriert ist, desto mehr Einsparpotenziale bietet. So können zum einen Synergien verwendet, aber auch Redundanzen verhindert werden. Ein weiterer wichtiger Aspekt ist die richtige Nutzung der IT und ein optimierter Arbeitsablauf des Nutzers, um dadurch Kapazitäten sowie den Energiebedarf zu reduzieren.[36]

3.3.3 Elektronik-Abfälle und Recycling

Dass das Thema Elektronik-Abfall unsere gesamte Gesellschaft beschäftigt, zeigt sich dadurch, dass das Europäische Parlament eine spezifische Richtlinie geschaffen hat. Diese gilt sowohl für gewerblich, wie privat genutzte Elektronik-Geräte und sieht vor, dass diese getrennt gesammelt und auf ökologischem Weg vernichtet oder wiederverwertet werden müssen.[37]

Die immer kürzer werdenden Produktzyklen sorgen dafür, dass der Berg an Elektroschrott immer schneller wächst. Noch im Jahr 2004 stand erst in jedem zweiten deutschen Haushalt ein Computer, bereits 2010 waren ca. 85% der Haushalte mit einem Computer ausgerüstet. Problematisch ist auch die „geplante Obsoleszenz“, womit eine konstruktiv eingebaute Schwachstelle gemeint ist. Diese sorgt dafür, dass das entsprechende Gerät nach einer, meist relativ kurzen, Nutzungsdauer nicht mehr funktioniert. Da sich eine Reparatur bezüglich der Kosten oft nicht lohnt, wird ein Austausch notwendig.[38]

Des Weiteren führen die Weiterentwicklung der IKT-Geräte sowie technische Innovationen dazu, dass die Anzahl an Abfällen von IT-Produkten im weiter steigt. Im Jahr 2012 wurden in Deutschland 1,9 Mio. Tonnen Elektroschrott erzeugt und Deutschland lag damit im weltweiten Vergleich an vierter Stelle. Nur die Länder Japan mit 2,7 Mio. Tonnen, China mit 7,3 Mio. Tonnen und die USA mit 9,4 Mio. Tonnen hatten mehr Elektro-Abfälle erzeugt. Wird das Pro-Kopf-Aufkommen betrachtet, wurden in Deutschland im Jahr 2012 ca. 23,2 Kilogramm Elektroschrott produziert und war damit der drittgrößte Erzeuger.[39]Im Jahr 2014 ist der Anteil pro Einwohner auf ca. 21,7 Kilogramm leicht gesunken und wies nur noch den viert-höchsten Wert weltweit aus (siehe Abbildung 2).[40]

Die USA hatte im Jahr 2012 noch mit ca. 29,8 Kilogramm das größte Pro-Kopf Aufkommen und mit 4 Kilogramm weniger pro Kopf, lag Australien an zweiter Stelle mit ca. 25,2 Kilogramm.[41]In beiden Ländern ist die Abfallerzeugung in zwei Jahren auf ca. 22,1 Kilogramm pro Kopf in den USA sowie auf ca. 20,1 Kilogramm pro Kopf in Australien also gesunken und führte dazu, dass die USA im weltweiten Vergleich auf Platz 3 fielen. Die Reduzierung des Elektroabfalls in Australien führte dazu, dass diese nicht mehr der zweitgrößte Abfallerzeuger waren, sondern global auf Platz 5 fielen, was ein positiver Effekt war. In allen drei Ländern haben die Einwohner in zwei Jahren die Abfallerzeugung reduziert. Es gibt allerdings Länder, in denen der Pro-Kopf Elektroschrott von 2012 auf 2014 gestiegen ist.

So wurden in Frankreich im Jahr 2012 ca. 21,1 Kilogramm und in dem Vereinigten Königreich ca. 21,8 Kilogramm Pro-Kopf erzeugt. Weltweit wiesen die beiden Länder damit niedrigere Werte aus und lagen auf den Plätzen 6 bzw. 4.[42]Im Jahr 2014 allerdings wurden in Frankreich ca. 22,2 Kilogramm je Einwohner und in dem Vereinigten Königreich ca. 23,5 Kilogramm pro Kopf Elektroschrott verursacht. Diese Werte sind im Vergleich zum Jahr 2012 zwar nur geringfügig angestiegen, allerdings führte die höhere Reduzierung an Abfällen in den anderen Ländern dazu, dass Frankreich im weltweiten Vergleich den zweithöchsten und das Vereinigte Königreich den höchsten Wert aufwiesen.[43]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: Eigene Darstellung nach: StEP (2015)

Abbildung 2: Pro-Kopf-Aufkommen von Elektroschrott weltweit im Jahr 2014

Die ausgemusterten Geräte sind nicht nur Abfall, sondern bestehen auch aus wertvollen Materialien, wie seltene Erden und Edelmetalle, die sich als sekundäre Rohstoffe wiederverwenden lassen. So weisen IT-Geräte bis zu 30 unterschiedliche Metalle, wie Koltan und Kobald auf.[44]Daneben existieren allerdings auch hochgiftige und umweltgefährdende Stoffe wie z.B. Blei, Arsen, Cadmium, Quecksilber.[45]

Problematisch wird das Ganze in dem Moment, in dem der Elektroschrott nicht entsprechend recycelt, sondern zur Weiterverwertung illegal z.B. nach Afrika, Indien oder China verschifft wird. Schätzungen gehen dabei von einem Export in Höhe von ca. 50% bis 80% aus. Viele der Geräte werden zwar in diesen Ländern noch repariert und einige Jahre weitergenutzt, danach landen diese allerdings auf meist illegale Müllkippen und werden auf Kosten von Mensch und Umwelt zerlegt.[46]Das Basler Übereinkommen über die Kontrolle der grenzüberschreitenden Verbringung gefährlicher Abfälle und ihrer Entsorgung, auch bekannt als Basler Konvention, versucht daher der Entsorgung in Dritte-Welt-Länder entgegen zu wirken.[47]

Damit die Entsorgung von alten IT-Geräten vermieden oder zumindest verzögert werden kann, gibt es die Möglichkeit die Hardware aufzubereiten oder wiederzuverwenden. Bei der Aufbereitung, dem sog. Refurbishing, werden die Geräte geprüft, gereinigt und die Festplatten mit zertifizierten Verfahren gelöscht. Erst wenn keine Aufbereitung mehr möglich ist, landen die IT-Geräte in der fachgerechten Entsorgung.

Bei der Wiederverwendung, dem sog. Reusing, bestehen gute Rahmenbedingungen und technische Vorgaben, die die Anforderungen von Unternehmen erfüllen. Da es sich häufig um Hardware aus dem Gewerbe handelt und diese oft überdimensioniert sind, sind die IT-Geräte damit professionell sowie leistungsstark und insbesondere für kleine bzw. mittlere Unternehmen ausreichend. Ein Vorteil von Reusing ist, dass Investitionen in die Beschaffung neuer IT-Geräte reduziert werden. Des Weiteren wird der Elektro-Abfall zeitlich aufgeschoben und Ressourcen sowie Energie werden für die Herstellung neuer Geräte eingespart. In Hinblick auf die weltweite Ressourcenknappheit, der sozialen und ökologischen Rahmenbedingungen zur Rohstoffgewinnung und der sozialen, ökologischen sowie ökonomischen Belastungen bei der Herstellung, ist das Reusing von IT-Geräten ein essentieller Faktor für eine nachhaltige IT.[48]

Laut einer Studie des Umweltbundesamtes ist in Deutschland die Recyclings- bzw. Wiederverwendungs-Quote von IKT in den letzten Jahren gestiegen. Im Jahr 2006 lag die Quote noch bei ca. 77,8% sowie 5.179 Tonnen und stieg bis zum Jahr 2013 auf ca. 86% bzw. 9.004 Tonnen.[49]Damit erreichte Deutschland bereits in der Vergangenheit, die in der WEEE-Richtlinie vorgegebenen Quoten für Recycling und Wiederverwendung, die zwischen 50% und 80% liegen.[50]

3.4 Aktueller Ressourcenbedarf der IKT in Deutschland

Seit der ersten Industriellen Revolution vereinfacht Technik das Leben der Menschen. Insbesondere seit IT in praktisch allen Unternehmen sowie in fast jedem privaten Bereich kaum mehr wegzudenken ist, stieg der weltweite Energieverbrauch exponentiell an. Dadurch stieg gleichzeitig die Belastung der Umwelt, wobei vor allem die Freisetzung von CO2 als problematisch betrachtet wird. Ausgangslage der Diskussion um Green-IT und Motivation zur Ursachenforschung ist sowohl die globale Erderwärmung als auch der Rückgang von Ressourcen und der daraus resultierende Anstieg der Energiekosten.[51]

Weltweit wird, wie in Abbildung 3 verdeutlicht, der größte Teil der elektrischen Energie aus fossilen Brennstoffen gewonnen. Obwohl der Anteil an erneuerbarer Energie in den vergangenen Jahren zugenommen hat, sank der Wert für Kohle, Erdöl und Erdgas nicht. Um den höheren Bedarf an Strom zu decken, stieg zwischen den Jahren 1998 und 2013 die Stromerzeugung stark an. Dabei wurden im Jahr 1998 etwa 5.459 Terawattstunden (TWh) und im Jahr 2013 ca. 9.633 TWh aus Kohle gewonnen. Der fossile Brennstoff Erdgas wurde im Jahr 2013 mit 5.066 TWh als zweithäufigster Brennstoff eingesetzt. Im Jahr 1998 lag dieser Brennstoff noch auf Platz vier mit 2.384 TWh. Ein kleiner Rückgang ist bei Erdöl zu verzeichnen, von 1.263 TWh (1998) auf 1.028 TWh (2013). Wie bereits erwähnt, ist der Anteil an erneuerbaren Energie zur Stromerzeugung in den letzten Jahren gestiegen. Insbesondere die Wasserkraft erzeugte im Jahr 2013 ca. 3.790 TWh Strom, im Jahr 1998 waren dies noch 2.557 TWh.[52]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: Eigene Darstellung nach: OECD (2016)

Abbildung 3: Weltweite Stromerzeugung nach Energieträgern aus 1998 und 2013

Der Anteil der Wasserkraft im Jahr 2014 betrug damit ca. 16% an der weltweiten Stromerzeugung (siehe Abbildung 4). Die Brennstoffe Erdgas und Kohle hatten einen Anteil von ca. 22% bzw. ca. 41% und waren, wie bereits aufgezeigt, die am Häufigsten genutzten fossilen Brennstoffe.[53]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: Eigene Darstellung nach: IEA (2016)

Abbildung 4: Anteile Energieträger der Stromerzeugung weltweit im Jahr 2014

Studien gehen davon aus, dass der weltweite Strombedarf und damit der Verbrauch an Rohstoffen zukünftig weiter wachsen werden. Selbst wenn die Industriestaaten ihren Rohstoffverbrauch pro Einwohner bis zum Jahr 2050 halbieren würden, und gleichzeitig die Entwicklungs- und Schwellenländer ihren Ressourceneinsatz nur auf diesen reduzierten Level wachsen lassen, würde der weltweite Rohstoffeinsatz bis 2050 noch um 40% ansteigen.[54]Dies macht deutlich, dass auch das Thema Ressourcenbedarf der IKT in Deutschland eine hohe Priorität genießt.

Eine gemeinsame Studie des Fraunhofer und des Borderstep Instituts, das vom BMWi in Auftrag gegeben wurde, erläutert wie sich der bis zum Jahr 2010 kontinuierlich angestiegene Stromverbrauch für IKT in Deutschland bis zum Jahr 2025 von 56 TWh auf 46,2 TWh um damit ca. 17% reduzieren lässt (siehe Abbildung 5). In den Jahren 2010 bis 2015 ist der jährliche Energiebedarf der IKT in Deutschland bereits um 15%, also 8 TWh, gesunken. Perspektivisch wird sich dieser abnehmende Trend bis 2020 weiter fortsetzen, bis 2025 wird wieder ein leichter Anstieg erwartet. Natürlich ist diese Entwicklung für die verschiedenen Branchen nicht gleichförmig. Besonders hoch ist der sinkende Energiebedarf in Haushalten und an Arbeitsplätzen, der sich in den kommenden Jahren bis 2025 weiter schrittweise um ein weiteres Drittel reduzieren wird. Verantwortlich dafür sind die technische Optimierung von IKT-Endgeräten und die Nutzung energiesparender mobiler Produkte. Der Strombedarf hierzu wird in Kapitel 3.4.2 weiter analysiert.

Keine Veränderungen des Jahresstrombedarfs zeigen sich in der Öffentlichkeit, mit einem jährlichen Bedarf in Höhe von 1 TWh in den Jahren 2010 bis 2025. Dagegen lag der jährliche Strombedarf in der Gebäudeversorgung im Jahr 2010 noch unter 1 TWh. Hier wird davon ausgegangen, dass im Jahr 2025 ca. 2 TWh Strom pro Jahr benötigt werden.[55]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: Eigene Darstellung nach: Fraunhofer IZM (2015), S. 23

Abbildung 5: Prognose Jahresstrombedarf der IKT in Deutschland bis 2025

In der Telekommunikation und in Rechenzentnern zeichnet sich ein gegenläufiger Trend ab. Verantwortlich dafür sind hauptsächlich die steigenden Anforderungen an Rechenleistung.[56]Der Bereich der Telekommunikation wird in Kapitel 3.4.3 näher betrachtet. Auf den Strombedarf in Rechenzentren wird im folgenden Kapitel eingegangen.

3.4.1 Strombedarf in Rechenzentren

Im Jahr 2015 belief sich der elektrische Energiebedarf in deutschen Rechenzentren auf ungefähr 12 TWh (siehe Abbildung 6). Für die nächsten zehn Jahre wird ein linear wachsender Bedarf auf 16,4 TWh erwartet, was vor allem auf einen wachsenden Stromverbrauch von Servern, Speicher und Klimatisierung zurückzuführen sein wird. Vor allem die stark wachsende Nachfrage an Rechenleistung in Rechenzentren wird den Energieverbrauch der Server antreiben. So lag im Jahr 2010 der jährliche Strombedarf noch bei 3,7 TWh. Für das Jahr 2025 wird davon ausgegangen, dass die Server in Deutschland insgesamt jährlich 7 TWh Strom benötigen. Dies wäre eine Steigerung um das 1,9-fache, also fast doppelt so viel.

Parallel dazu wächst auch der Bedarf an Speicherkapazität exponentiell, ebenfalls um fast das Doppelte, von einem jährlichen Strombedarf in Höhe von 1,7 TWh im Jahr 2010 auf 3,3 TWh im Jahr 2025. Ein weiterer Bereich, der in Rechenzentren einen großen Teil des Stroms benötigt, ist die Klimatisierung. Im Jahr 2010 lag der Strombedarf pro Jahr bei 2,8 TWh. Es wird erwartet, dass die Klimatisierung auch zukünftig noch einen wichtigen Faktor ausmachen und im Jahr 2025 bei 3 TWh liegen wird. Die Entwicklung des jährlichen Strombedarfs der Komponenten Netzwerktechnik, Unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) und sonstiger Infrastrukturbestandteile bleibt von 2010 bis zum Jahr 2025 relativ konstant.[57]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: Eigene Darstellung nach: Fraunhofer IZM (2015), S. 42

Abbildung 6: Jährlicher Strombedarf der Rechenzentren in Deutschland bis 2025

Wie aufgezeigt, gehören die Rechenzentren zu den Hauptenergieverbrauchern in der IKT. Somit ist hier schon mit relativ wenig Aufwand eine signifikante Verbrauchsreduktion zu erreichen. Insbesondere im Bereich der Server, dem größten Stromverbraucher, bieten sich hohe Potenziale zur Energieeinsparung, auf die in Kapitel 3.5.1 eingegangen wird.

3.4.2 Strombedarf von Endgeräten

Der Energieverbrauch von Endgeräten ist nur beispielhaft zu quantifizieren, da die verschiedenen Typen in der Konfiguration und der jeweiligen Anwendung bzw. Einsatzbereiches sehr unterschiedlich sind. Die am weitesten verbreiteten Endgeräte in der IKT sind heutzutage Smartphones und Tablets. Doch hier sind die Energiekosten wesentlich niedriger, als die Meisten glauben. Ein Gerät wie das Samsung Galaxy S5 benötigt bei täglicher Vollladung über das Jahr gesehen gerade mal knapp vier Kilowattstunde (kWh), was einem Strompreis von unter zwei Euro bedeutet. Ein iPhone 6 konsumiert maximal drei kWh und das tägliche Laden eines Tablets benötigt jährlich rund 30 kWh bzw. etwa zehn Euro. Somit ist in dieser Sparte das Vergleichen noch relativ einfach, aber das Einsparpotenzial relativ gering.[58]

Ganz anders sieht dies bei Fernsehgeräten aus. Da hier die verschiedensten Techniken wie alte Röhrengeräte, Plasma-Fernseher oder Flachbildschirmen, und zudem vom Mini-Fernseher mit gerademal 20 Zentimeter Bildschirmgröße bis zum Riesengerät mit einer Diagonale von 164 Zentimeter, im Einsatz sind, können hier nur Richtwerte angeführt werden. Bei einer angenommenen Nutzung von vier Stunden täglich sowie 20 Stunden im Standby-Betrieb variiert der Stromverbrauch von 24 kWh bis zu über 430 kWh jährlich, was sich in Stromkosten von sieben Euro bis zu 120 Euro niederschlägt. Hier kann nur schon durch die Wahl eines Gerätes mit modernster Technologie eine spürbare Verbrauchsreduktion erzielt werden.[59]

Noch breiter ist die Spanne bei Laptops und Computer. Für eine beispielhafte Berechnung des Energiekonsums wurde ein häufig verwendetes System zusammengestellt und dann der effektive Stromverbrauch gemessen. Gemessen wurde mit einem professionellen Energiekosten-Messgerät und dabei verschiedene Szenarien durchgespielt, wobei immer davon ausgegangen wurde, dass der Computer zehn Stunden täglich läuft und sonst ausgeschaltet ist. Das Testsystem konsumiert unter diesen Vorgaben, je nach Einsatz der verschiedenen Programme, zwischen 500 kWh und 4.000 kWh im Jahr. Dies ergibt Kosten die zwischen 140 Euro und 1.120 Euro liegen.[60]

Wie in Kapitel 3.4 dargestellt, lag der jährliche Stromverbrauch im Jahr 2010 in den Haushalten bei 28,9 TWh. Bis zum Jahr 2025 wird erwartet, dass der Jahresstrombedarf auf insgesamt 13,1 TWh sinkt.[61]

3.4.3 Strombedarf von Festnetz und Mobilfunknetzen

Im Bereich der Telekommunikation wird prognostiziert, dass der jährliche Stromverbrauch im Jahr 2025 bei 8,6 TWh liegen wird. Dies wäre eine Steigerung um 2,1 TWh auf 6,5 TWh pro Jahr, aus dem Jahr 2010.[62]

Während die Mobilfunkgeräte nur wenig zum Gesamtstromverbrauch der IKT beitragen, ist die Sachlage bei den dazu notwendigen Netzen anders. Sie bestehen aus dem eigentlichen Mobilfunknetz mit Netzknoten zur Vermittlung (Mobile Core Network) und dem Radio Access Network (RAN). Damit die gewünschte Netzabdeckung möglich ist, sind die Basisstationen des Mobilfunkzugangsnetzes geographisch weit verstreut. Dies ist der Grund, weshalb das RAN den größten Teil der für Mobilfunknetze eingesetzten Energie konsumiert.[63]

In Deutschland betreiben die Firmen Telekom, Vodafone, Telefónica und O2 vier parallele Netze, wo genau und vor allem wie viele Basisstationen sie dazu betreiben ist auf einer Standortdatenbank der Bundesnetzagentur für Elektrizität, Gas, Telekommunikation, Post und Eisenbahnen verzeichnet. Daraus ergibt sich, dass Ende 2015 rund 120.000 Basisstationen aktiv waren.[64]Eine Basisstation für Mobilfunk arbeitet mit einer durchschnittlichen Leistungsaufnahme von ein bis zwei Kilowatt und verbraucht so rund 13 kWh im Jahr, was einem Gesamtverbrauch von geschätzten 1,3 Mio. kWh entspricht. Dazu kommt der Verbrauch der verschiedenen notwendigen Rechenzentren und anderer Anlagen, die sich nicht quantifizieren lassen. Bis ins Jahr 2025 wird der Bestand der Mobilfunkanlagen auf rund 218.000 wachsen.

[...]


[1]Vgl. Borderstep Institut (2012), S. 10.

[2]Vgl. ebenda, S. 122.

[3]Vgl. Microsoft (2015a).

[4]Vgl. Friedli, M. et al. (2016), S. 25.

[5]Vgl. ebenda, S. 5 f.

[6]Vgl. ebenda, S. 9.

[7]Vgl. Lübberstedt, N. (2015), S. 10 f.

[8]Vgl. EU-Richtlinie (2011).

[9]Vgl. Lübberstedt, N. (2015), S. 10 f.

[10]Vgl. Rose, D. (2010).

[11]Vgl. Fleisch, E. et al. (2005) S. 139 f.

[12]Vgl. Strobel, H. (2014).

[13]Vgl. BMUB (2015b).

[14]Vgl. BMUB (2015b).

[15]Vgl. EU-Richtlinie (2011).

[16]Vgl. EU-Richtlinie (2012).

[17]Vgl. Zarnekow, R. et al. (2013), S. 16 f.

[18]Vgl. Lübberstedt, N. (2015), S. 4 ff.

[19]Vgl. ebenda, S. 4 ff.

[20]Vgl. Borderstep Institut (2012), S. 64 f.

[21]Vgl. BMUB (2014).

[22]Vgl. BMBF (2010).

[23]Vgl. BMBF (2010).

[24]Vgl. BMWi (2008).

[25]Vgl. BMWi (2009), S. 5.

[26]Vgl. IT-Daily (2012).

[27]Vgl. Dena (2011).

[28]Vgl. Dena (2008).

[29]Vgl. Dena (2011).

[30]Vgl. Borderstep Institut (2009).

[31]Vgl. BMWi (2014).

[32]Vgl. Cool Silicon e.V. (2010).

[33]Vgl. Cool Silicon e.V. (2010).

[34]Vgl. Lübberstedt, N. (2015), S. 13 f.

[35]Vgl. ebenda, S. 19.

[36]Vgl. ebenda, S. 15.

[37]Vgl. EU-Richtlinie (2012).

[38]Vgl. Baldé, C.P. et al. (2015), S. 21 ff.

[39]Vgl. Lübberstedt, N. (2015), S. 7.

[40]Vgl. StEP (2015).

[41]Vgl. Lübberstedt, N. (2015), S. 7.

[42]Vgl. Lübberstedt, N. (2015), S. 7.

[43]Vgl. StEP (2015).

[44]Vgl. Lübberstedt, N. (2015), S. 8.

[45]Vgl. Baldé, C.P. et al. (2015), S. 11.

[46]Vgl. Baldé, C.P. et al. (2015), S. 21 ff.

[47]Vgl. Basel Convention (1989).

[48]Vgl. Lübberstedt, N. (2015), S. 14.

[49]Vgl. BMUB (2015c).

[50]Vgl. BMUB (2016).

[51]Vgl. Havers, M. et al. (2009), S. 4.

[52]Vgl. OECD (2016).

[53]Vgl. IEA (2016).

[54]Vgl. International Resource Panel (2011), S. 68.

[55]Vgl. Fraunhofer IZM (2015), S. 23.

[56]Vgl. Fraunhofer IZM (2015), S. 23.

[57]Vgl. Fraunhofer IZM (2015), S. 41 f.

[58]Vgl. Fischer, B. (2012).

[59]Vgl. Stromverbrauch-Info (2016).

[60]Vgl. Hardware Overclock (2015).

[61]Vgl. Fraunhofer IZM (2015), S. 23.

[62]Vgl. ebenda, S. 23.

[63]Vgl. Lange, C. et al. (2010), S. 3.

[64]Vgl. Bundesnetzagentur (2015).

Ende der Leseprobe aus 97 Seiten

Details

Titel
Green-IT im Wandel. Analyse und Evaluierung der veränderten Anforderungen durch das Internet der Dinge und Identifizierung erforderlicher Maßnahmen
Hochschule
FOM Essen, Hochschule für Oekonomie & Management gemeinnützige GmbH, Hochschulleitung Essen früher Fachhochschule
Note
2,3
Autor
Jahr
2016
Seiten
97
Katalognummer
V354565
ISBN (eBook)
9783668406681
ISBN (Buch)
9783668406698
Dateigröße
1413 KB
Sprache
Deutsch
Schlagworte
Green-IT, Internet der Dinge, Internet of Things
Arbeit zitieren
Suher Ghoniem (Autor), 2016, Green-IT im Wandel. Analyse und Evaluierung der veränderten Anforderungen durch das Internet der Dinge und Identifizierung erforderlicher Maßnahmen, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/354565

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