Wie die Digitalisierung als Treiber der Dekarbonisierung fungiert

Neben Klimawandel, Globalisierung und dem demografischen Wandel zählt die Digitalisierung zu den Entwicklungen, die unsere Welt prägen. Die Digitalisierung ist per se weder gut noch schlecht für die Erreichung der Klimaziele. Es kommt darauf an, was wir daraus machen – ob wir uns von ihr überrollen lassen oder sie zum Guten nutzen. Neue Informationsprozesse können Transparenz fördern, zum Beispiel über den ökologischen Fussabdruck von Produkten. Dieser Wandel vollzieht sich jedoch erst in vollem Umfang, wenn sich die Technologien auch selbstverständlich in die Gesellschaft integrieren: in organisatorische Abläufe, Arbeitsprozesse, menschliche Verhaltensweisen, Geschäftsmodelle oder politisches Handeln.

Dekarbonisierung und Digitalisierung sind Megatrends, die Branchen und Industrien zum Strukturwandel zwingen und traditionelle Geschäftsmodelle grundlegend verändern werden. Schweizer Firmen können sich Vorteile im digitalen Wettbewerb erschliessen, wenn sie die Digitalisierung als Nachhaltigkeitsmotor verstehen. Sie haben jetzt die Wahl: Umbau und Anpassung des Geschäftsmodells oder potenziell Verlust der Geschäftsgrundlage. Es werden neue Geschäftsmodelle benötigt, welche Nachhaltigkeit ins Zentrum der Geschäftstätigkeit stellen: Dabei geht es nicht mehr darum, eine wirtschaftliche Strategie zu haben, die unter einem Nachhaltigkeitsaspekt funktioniert, sondern um eine Nachhaltigkeitsstrategie, die aus einer wirtschaftlichen Perspektive funktioniert. Die Transformation hin zu einem kohlenstoffärmeren Geschäftsmodell muss daher ein wichtiger Eckpfeiler in der Strategie jedes Unternehmens werden. Zur Umsetzung eines solchen Richtungswechsels benötigt es neben branchenübergreifender Zusammenarbeit der Firmen eine Klimastrategie, messbare Ziele sowie klar definierte Aktionspläne und ein Reporting, welches die Wirksamkeit der Massnahmen beurteilt.

Die Digitalisierung kann ihr volles ökologisches Potenzial vor allem dort entfalten, wo sie Gegenwärtiges grundsätzlich verändert: Lebens- und Konsumstile, das Wirtschaften oder die Organisation etwa von Energiesystemen, Städten und Verkehr. Die Digitalisierung ist dabei keine Sammlung von Einzeltechnologien. Die eigentliche Wirkung entsteht durch das immer neue Zusammenspiel verschiedener Technologien – wenn also unterschiedliche Hardwarekomponenten miteinander vernetzt und durch intelligente Software gesteuert werden. Die Digitalisierung entwickelt sich rasant und mit ihr der Bedarf an Energie und wertvollen Ressourcen. Der erhöhte Strombedarf und Ressourcenverbrauch beruhen unter anderem auf dem rasant wachsenden Datenverkehr. Allein von 2017 bis 2022 wird eine Verdreifachung des weltweiten Datenverkehrs auf rund 400 Milliarden Gigabyte pro Monat erwartet – das entspricht etwa dem Speicherplatz von 100 Milliarden DVDs. Der Strom für die schöne neue Welt der Smartphones, Streamingdienste und sozialen Netzwerke kommt dabei bisher vor allem aus fossilen Energieträgern. Schon in wenigen Jahren – so schätzen manche – wird die Digitalbranche weltweit mehr CO₂-Emissionen verursachen als der gesamte motorisierte Verkehr.

Das ist ungefähr so viel wie der Emissionsanteil von Kanada und Deutschland zusammen.

Man könnte meinen, dass die Digitalisierung zum Klimakiller wird, aber das muss nicht sein. Denn gleichzeitig können digitale Lösungen den Klimaschutz, saubere Luft, intakte Böden und den Erhalt der Artenvielfalt fördern. Künstliche Intelligenz hilft dabei, mehr Plastikabfall zu Kunststoff für die Produktion aufzubereiten. Smarte Textilien machen aus Wegwerfartikeln langlebige und recyclingfähige Mode. Digitale Lösungen für das Homeoffice wie Videokonferenzsysteme schaffen in kürzester Zeit akzeptierte Alternativen zu Geschäftsreisen. Das sind nur drei von unzähligen Beispielen für digitale Kreativität.

Digitale Lösungen sind kein Selbstzweck. Die umweltpolitische Gestaltung der Digitalisierung richtet den Blick auf das Ganze. Die Anwendungsbereiche, in denen digitale Technologien im Sinne der Nachhaltigkeit eingesetzt werden können, sind enorm vielfältig:

Generell wird oft beobachtet, dass Einsparungen durch erhöhte Energieeffizienz in neuen Technologien eher in einem «Rebound-Effekt» resultieren. Der Rebound-Effekt beschreibt das Phänomen, dass die vorgesehenen Einsparungen durch neue Technologien nur zum Teil – oder gar nicht – eintreffen, da sie zu einem erhöhten Konsumverhalten führen. Wie gross der Einfluss der Digitalisierung auf unsere Klimaziele ist, hängt stark von der Steuerung ab. In erster Linie führt die Digitalisierung, insbesondere riesige Datenzentren oder Blockchain-Technologien, zu einem erhöhten Strombedarf. Darüber hinaus lassen auch zahlreiche Smart-Home-Applikationen in privaten Haushalten die Nachfrage steigen. Das deutsche Umweltbundesamt (UBA) schätzt, dass Rebound-Effekte durchschnittlich etwa 10% bis 30% der möglichen Einsparungen durch energieeffiziente Technologien wieder aufheben. Denn häufig investieren Unternehmen und Verbraucher die freigesetzten Ressourcen in zusätzliche Produktion und mehr Konsum. Deshalb gilt: Digitalisierten Nachhaltigkeitsbemühungen liegt vor allem die Energiewende zugrunde, welche den Strombedarf durch nachhaltige Produktion wie Wind, Wasserkraft oder Photovoltaik deckt. Darüber hinaus helfen Energieversorger, wenn sie den Stromverbrauch transparent an den Endkonsumenten kommunizieren. Um die positiven Effekte der Digitalisierung abzugreifen, ist es deshalb essenziell, unseren digitalen Hunger nach Energie nachhaltig anzugehen. Nur so kann die Digitalisierung als Chance und Teil der Lösung zur Verwirklichung unserer Klimaneutralitätsziele begriffen werden.

Im letzten Monat wurde die Strategie «Digitale Schweiz» aktualisiert, welche schweizweit einen verschärften Fokus auf das Erreichen von Umweltschutzzielen durch die Digitalisierung setzt sowie die Auswirkungen der Corona-Krise einfliessen lässt. Die Strategie zeigt neun Aktionsfelder auf, die unter anderem dazu beitragen sollen, den «Ökologischen Fussabdruck und Energieverbrauch (der Schweiz zu) verringern» – eines der fünf Kernziele der Strategie.

1. Die Energiewende – Grundlage für eine nachhaltige Digitalisierung

Schnell wird einem bewusst, wieso die Energie im Zentrum der grünen Digitalisierung steht. So schöpft beispielsweise der Wechsel zu Videokonferenzen nur dann das volle Einsparungspotenzial aus, wenn die verwendeten Technologien auch mit erneuerbaren Energien betrieben werden. Nicht nur deshalb steht der Energiesektor unter Anpassungsdruck. Der Energieverbrauch von Privathaushalten, Industrie und Verkehr ist für über 75% der Schweizer Treibhausgasemissionen verantwortlich. Seit 1990 sind allerdings die Treibhausgasemissionen pro Endenergieverbrauch durch den vermehrten Einsatz von nicht fossilen Energieträgern und durch die Substitution von Erdöl durch Erdgas stark gesunken. Eine Entkopplung von Digitalisierung und Emissionen ist somit weiterhin das Ziel.

Die Digitalisierung ist der zugrunde liegende Möglichmacher der Energiewende, erlaubt sie uns doch, die Komplexität des dezentralen, erneuerbaren Energieversorgungssystems zu navigieren. Digitale Innovationen können helfen, die Energiewende voranzutreiben. Neben dem Ziel, eine stabile Stromversorgung zu gewährleisten, müssen erneuerbare Energien ausgebaut und klimaschädliche Emissionen reduziert werden. Der Ausbau der Stromnetze reicht hier allerdings bei Weitem nicht aus, sodass es zunehmend einer dezentralen, bedarfsgerechten Steuerung bedarf. KI könnte bei der Dezentralisierung von Netzen und Steuerungsmechanismen unterstützen, indem die notwendigen Informationen über Stromangebot und -bedarf in Echtzeit analysiert und von autonomen Entscheidungssystemen verarbeitet werden. Zudem wird eine optimierte Netzplanung, das Resultat des intelligenten Zusammenspiels von Energieproduktion und Energieverbrauch, ermöglicht. Dabei werden Gebäude mit intelligenten Messanlagen ausgestattet, welche die bestmögliche Regulierung der Spitzenlast und der Perioden ausserhalb der Nachfrage erlauben. So könnte in der Zukunft zum Beispiel die Überschussenergie von nicht steuerbaren Energiegewinnern wie der Windkraft nachts in den Batterien von leer stehenden, am Netz hängenden Elektroautos gespeichert und nach Bedarf abgerufen werden. Das Label «Smart Grid Ready» wurde entwickelt, um Häuser und Immobilien zu zertifizieren, die eine solche intelligente Kommunikation mit dem Netz ermöglichen. Die Schweiz setzt dabei vor allem auf die Entwicklung von digitalen Applikationen und Lösungsansätzen durch «Open Innovation», welche es ermöglichen, die vorhandene Komplexität des Netzes erneuerbarer Energien und einen zielgerechten Einsatz vereinfacht zu steuern.

2. Potenziale digitaler Lösungen für umweltverträglichen Verkehr

Die Aktionsfelder «Infrastruktur» und «Umweltschutz, natürliche Ressourcen und Energie» weisen verschiedenen Studien nach das grösste THG-Einsparpotenzial durch die Digitalisierung auf. Insbesondere der Bereich Mobilität bietet eine bedeutende Chance, Treibhausgasemissionen zu reduzieren. Im Jahr 2018 war der Strassenverkehr in der Schweiz für 32% der gesamten Treibhausgasemissionen und 40% aller CO₂-Emissionen verantwortlich und somit der grösste Einzelübeltäter. Dem Personenverkehr wurden knapp zwei Drittel dieses Ausstosses angelastet. Nicht überraschend werden deshalb flexiblen Lösungen wie mobilem Arbeiten oder Videokonferenzen statt Geschäftsreisen die grössten Einsparpotenziale zugeschrieben. Die Hypothese lautet: Es ist energieschonender, «Bits statt Atome zu transportieren». So schätzt Prof. Lorenz Hilty zum Beispiel, dass sich bei der Verwendung von Videokonferenzen statt Flugreisen der Energiebedarf schnell um einen Faktor 100 reduziert (der internationale Flugverkehr ist für ca. 11% aller Schweizer THG-Emissionen verantwortlich).

Um das volle Einsparungspotenzial in der Mobilität zu realisieren, wird schweizweit auf ein effizientes Gesamtverkehrssystem hingearbeitet. «Smart Mobility» stellt moderne Technologien in den Vordergrund: Sensortechnologie, KI-basierte Auslastungssteuerung im ÖV und Echtzeitdatenauswertung sollen genutzt werden, um den Verkehrsfluss bestmöglich zu steuern, Ressourcen zu schonen und existierende Infrastruktur optimal einzusetzen (zum Beispiel Ampelschaltung durch die Erkennung sich nähender Autos). Mithilfe der generierten Auslastungsinformationen können Fahrgästen alternative Routen angeboten werden. Der Einsatz solcher Technologien könnte insbesondere in der Corona-Krise helfen. Wenn zu Stosszeiten weniger Passagiere unterwegs sind, verringert sich die Ansteckungsgefahr. Neben entsprechenden Apps für den Zugang werden deshalb Investitionen in Echtzeit-Daten, die über die Auslastung einzelner Busse und Bahnen informieren, benötigt.

3. Digitale Infrastruktur und Rechenzentren ökologischer gestalten

Um die wie oben beschrieben hohe Komplexität des Einsatzes innovativer Technologien für die Umwelt zu verwalten, bedarf es vor allem einer verbesserten Datenerhebung und interdisziplinärer Zusammenarbeit. Dabei ist ein grosser Schwachpunkt derzeitiger Bemühungen in der Schweiz, dass diese oft auf kantonaler oder lokaler Ebene ausgeführt werden und die erhobenen Datensammlungen nicht interoperabel sind. Jedoch ist gerade die Interoperabilität der Datensammlungen der Schlüssel für die Erarbeitung kantonübergreifender Lösungsansätze und bundesweiter SMART-Infrastrukturen, das Bündeln von Ressourcen sowie die Vermeidung von Redundanzen. Dabei wird auf das «once only»-Prinzip gesetzt, bei dem zukünftig Daten nur einmal erhoben und durch Open-Data-Infrastrukturen für alle Teilnehmer zugänglich werden.

Eine weitere Herausforderung für die Nachhaltigkeit stellt hier auch das notwendige Ausmass der Datensammlungen und der Echtzeit-Datenerfassung dar, für deren zeitnahe und relevante Analyse immer grössere Datenzentren notwendig sind. Dabei sind Rechenzentren für 20% des weltweiten Energieverbrauchs der Digitalisierung verantwortlich. In der Schweiz ist ihr Anteil an den gesamten Emissionen der Informations- und Kommunikationstechnik zwischen 2010 und 2020 von 33% auf 45% gestiegen. Deshalb ist grüne Energie zentral für die Reduzierung der Treibhausgasmissionen, da bei solchen Zentren die Herstellungsemissionen eine vergleichsweise kleine Rolle spielen. Im Vergleich dazu fallen die Emissionen, welche während des Herstellungsprozesses von Konsumtechnologien entstehen, mit 75% der gesamten Life-Cycle-Emissionen viel stärker ins Gewicht. Um die Herausforderung der Rechenzentren anzugehen, ist auf Initiative von HPE und digitalswitzerland die Swiss Datacenter Efficiency Association (SDEA) entwickelt worden. Deren Aufgabe wird es künftig sein, besonders energieeffiziente Rechenzentren mit dem «Swiss Data Center Efficiency Label» auszuzeichnen, um auch hier einen Anreiz für innovative und nachhaltige Lösungen zu schaffen.