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Digitalisierung und Video-Streaming: lange nicht so klimaschädlich wie behauptet

Erschienen 2020-04-18 im RP-Energie-Blog (als E-Mail-Newsletter erhältlich!)

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Autor: , RP-Energie-Lexikon, RP Photonics Consulting GmbH

Inhalt: Die Digitalisierung bewirkt einen ständig steigenden Energieverbrauch und eine Klimabelastung, beispielsweise auch durch Video-Streaming. Allerdings zeigt eine neue Studie, dass dieser Effekt in einer früheren Studie massiv überschätzt wurde: Streaming ist keineswegs das neue Fliegen. Hier wird diese Thematik umfassend diskutiert.

Ref.: G. Kamiya (IEA), “The carbon footprint of streaming video: fact-checking the headlines”, https://www.iea.org/commentaries/the-carbon-footprint-of-streaming-video-fact-checking-the-headlines

Rüdiger Paschotta

Im März 2019 hat eine Studie des Shift Project, eines Pariser Thinktanks, für einige Aufregung gesorgt. Die Autoren kamen mit ihrer Untersuchung zum Resultat, dass der Energieverbrauch der Informationstechnologie (IT) besorgniserregend anwachse und dass das Streaming von Videos hierbei eine große Rolle spiele. Die fortschreitende Digitalisierung führe zu einem schnell wachsenden Beitrag zur Klimaproblematik, weil ein guter Teil der für die IT verwendeten elektrischen Energie aus fossilen Energieträgern stammt, deren Verbrennung zu CO2-Emissionen führt.

Einige der vom Shift Projekt genannten Zahlen waren schon beeindruckend bis beängstigend. So wurde beispielsweise angegeben, das Streaming eines HD-Films auf einem Smartphone verbrauche effektiv ca. 1000 W elektrischer Leistung – fast nichts im Smartphone selbst, aber eben in der IT-Infrastruktur. In anderen Szenarien – mit 4K-Auflösung und großem Bildschirm – sollte es sogar ein Mehrfaches sein. Das wäre wirklich heftig – auch wenn Autofahren oder gar noch das Fliegen natürlich noch wesentlich höhere Leistungen benötigt. Ich konnte das von Anfang an nicht glauben, hatte aber auch keine passenden Zahlen zur Widerlegung zur Hand.

Diese Meldungen haben jedenfalls ein entsprechendes Echo in der Presse gefunden. Beispielsweise titelte die Neue Zürcher Zeitung (NZZ) am 16.04.2019: “Streaming ist das neue Fliegen – wie der digitale Konsum das Klima belastet”. Das war für manche Leute sicherlich ein gefundenes Fressen – gut verwertbar etwa in der Art, dass man den aufmüpfigen Leuten von Fridays for Future vorhält, dass sie ja wohl weniger fliegen mögen, dafür aber mit dem Video-Streaming ähnlich viel Schaden anrichten. Und es ist dann ja auch nur logisch, dass man das Klima ungeniert weiter mit Fliegen belasten kann, wenn andere es auch tun, nur eben auf andere Weise, oder? Schließlich geht es ja nicht um die Problemlösung, sondern nur darum, die Verantwortung von sich zu schieben.

Korrekturen von der IEA

Die oben genannte Studie von George Kamiya, einem Mitarbeiter der Internationalen Energieagentur (IEA), präsentiert eine Analyse und daraus resultierende recht nützliche Zahlenangaben, die mir auch plausibel erscheinen. Diese Studie kommt größtenteils zu viel niedrigeren Zahlen für Energieverbrauch und CO2-Emissionen, insbesondere auch für das Video-Streaming. Die Diskrepanzen zur Studie des Shift Projects rühren offenbar daher, dass dort eine Reihe von Fehlern gemacht wurde; beispielsweise wurden viel zu hohe Datenübertragungsraten angenommen, und auch der Stromverbrauch der Rechenzentrum wurde wesentlich zu hoch angesetzt. Zwar wurde andererseits der Stromverbrauch der Endgeräte (v. a. der Anteil großer Fernsehgeräte) unterschätzt, aber insgesamt lag man mit den Zahlen an vielen Punkten weitaus zu hoch. Etliche Zahlen waren auch schlicht veraltet.

Es ist übrigens so, dass die Energieeffizienz der Informationstechnologie laufend verbessert wird, sodass die Zahlen schon nach wenigen Jahren erheblich günstiger sein können.

Die neue Studie kommt aber nicht zum Schluss, dass Energieverbrauch und Klimabelastung durch Informationstechnologie generell unwesentlich seien. Besorgniserregend ist in der Tat das starke Wachstum dieses Sektors, das vor allem durch die schnell zunehmende Benutzung verursacht wird. Es ist nicht leicht, durch eine ständige Verbesserung der Energieeffizienz dieses Wachstum zu kompensieren. Ich werde unten noch einige Bewertungen und Anmerkungen aus meiner Sicht bringen, möchte zuerst aber nochmals konkret auf das Video-Streaming eingehen.

Energieverbrauch und CO2-Emissionen durch Video-Streaming

Hier ein paar Beispiele aus dem Bereich des Video-Streaming, basierend auf den Zahlen der IEA:

  • Der schlimmste Fall ist das Streaming auf einem Smartphone über Mobilfunk mit 4K-Auflösung; hier wurde ein Verbrauch von 1,2 kW ermittelt. Dies resultiert zum allergrößten Teil (1,15 kW) aus dem Strombedarf der Datenübermittlung, der beim Mobilfunk besonders hoch ist; nur 0,05 kW braucht das die Daten liefernde Rechenzentrum und nochmals viel weniger das Smartphone. Allerdings: Die Verwendung dieser hohen Auflösung auf einem kleinen Display macht ohnehin überhaupt keinen Sinn; HD-Auflösung, die grob geschätzt rund viermal weniger Daten benötigt, wäre selbst auf einem hochauflösenden Display in der Praxis mehr als ausreichend. Selbst SD-Auflösung sollte normalerweise gut genügen, und damit ist man bereits bei einem kleinen Bruchteil der genannten Leistung von mehr als einem Kilowatt. Übrigens sind auch Mobilfunk-Flatrates in aller Regel auf einige Gigabyte pro Monat begrenzt (auch wenn es damit streng genommen keine Flatrates sind); schon deswegen wird niemand stundenlang damit 4K streamen.
  • Die Datenübertragung über einen Hausanschluss – etwa mit Breitband-Koaxialkabel, ADSL oder VDSL – ist derzeit rund viermal weniger energieaufwendig als die mit Mobilfunk (nach 4G-Standard, auch LTE genannt). (Mit Glasfaserkabel dürfte es noch deutlich besser werden.) Die hausinterne drahtlose Übertragung mit WiFi (WLAN) trägt auch nur wenige Watt bei, ähnlich wie der Stromverbrauch eines Tablets; hier sind die Sendeleistungen nämlich viel geringer als bei Mobilfunk. Somit kommt man beim Video-Streaming mit einem Mobilgerät im Haus normalerweise auf höchstens gut 400 W (= 0,4 kW) im Falle von 4K-Auflösung, wenn HD genügt eher auf gut 100 W und mit SD noch weit weniger.
  • Wenn man ein Fernsehgerät mit 50-Zoll-Bildschirm verwendet und hierbei 4K-Auflösung einstellt (was wiederum nur bei geringem Betrachtungsabstand überhaupt sichtbar ist), kommt man auf z. B. 310 W für die Datenübertragung, 120 W für den Fernseher und 50 W für das Rechenzentrum. Mit sehr großem Fernsehbildschirm kann es noch einiges mehr werden. In solchen Fällen ist also der Stromverbrauch des Endgeräts ein wesentlicher Faktor.

Für die reine Datenübertragung per Mobilfunk geht die Studie von ca. 0,1 bis 0,2 kWh pro Gigabyte aus (für 4G = LTE), im Festnetz (Breitbandkabel, ADSL o. ä.) von ca. 4 mal weniger. Das ergäbe für die Übertragung des gesamten Inhalts einer 1-TB-Festplatte über das Festnetz (beispielsweise für eine Online-Sicherung) immerhin ca. 25 bis 50 kWh. Damit wäre übrigens eine relativ schnelle Internetverbindung mit 50 Mbit/s Upload auch für fast zwei Tage beschäftigt.

Interessanterweise entstehen die größten Errichtungs- und Betriebskosten genauso wie der größte Energieverbrauch nicht etwa für den größten Teil der Übertragungsstrecke, sondern auf der “letzten Meile” – also in den Leitungen nahe der Endbenutzer. Dies liegt daran, dass diese relativ schwach ausgelastet sind, also nur wenige Benutzer bedienen. Dagegen werden beispielsweise auf den Internet-Backbones mit Glasfaserkabeln riesige Datenmengen übertragen (oft mehrere Terabit pro Sekunde), dies aber mit erstaunlich hoher Effizienz: Ein bisschen Licht in einem Faserkern mit ein paar Mikrometern Durchmesser kann Millionen von Telefongesprächen gleichzeitig übertragen. So ist es auch kein Problem, dass beispielsweise Transatlantik-Kabel hohe Investitionskosten verursachen: Bei Übertragung von so vielen Daten verteilt sich das auf sehr viele Benutzer. Daran liegt es auch, dass durch Ferngespräche entstehende Kosten nicht mehr nennenswert höher sind als die für Ortsgespräche.

Man erkennt an den Daten, dass zwar der Strombedarf der Internet-Infrastruktur oft deutlich höher ist als der der verwendeten Endgeräte, aber lange noch nicht dramatisch. Man liegt insgesamt im Energieverbrauch immer noch weit tiefer, als wenn man beispielsweise mit dem Auto zum Kino fahren würde – selbst wenn das Kino überhaupt keinen Strom bräuchte, auch keine Heizung usw. Übrigens käme ein kleines Elektroauto ohne Klimaanlage auf rund 0,15 kWh pro Kilometer Fahrstrecke, so dass z. B. eine Stunde HD-Video am Tablet zu Hause nur rund einem Kilometer Fahrt entspricht.

Interessant ist außerdem die Frage nach den klimaschädlichen CO2-Emissionen. Diese lassen sich aus dem Stromverbrauch berechnen, wenn man die Quelle des Strombezugs kennt. Wenn man beispielsweise den deutschen Strommix mit rund 450 g/kWh nimmt und für Video-Streaming mit einem Tablet und HD-Qualität annimmt, kommt man pro Stunde auf ca. 0,15 kWh · 450 g/kWh = 67,5 g CO2. Das entspricht ungefähr einer Autofahrt über einen halben Kilometer mit einem heutigen Neuwagen mit Benzinmotor. Wenn man dagegen in seinem Haushalt Ökostrom bezieht, ist es nur ein winziger Bruchteil davon – vom CO2 her praktisch vernachlässigbar.

Somit wird klar: Dass Video-Streamen das neue Fliegen sei (also ähnlich klimabelastend wie Flugreisen), ist zum Glück völliger Humbug. Zwar führt es im schlimmsten Fall (4K-Auflösung über Mobilfunk) zu einem erheblichen Strombedarf, aber im Vergleich zur Mobilität mit Auto oder Flugzeug führt das immer noch zu einer nur marginalen Umweltbelastung. Wenn Sie also beispielsweise heute wegen der Coronaviren-Krise im Home Office sitzen und stundenlang mit Skype oder Teams arbeiten (typischerweise mit einer Übertragungsrate in der Größenordnung von 1 Mbit/s pro Richtung – rund fünfmal weniger als für HD-Video), brauchen Sie sich über die Umweltbelastung keine Sorgen zu machen. Wenn dadurch die Autofahrt zum Arbeitsplatz entfällt, ist das sogar eine erhebliche Umweltentlastung – selbst wenn Sie ein Elektroauto verwendet hätten.

Ist der Energieverbrauch durch Informationstechnologie allgemein ein großes Problem?

Wir haben gesehen, dass das Video-Streaming lange nicht so problematisch ist wie teilweise behauptet wurde. Das ist allerdings nur einer von etlichen Sektoren – neben anderen wie Internet-Seiten, Speicherdienste, E-Mail, künstliche Intelligenz (maschinelles Lernen) und Kryptowährungen wie Bitcoin. Diese Sektoren haben sehr unterschiedliche Charakteristiken, und zu einigen von ihnen möchte ich im Folgenden ein paar Bewertungen und Einschätzungen abgeben – nur zum kleineren Teil durch konkrete Zahlen abgestützt, die nicht leicht erhältlich sind. Detaillierte Studien dazu sind eine sehr aufwendige Angelegenheit, und wenn man dabei nicht äußerst vorsichtig vorgeht, kann man wie oben gezeigt auch zu ziemlich krass falschen Resultaten kommen. Die folgenden qualitativen Einschätzungen dürften trotzdem einigermaßen richtig liegen – wobei sich die Sachverhalte durch die dynamische Entwicklung einerseits der Technik und andererseits deren Verwendung innerhalb weniger Jahre auch wieder deutlich ändern könnten.

Kryptowährungen

Kryptowährungen wie Bitcoin setzen auf die sogenannte Blockchain-Technologie. Manche dieser Technologien – insbesondere Bitcoin – benötigen hierbei ein sogenanntes Krypto-Mining, welches äußerst rechenintensiv ist und zu einem entsprechend hohen Stromverbrauch führt. Ohne mir jetzt die Mühe machen, hierzu detaillierte Zahlen aufzutreiben und zu prüfen, kann ich Folgendes mit Sicherheit sagen: Der Stromverbrauch für Bitcoin ist wirklich exorbitant, und in Verbindung damit, dass viele der für das Mining verwendeten Computer mit billigem Kohlestrom betrieben werden, resultiert daraus auch eine enorme Klimabelastung und zusätzlich Umweltbelastung anderer Art (insbesondere Luftverschmutzung).

Ich halte es deswegen für unverantwortlich, eine solche Technologie in die Welt zu setzen und zu verwenden. Bereits die Verwendung durch eine Minderheit der Weltbevölkerung (ähnlich wie beim Flugverkehr) verursacht einen nicht unwesentlichen Beitrag zum Klimaproblem.

Wohlgemerkt gilt diese Problematik nicht für jede Blockchain-Anwendung; da kommt es sehr auf die Details der Technologie an.

Künstliche Intelligenz und Big Data

Der künstlichen Intelligenz (KI) und Big Data (der maschinellen Auswertung großer Datenmengen) werden eine große Zukunft vorhergesagt; man muss also davon ausgehen, dass das starke Wachstum ihrer Verwendung noch lange anhalten wird. Leider ist das maschinelle Lernen – mit Auswertung riesiger Datenmengen durch nicht immer besonders effiziente Algorithmen – ziemlich rechenintensiv und damit auch energieintensiv.

Manche Anwendungen sind diesbezüglich ziemlich schlimm. Man sollte also überlegen, wo solche Technologien wirklich Sinn machen und wo es eher eine sinnlose Spielerei ist. Natürlich sind durchaus Anwendungen denkbar, die zwar energieintensiv sind, aber einen so großen echten Nutzen erbringen, dass es das einfach wert ist – z. B. durch Energieeinsparungen, die damit an anderer Stelle möglich werden.

Es ist aber auch sehr wohl denkbar, dass künstliche Intelligenz durch technische Verbesserungen massiv effizienter werden wird. Man wird vermutlich spezielle, dafür optimierte Hardware entwickeln.

Webseiten, E-Mail und Social Media

Viele von uns nutzen das Internet hauptsächlich in der Form, dass sie Webseiten betrachten, E-Mails austauschen und Social Media verwenden. Für den Energieaufwand durch die gesamte Infrastruktur, die das alles erarbeitet, werden teils recht hohe Zahlen angegeben. Andererseits sind die Beträge, die auf einzelne Website-Besuche, E-Mails u. ä. umgelegt wurden, ziemlich marginal. Dasselbe gilt für viele andere Cloud-Dienste – also Dienste, die die Verwendung von Rechenleistung und Speicherung “in der Cloud” (in irgendwelchen Zentren) beanspruchen.

Hierbei ist auch zu beachten, dass beispielsweise weitaus mehr E-Mails durch Spammer in aller Welt versandt werden, als wir “echte” Nachrichten austauschen. Deswegen kann die Lösung kaum sein, dass wir sparsamer E-Mails versenden; viel wichtiger wäre es, den Spammern das Handwerk zu legen. Leider ist dafür das ganze Konzept des E-Mail-Systems kaum geeignet; an so etwas dachte man eben nicht genügend, als das System entwickelt wurde – es hätte auch kaum jemand gedacht, wie weit verbreitet das mal würde. Sehr hilfreich wäre es, wenn das Versenden jeder Mail z. B. 1 Cent kosten würde – das wäre keine echte Belastung für jegliche legitime Nutzung, für die Spammer dagegen das Ende jeder Wirtschaftlichkeit. Leider ist nicht erkennbar, wie so etwas global durchgesetzt werden könnte.

Als Endanwender kann man also hier nicht allzu viel tun – außer im negativen Sinne, indem man die Spammer mit Käufen belohnt, sodass sie ihre Aktivitäten noch weiter ausdehnen.

Rechen- und Datenzentren

Rechenzentren sind große Anlagen, die mit Computern (Servern) vollgepackt sind. Ursprünglich ging es dabei meist um die Durchführung gewisser Rechnungen, zum Beispiel für wissenschaftliche Anwendungen. Heute geht es häufig mehr um die Speicherung großer Datenmengen, die über das Internet zugeführt und wieder abgerufen werden können; dann spricht man eher von einem Datenzentrum. Beispielsweise betreiben diverse große Firmen wie Google, Microsoft, Amazon und Facebook riesige Anlagen, um die enorme Zahl ihrer Benutzer mit ihren Diensten zu beglücken. Als Endbenutzer sehen wir diese Zentren praktisch nie – außer vielleicht im Fernsehen –, benutzen sie aber doch ständig: Dort werden unsere E-Mails gespeichert, ebenso die Videos, die wir über das Internet streamen und alles, was wir über die Social Media austauschen. Ebenso produzieren Google & Co. damit all die Antworten auf unsere Suchanfragen.

Die Bewertung des dort entstehenden Energieaufwands muss sinnvollerweise nicht mit der eines Privathaushalts oder einer kleinen Firma verglichen werden, sondern in Relation zu den erbrachten Leistungen. Wenn beispielsweise ein solches Zentrum pausenlos etliche Megawatt elektrischer Energie verbraucht, damit aber viele Millionen von Benutzern gleichzeitig versorgt, ist der Energieaufwand pro Benutzer eigentlich ziemlich marginal. Übrigens wäre dieser Verbrauch weitaus größer, wenn all diese Dienste über lokale kleine Computer erbracht würden – soweit das überhaupt möglich wäre. Wer beispielsweise seinen eigenen Mailserver oder Webserver betreibt, anstatt dies einem professionellen Hoster zu übergeben, wird sich schwer tun, dafür nicht wesentlich mehr Energie zu verbrauchen.

Man kann es auch so sehen: So lange ein Datenzentrum z. B. von Google oder Facebook in jedem Moment Millionen von Benutzern davon abhält, in der Gegend herum zu fahren, ist das ein vergleichsweise umweltschonender Energieeinsatz. Ganz anders ist es natürlich, wenn auf diesem Wege etwa Flugreisen verkauft werden. Man erkennt, dass der Stromverbrauch der Rechner für die Umwelt nicht der entscheidende Punkt ist.

Die Betreiber solcher Rechen- und Datenzentren minimieren natürlich im eigenen Interesse den Stromverbrauch und damit ihre Stromrechnungen durch eine stetige Optimierung der Energieeffizienz – konkret durch Auswahl möglichst effizienter Hardware wie auch durch Optimierung der Software. Zudem bemühen sich einige der Anbieter (z. B. Google und Microsoft) zunehmend, ihre Infrastruktur mit Ökostrom zu versorgen – schon weil ein gutes Öko-Image langfristig den Geschäften dient. (Amazon scheint noch zu schlafen.) Interessant ist auch der Gedanke, dass durch die verbreitete Gratis-Kultur der Umsatz pro Benutzer ziemlich gering ist, weswegen sich die Betreiber dieser Zentren gar nicht leisten können, pro Benutzer allzu viel Strom aufzuwenden.

Übrigens bietet auch unser Webserver, über den Sie diese Seite erhalten haben, seit vielen Jahren klimaneutrales Hosting; das bedeutet in diesem Fall, dass mit CO2-Kompensation gearbeitet wird. Eine nennenswerte Klimabelastung entsteht also nicht, indem Sie unseren Server hin und wieder einige Kilobyte für eine Webseite über das Internet liefern lassen; die Datenmengen sind im Vergleich von denen für ein Video ohnehin marginal. Eher spielt der Stromverbrauch Ihres Computers und Bildschirms hier eine Rolle. Wenn es gar ein mobiles Gerät ist, etwa ein Tablet, können Sie auch das weitgehend vergessen.

Als Endbenutzer müssen Sie sich also kaum Gedanken über Energieverbrauch und Umweltbelastung solcher Rechen- und Datenzentren machen. Jedenfalls können Sie kaum etwas einsparen, indem sie entsprechende Dienste sparsamer einsetzen. Anders kann das allenfalls in bestimmten Sonderfällen sein; beispielsweise kann man sich überlegen, ob die Sicherung vieler Terabyte wenig wichtiger Daten (etwa Videos, die man ohnehin auf DVD oder noch sonst wo hätte) in einem Cloud-Speicher wirklich sein muss.

Energieaufwand für die Herstellung der Geräte

Natürlich ist generell nicht nur der Energieaufwand für den Betrieb von Geräten zu berücksichtigen, sondern auch derjenige für ihre Herstellung (→ graue Energie) und die spätere Entsorgung oder auch für das Recycling. Wie stark dies zu Buche schlägt, hängt aber stark davon ab, welche Geräte man betrachtet:

  • Bei Mobilgeräten wie Smartphones und Tablets ist der Energieaufwand im Betrieb ziemlich gering; das kann gar nicht anders sein, da diese ja auch mit Akkus einige Zeit durchhalten sollen. Dagegen ist der Energieaufwand für die Herstellung relativ gesehen (auch pro Kilogramm) ziemlich hoch. Über die gesamte Nutzungsdauer ist das meistens der stark dominierende Anteil. Deswegen ist es nicht unbedingt wichtig, die Benutzungsstunden zu minimieren, sondern vielmehr die Geräte über möglichst viele Jahre zu verwenden – auch wenn sie bald nicht mehr der neueste Schrei sind.
  • Bei PCs liegt der Stromverbrauch höher, und bei Verwendung über viele Stunden am Tag wird das zu einem wesentlichen Faktor. Man beachte vor allem auch, dass zusätzlich zum eigentlichen PC noch ein Monitor kommt und meist noch dies und das an Kleingeräten. Trotzdem ist wiederum der Energieaufwand für die Herstellung erheblich, eine langjährige Nutzung also sinnvoll – selbst wenn der neue PC sparsamer wäre.
  • Bei Servern, die in Rechen- und Datenzentren verwendet werden, ist der Energieaufwand im Betrieb am wichtigsten, weil sie rund um die Uhr in Betrieb sind. Dies gilt selbst dann, wenn sie nach nicht allzu vielen Jahren wieder ersetzt werden.

Ich selbst verwende insbesondere Computer und Tablet sehr stark, aber jeweils für viele Jahre. (Ich schrieb diesem Text auf einem PC von Ende 2013, der hoffentlich nochmal für etliche Jahre durchhalten wird.) Damit spare ich auch einiges an Zeitaufwand, der für einen häufigeren Ersatz der Geräte nötig wäre; schließlich muss man ja wieder recherchieren, bestellen, bezahlen, neu einrichten etc. Gegebenenfalls kann man ja auch mal eine neue Festplatte, mehr Arbeitsspeicher o. ä. noch nachträglich einbauen, um das ganze Gerät noch länger nutzen zu können.

Schnelle Internetverbindungen

Beispielsweise in Deutschland sind heute noch sehr viele Endbenutzer mit ziemlich langsamen Internetverbindungen ausgestattet. Aus diversen Gründen ist es natürlich wünschenswert, dass sich das bald ändern wird. Leider geht damit aber auch die Gefahr einher, dass die ausgetauschten Datenmengen stark steigen – und dies nicht unbedingt nur für sinnvolle Zwecke. Wir sind es ja gewohnt, dass Ressourcen, deren Benutzung nicht unmittelbar spürbar finanzielle Folgen hat, häufig sehr ineffizient benutzt werden.

Vielleicht wird man zur Lösung dieses Problems für eine gar nicht so ferne Zukunft, in der viele per Glasfaser mit hoher Datenrate angeschlossen sind, neue Methoden einsetzen müssen. Denkbar wäre beispielsweise, dass jeder Provider zusätzlich zum Grundpreis auch einen Preis für das Datenvolumen berechnen muss – in einer Höhe, die für normale Benutzung etwa in Haushalten nicht zu wesentlichen Kosten führt, aber doch eine Bremse für unsinnige Nutzungen darstellt.

Mobilfunk

Wie oben erwähnt, verbraucht die Datenübertragung per Mobilfunk wesentlich mehr Energie als über Kabel. Dies liegt einfach daran, dass die ausgesandte Energie der Funkwellen nicht gezielt nur den Empfänger erreicht, sondern zum allergrößten Teil anderswo verloren geht. Genau dieser Aspekt wird allerdings mit neuen Technologien wesentlich verbessert werden. Beispielsweise erlaubt 5G-Mobilfunk das sogenannte “Beamforming”: Der Sender kann damit zwar immer noch keinen perfekt auf den Empfänger gerichteten Strahl erzeugen, aber immerhin die Abstrahlung einigermaßen auf die richtige Richtung konzentrieren. Dadurch kann man dann die Sendeleistungen entsprechend reduzieren, was sich u. a. günstig auf den Stromverbrauch auswirkt. Dieselbe Technik wird übrigens auch bereits von besseren WLAN-Geräten unterstützt, in diesem Falle allerdings wegen der besseren Reichweite und Datenübertragungsrate.

Man mag sich zunächst wundern, dass die Funkmasten eine so hohe Sendeleistung benötigen, während die Mobiltelefone auf der anderen Seite ja mit viel weniger auskommen. Das liegt daran, dass die Funkmasten viel größere Antennen für den Empfang haben und deswegen entsprechend schwache Signale der Telefone noch verarbeiten können. Wenn die Telefone auch so empfindliche Antennen hätten, müssten die Funkmasten viel weniger stark senden. Nur geht das leider nicht, weil die Antennen der Telefone so klein sein müssen.

Eine Verbesserung wäre denkbar, wenn das Netz der Funkmasten dichter wäre, weil bei reduzierter Entfernung zum Empfänger die Funkleistung dann entsprechend reduziert werden kann. So ist es ja auch mit WLAN, das wegen der geringen Distanzen mit so geringen Sendeleistungen auskommt, dass der Stromverbrauch unwesentlich ist. Andererseits sind schlecht ausgelastete Masten vermutlich auch wieder weniger effizient wegen ihres Standby-Verbrauchs; die Energieeinsparung wäre also nur dort möglich, wo die Masten auch tatsächlich in größerem Umfang benötigt werden.

Interessanterweise scheitert die Aufstellung zusätzlicher Funkmasten häufig an Elektrosmog-Bedenken der Anwohner, obwohl im Prinzip mit einem dichten Netz kleiner Funkstationen die geringste Elektrosmog-Belastung (falls das tatsächlich eine gesundheitliche Belastung ist) möglich wäre. Das würde auch dazu führen, dass das Handy am Ohr nicht so heftig funken muss, um den nächsten Funkmasten zu erreichen.

Anreize setzen

In einigen Feldern liegen die Anreize bereits richtig. Beispielsweise ist der Stromverbrauch von Rechenzentren ähnlich wie der der Internet-Leitungen einer ständigen kritischen Beobachtung durch die Betreiber unterworfen, die regelmäßig ihre Stromrechnungen bezahlen müssen.

Andernorts funktioniert es aber nicht gut. Beispielsweise kann man vielerorts sinnlos große Mengen von Daten herum schicken und damit einen Stromverbrauch verursachen, der größtenteils von der Allgemeinheit bezahlt wird. Dies liegt daran, dass die Internetanschlüsse in aller Regel pauschal verrechnet werden, also nicht nach den Datenvolumen. Vielleicht wird man das in Zukunft ändern müssen.

Ein Problem im gewerblichen Umfeld ist natürlich auch, dass selbst ein erheblicher Stromverbrauch nicht unbedingt beachtet wird, wenn andere Kosten deutlich stärker zu Buche schlagen. Beispielsweise wäre es rein wirtschaftlich gesehen für mich nur eine Spinnerei, mich mit dem Energieverbrauch meines Unternehmens zu befassen, der im Vergleich zur Wertschöpfung völlig marginal ist. Wenn ich das trotzdem tue, dann eben “nur” wegen des Umweltbewusstseins. Ein solches fehlt aber leider immer noch bei vielen, solange die Klimakatastrophe nicht für jeden sichtbar über uns hereinbricht.

Man muss aber nicht unbedingt immer nach Sonderlösungen für die Informationstechnologie suchen. Vielmehr wäre eine möglichst weltweite CO2-Bepreisung in angemessener Höhe – etwa in Form einer CO2-Steuer – ein ganz wichtiger Schritt. Dazu noch einige gezielte staatliche Maßnahmen, in Deutschland etwa ein Kohleausstieg, und die Emissionen auch der Informationstechnologie werden entsprechend sinken. Technisch gibt es ja auch vielfältige Lösungen, um einerseits den Stromverbrauch zu minimieren und andererseits umweltfreundlich zu decken. Das ist bei der Informationstechnologie sicherlich um einiges einfacher als etwa bei der individuellen Mobilität und der Fabrikation von Waren. Schließlich ist dort eine vollständige Elektrifizierung längst geschafft, während das z. B. im Verkehrssektor und im Bereich Wärme nicht so einfach ist. Es verbleibt dann nur noch die Aufgabe der Dekarbonisierung der Stromerzeugung.

Dieser Artikel erschien als Teil des RP-Energie-Blogs von Dr. Rüdiger Paschotta. Sie können Links auf diese Seite setzen, da ihre Adresse permanent ist, und die Seite auch zitieren. Siehe auch das RP-Energie-Lexikon.

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Fragen und Kommentare von Lesern

19.04.2020

Danke für diese detaillierte Betrachtung. Zwei Anmerkungen:

1. Sie erwähnten den Ökostrom als Möglichkeit, quasi emissionslos Strom zu verbrauchen. Dies halte ich für fraglich. Beim Ökostrom gibt es zwei wichtige Aspekte: die angegebenen Quelle und der Beitrag zur Erweiterung der regenerativen Stromgewinnung.

2. Ich stimme Ihrer Ablehnung einer Sonderlösung für die IT - ebenso wie für jeden anderen Teilbereich - zu. Wir haben mit dem ETS ein System, dass die Gesamtemission des Stromsektors (+ einer Reihe anderer Industrien) in Europa wirksam begrenzt, und sollten mehr Energie darauf verwenden, dass diese Obergrenze mit einer höheren Rate sinkt, als sie das zur Zeit tut. Es ist auch sinnvoll, dafür zu arbeiten, dass alle Kraft- und Brennstoffe dort integriert werden, so wie es die Regierung perspektivisch ins Auge gefasst hat. Der Nachteil des ETS ist, dass es schwieriger ist, den europäischen Koloss zu bewegen, als national oder individuell zu handeln. Das ist unbestritten. Jedoch sollte es im Bewusstsein bleiben.

Antwort vom Autor:

Bei Ihren Punkt 1, den ich hier nur gekürzt wiedergebe, auf der Seite zum Thema Ökostrom behandelt.

Zu Punkt 2 stimme ich Ihnen vollkommen zu.

21.04.2020

Äußerst interessant. Habe ich so zusammengefasst noch nirgendwo gelesen. Das Problem dabei scheint mir zu sein, dass das ganze Feld so groß und unübersichtlich ist und sich Technologien so schnell ändern, dass man als Normalverbraucher mit dem Recherchieren kaum nachkommt. Der wichtigste Abschnitt scheint mir deshalb der letzte: Wenn nicht plötzlich das Umweltbewusstsein in der Bevölkerung “explosionsartig” zunimmt (was nicht anzunehmen ist), muss die Politik Anreize setzen, zum Beispiel in Form einer durchgehenden Bepreisung von CO2. Eine Alternative wären kontinuierlich überprüfte Gütesiegel für Technologien, z. B. die umweltfreundlichste Technologie erhält vier Sternchen, die zweitbeste drei usw. Aber das wäre natürlich mit viel mehr bürokratischem Aufwand verbunden.

Antwort vom Autor:

Preisanreize sind aus meiner Sicht hier die bessere Lösung.

22.04.2020

Danke für die exzellente Aufbereitung! Ich war schon drauf und dran auf betreffende Artikel in der Presse mit Gegendarstellungs-Leserbriefen zu antworten. Meine Überlegungen gingen dabei in eine ganze ähnliche Richtung wie ihr blog-Artikel, Sie haben hier nun die Fakten sehr schön und vollständig aufbereitet.

Vor allem die Feststellung, dass Video-Konferenzen so extrem klimaschädlich seien, hat mich fast auf die Palme gebracht. In den Jahren 2006 bis 2009 bin ich dienstlich einmal pro Woche von Linz nach Frankfurt geflogen und dann weiter mit dem ICE nach Karlsruhe, abends wieder zurück. Ab 2009 dann fast nur noch Video-Meetings statt physikalischem Meeting inklusiver Flugreise. Wer jetzt sagt, dass die Video-Konferenz ähnlich schädlich wie der Kurzstreckenflug ist, dem muss wohl die Zurechnungsfähigkeit abgesprochen werden.

22.05.2020

Exzellente Zusammenfassung! Vielen Dank! Wird sofort mit meinen Schülern besprochen!

Interessant wäre noch zu sehen, was beim Mobilfunk die meiste Energie frisst – die 100%ige Abdeckung? Senden, auch wenn keiner empfängt?

Auch die Gründe für die hohen Kosten der letzten Meile wären spannend. Welche Rolle spielt dabei der Energieaufwand beim Verlegen der Leitungen?

Antwort vom Autor:

Die Energieeffizienz ist bei Sendemasten, die nur wenig ausgelastet werden, deutlich geringer, obwohl die benötigte Leistung dann auch reduziert ist. Auf der anderen Seite kann die Sendeleistung reduziert werden, wenn man eine nahe gelegene Station verwendet. Von daher ist es für mich nicht so klar, wie sich die Qualität der Abdeckung auf den Energieverbrauch auswirkt.

Die hohen spezifischen Kosten der letzten Meile beruhen grundlegend darauf, dass dieser Teil der Infrastruktur jeweils immer nur von relativ wenigen Leuten benutzt werden kann. Der Energieaufwand für die Installation dürfte bei den Kosten keine allzu große Rolle spielen; die Anteile für benötigte Hardware und Arbeitszeit sind wohl meistens deutlich größer. Im Betrieb dagegen dürfte es ein wesentlicher Faktor sein.

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