Analyse zur digitalen Transformation: Umweltauswirkungen der Digitalisierung wenig erforscht

19.02.2024 – Hilft oder schadet die Digitalisierung der Umwelt? Und inwieweit kann die Wissenschaft überhaupt einschätzen, wie sich negative und positive Umwelteffekte der Digitalisierung zueinander verhalten? Mit dieser Fragestellung haben sich Forscher vom Institut für ökologische Wirtschaftsforschung (IÖW) und Technopolis in einer Metastudie im Auftrag des Bundesforschungsministeriums beschäftigt und dabei 200 Studien ausgewertet.

Das Marktvolumen für Digitalisierung und Künstliche Intelligenz wächst rasant. Der Microsoft-Konzern hat vor kurzem eine Investition von 3,2 Milliarden Euro in Deutschland angekündigt. Die Investition ziele auf den Bau neuer umweltfreundlicher KI-Rechenzentren in Nordrhein-Westfalen sowie die Ausbildung zur digitalen Kompetenz.

Schon heute ist Künstliche Intelligenz (KI) zu einem festen Bestandteil des täglichen Lebens geworden und prägt den Alltag – von der Spracherkennung auf dem Smartphone bis hin zu teilautonomen Fahrzeugen auf den Straßen. Smarte Geräte und Rechenzentren verbrauchen viel Ressourcen und Energie, das ist soweit bekannt. Einige digitale Technologien könnten sich aber auch positiv auf die Umwelt auswirken, so die Forschenden, etwa wenn mit ihrer Hilfe Strom und Heizung in Gebäuden automatisch gesteuert werden. Das bringe messbare Energieeinspar-Effekte.

In Gebäuden, aber auch im Energiesystem und im Verkehr gebe es also Anzeichen für positive Wirkungen –doch in den meisten Bereichen braucht es noch viel mehr belastbare Zahlen, sind sich die Wissenschaftler einig.

Potenziale der Digitalisierung zur Stärkung der Nachhaltigkeit ausloten

„Die Forschung sollte stärker als bisher den ökologischen Fußabdruck digitaler Technologien berücksichtigen und unerwünschte Nebenwirkungen untersuchen“, empfiehlt der Ökonom Christian Lautermann vom IÖW. Nur so werde es möglich, die Chancen der Digitalisierung realistisch zu bewerten. Die umfassende Analyse wertete in acht Themenbereichen aus, bei welchen digitalen Innovationen sich nach aktuellen Erkenntnissen ein positives Potenzial für Klimaschutz und Umweltentlastung zeigt.

„Wir wollen die Potenziale der Digitalisierung zur Verwirklichung von Nachhaltigkeit nutzen. Die Metastudie zeigt auf, wo dafür die größten Hebel liegen und wo wir noch Forschungsbedarf haben“, kommentiert Mario Brandenburg, Parlamentarischer Staatssekretär bei der Bundesministerin für Bildung und Forschung den Auftrag. Ziel der Forschungsförderung an der Schnittstelle zwischen Digitalisierung und Nachhaltigkeit sei es daher, eine breitere Datengrundlage und digitale Nachhaltigkeitsinnovationen zu schaffen. „Die Ergebnisse und Empfehlungen der Studie bestärken uns darin, dass wir mit einem systemischen Förderansatz auf dem richtigen Weg sind“, so Brandenburg.

Politik als auch Tech-Unternehmen stehen in Deutschland beim Thema Digitalisierung und Künstliche Intelligenz noch am Anfang. Zudem fehlen in der Diskussion konkrete Anwendungen, wie Umwelt- und Klimaschutz mithilfe von KI gestärkt werden kann. Deutschland gehört in Europa bei der Digitalisierung in vielen Bereichen zu den Schlusslichtern – gerade auch in wichtigen Bereichen, die die Energiewende in Europa entscheidend mit voranbringen könnten.

Klare Vorteile im Gebäude- und Energiesektor zu erwarten

Die Erzeugung aus Erneuerbaren Energien schwankt, ebenso der Verbrauch. Smart Grids schaffen Flexibilität auf Angebots- und Nachfrageseite. Smarte Mess- und Steuerungstechnik und eine darauf aufbauende Gebäudeautomation würden die Chance bieten, den Wärme- und Stromverbrauch zu senken. Nützlich seien zudem „virtuelle Kraftwerke“ und Smart Charging, empfehlen die Studienautoren, wobei Dienstleister etwa Batteriespeicher in Haushalten und Elektroautos zusammenschalten und gezielt steuern. So würden Energie- und Mobilitätssysteme miteinander verschmelzen – ein wichtiger Baustein für die Energiewende. Das digital gesteuerte Aufladen der vielen Millionen Speicher und Elektroautos könnte helfen, Stromnachfrage und -angebot ins Gleichgewicht zu bringen und Emissionen aus fossilen Kraftwerken zu reduzieren.

Beim Thema Mobilität zu starker Fokus auf Individualverkehr

Viele Studien machten deutlich, so die Forscher, dass Straßen effizienter genutzt werden und Energieverbräuche von Fahrzeugen sinken, wenn Routen, Kolonnen oder Ampelschaltungen mithilfe Künstlicher Intelligenz optimiert werden. „Doch die Umwelteffekte beim autonomen Fahren hängen davon ab, ob die neue Technik auch insgesamt die Zahl der Pkw und der gefahrenen Kilometer reduziert“, warnt Christian Lautermann.

KI wird gerne als ein Baustein dafür genannt, den Verkehr klimafreundlicher zu gestalten – doch hat Autonomes Fahren per se noch nichts mit Klimaschutz zu tun.

Künftige Forschung sollte nach Meinung des Forscherteams daher verstärkt Carsharing, Güter- und Busverkehr betrachten. Denn Potenziale digitaler Technologien für einen umweltfreundlichen Nahverkehr wären bisher deutlich weniger erforscht als beim Individualverkehr.

Ressourcenverbrauch der Digitalisierung

Den Effizienz- und Einsparpotenzialen von digitalen Tools stehen Energie- und Ressourcenverbräuche in der Lieferkette und bei der Anwendung gegenüber, heißt es in der Studie. Bis zu vier Prozent der weltweiten Treibhausgasemissionen entstehen durch Herstellung und Betrieb digitaler Geräte. Eine Stunde Surfen auf Plattformen wie Social Media oder Streaming-Diensten kann je nach Berechnungsmethode bis zu 280 Gramm CO₂ verbrauchen. Bei einem KI-Trainingsdurchlauf entstehen, so die Studie, je nach Berechnungsmethode und Strommix, sogar bis zu 942 Tonnen Treibhausgase – so viel wie etwa 90 Bundesbürger aktuell im Jahr verursachen.

Umwelt- und Klimawirkung ganzheitlich beleuchten

„Studien zeigen, dass der Einsatz von Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT) zu einer Reduktion der nationalen Treibhausgasbilanz beitragen kann“, sagt Jan Stede von Technopolis Deutschland, der das Projekt leitet. „Dieser positive Effekt ist jedoch ambivalent zu bewerten: Die klimaintensive Produktion von digitalen Technologien findet oft in anderen Ländern statt. Zukünftige Forschung zur Klimawirkung von Digitalisierung sollte daher verstärkt die Verlagerung der Emissionen in der Produktion, aber auch Rebound-Effekte in den Blick nehmen.“

Solche Rebound-Effekte gebe es beispielsweise in der Industrie: Zwar könnten Produktionsprozesse durch eine digitale Vernetzung energiesparender ablaufen – wenn die Automatisierung jedoch zu einer höheren Produktion führt, könne dies einen Teil der Einsparungen wieder zunichtemachen. Solche Effekte sollten bei einer Bilanzierung der Gesamtauswirkungen der Digitalisierung zumindest näherungsweise eingerechnet werden.

Hinzu komme, so die Studienautoren, dass die meisten Studien nur CO₂-Effekte quantifizieren. Eine umfassende Lebenszyklusanalyse würde hingegen auch andere direkte und indirekte Folgen betrachten – von Umweltverschmutzung bis zu Auswirkungen auf die Biodiversität.

Regulierung in Hinblick auf Umwelt- und Klimaverträglichkeit

Fazit der Experten für die weitere Forschung: Die Nachhaltigkeitseffekte der Digitalisierung müssten sehr viel umfassender bewertet werden – um nicht in die falsche Richtung zu laufen, sondern nützliche Innovationen und Anwendungsbereiche zu fördern. Und es braucht Spielregeln für den Umgang mit digitalen Daten, damit sie einen Mehrwert für Umwelt und Gesellschaft leisten, betonten zwei Juristen in ihrer Studie „Datenregulierung als sozial-ökologische Weichenstellung“ von 2021. Denn Daten könnten gesamtgesellschaftlichen Nutzen stiften, oder aber Risiken und Schäden verursachen. Es müssten Vorschläge für eine Regulierung in Hinblick auf Umwelt- und Klimaverträglichkeit einfließen und für die jeweilige Zielsetzung festgelegt werden. na
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