Energiebedarf und Treibhausgasemissionen der Digitalisierung

Abstract

Die Digitalisierung hat im Jahr 2020 einen sprunghaften Anstieg erfahren und eine Systemänderung Richtung Distance Learning und Homeoffice, eine signifikante Steigerung von Online-Shopping und eine Transformation im Gesundheitssektor, verbunden mit einem globalen Big Data-Pilotprojekt, eingeleitet. Diese auf den Digitalsektor gelenkte Aufmerk-samkeit führte zu diesem Review, das einen Überblick über die Infrastrukturelemente, traditionelle und zukünftige Anwendungen, Energiebedarf und Treibhausgasemissionen der Digitalisierung geben soll. Für das Jahr 2020 wurde in einem "expected case" Berechnungs-szenario der globale Energiebedarf von Rechenzentren, Kommunikationsnetzen und Endgeräten auf 1988 TWh geschätzt. Das sind 7 % des globalen Bedarfs an elektrischer Energie mit entsprechenden Treibhausgasemissionen von 944 Mt CO2-e. Davon entfallen 49 % auf die Nutzung von Endgeräten, 15 % auf Rechenzentren, 17 % auf Kommunikations-netze und 19 % auf die Herstellung der Infrastruktur. Prognosen für den Energiebedarf für 2030 schwanken zwischen einer Erhöhung um das 1,6-fache bis zu einem "worst case" Szenario um einen Faktor 15 nahezu vollständig zu Lasten der Rechenzentren und Kommunikationsnetze, abhängig von erwarteter Effizienzsteigerung, Technologiesprüngen sowie globaler Datenraten und Workloads. Dem gegenüber zeigen optimistische Prognosen, dass trotz höherem Energiebedarf aufgrund der Anwendung erneuerbarer Energiequellen die Treibhausgasemissionen konstant bleiben oder sogar sinken werden. Im Bereich der Anwendungen der Digitalisierung beträgt der Anteil von Videostreaming und Social Networking derzeit etwa 15 % der Auslastung von Rechenzentren, wobei für zukünftige Anwendungen wie künstliche Intelligenz, Internet der Dinge, Big Data oder Industrie 4.0 in der gesichteten Literatur keine erwarteten anteiligen Zuordnungen ermittelt werden konnten. Während Rechenzentren und traditionelle Endgeräte gut untersucht sind, ist bei der Geräteinfrastruktur zukünftiger Anwendungen und den Kommunikationsnetzen weiterer Forschungsbedarf. Eine zukünftige Herausforderung ist die Entwicklung des Energiebedarfs der Blockchain-Technologie, der 2024 alleine in China bis zu knapp 300 TWh betragen könnte. Um den Auswirkungen des erwarteten Anstiegs des Energiebedarfs der digitalen Infrastruktur entgegenzutreten, liegt der Fokus auf technische Effizienzsteigerungen, Nutzung erneuerbarer Energien und der indirekten Energieeinsparung anderer Sektoren durch Anwendung der IKT. Beispiele hierfür sind virtuelle Mobilität, Ressourcenschonung durch Umweltmonitoring oder Effizienzsteigerungen und Automatisierung in der Industrie.