„Energieeffiziente Software steckt noch in den Kinderschuhen”

Sie arbeiten beide schon seit Jahren an der Schnittstelle von Informatik und Nachhaltigkeit. Welche Entwicklungen haben Sie beobachtet?

Prof. Dr. Stefan Naumann (SN): Bei meinem Informatik-Studium in der 1990ern wurde ich oft gefragt, warum ich denn was mit Computern mache, ich wäre doch im Umweltbereich aktiv. Nach und nach wurde aber immer klarer, wie eng die beiden Felder zusammenhängen: Wir brauchen digitale Wege, um Umwelt- und Nachhaltigkeitsprobleme zu erkennen und Lösungen zu entwickeln. Gleichzeitig darf die Digitalisierung – Stichwort Material- und Energieverbrauch – nicht zu neuen Umweltproblemen führen. Mittlerweile werden Nachhaltigkeit und Digitalisierung aber in einem Atemzug genannt, und sind neben der Biotechnologie die Hauptherausforderungen des 21. Jahrhunderts.

Prof. Dr. Volker Wohlgemuth (VW): Bei der Beobachtung von Ökosystemen oder durch den Menschen beeinflusste Systeme entstanden schon immer viele Daten. Folglich hatte es die Umweltinformatik immer mit Big Data zu tun und hat viele Konzepte zur Verarbeitung großer Datenmengen aus unterschiedlichen Quellen erarbeitet. In der Vergangenheit lag der Schwerpunkt eher in der Nutzung der Informatik und ihrer Methoden und Techniken, um Gutes für die Umwelt und eine nachhaltige Entwicklung zu tun, Stichwort Green by IT. Es ist nur konsequent, nun auch den Ressourcen- und Energiebedarf von insbesondere „grüner“ Software ins Auge zu fassen. Das ist in den vergangenen zwanzig Jahren erfolgt, zunächst mit einem Schwerpunkt auf den Ener- gieverbrauch der Hardware und der Netzwerkkomponenten. Die neueste Entwicklung ist die hin zum Green Coding, also einer möglichst energie- und ressourcenschonenden Entwicklung von Software. Allerdings steckt dies noch in den Kinderschuhen. Ein weiteres Thema, dem wir uns in Zukunft widmen wollen, ist Kreislaufwirtschaft. Denn es ist klar, dass die Hardware als Abfall irgendwo landet und wir uns Gedanken machen müssen, ob wir die seltenen Erden in diesem Schrott nicht auch wiederverwenden können.

„Früher wurde ich oft gefragt, warum ich als Umweltforscher Informatik studiere. Heute ist vielen klar, wie eng diese beiden Felder zusammenhängen.” – Stefan Naumann

Gibt es in der interdisziplinären Zusammenarbeit noch Berührungsängste?

VW: Insgesamt läuft die interdisziplinäre Zusammenarbeit auf dem Gebiet der Informatik und Nachhaltigkeit schon recht gut. Das zeigen vielfältige Ansätze und Projekte, in denen das Thema aus unterschiedlichen Sichtweisen interdisziplinär bearbeitet und angegangen wird. Wir sehen heute eher noch Berührungsängste innerhalb der Informatik selbst. Viele Informatikerinnen und Informatiker sind sich der Relevanz der Softwareentwicklung für die Nachhaltigkeit – noch – nicht bewusst oder sehen die Sinnhaftigkeit von Green-Coding-Ansätzen insbesondere in der Praxis nicht, weil das von ihren Kunden auch noch nicht nachgefragt wird. Hier müssen wir Konzepte entwickeln, die unkompliziert grüne Kennzahlen in den Continous-Integration-Prozess der Softwareentwicklung einbinden.

SN: Interdisziplinäre Zusammenarbeit ist absolut notwendig, um die Herausforderungen unserer Zeit zu bewältigen. Nur durch die konstruktive Zusammenarbeit der Fachdisziplinen, das gegenseitige Lernen, den Methodentransfer und vor allem die Betrachtung eines Problems aus verschiedenen Brillen können Lösungen entstehen, die auch umsetzbar sind. Wenn Berührungsängste da sind, lassen sich diese nach meiner Erfahrung am besten durch gemeinsame Veranstaltungen, Konferenzen oder Forschungsprojekte lösen. Gerade aus Sicht der Informatik finde ich es wichtig, dass das Fachwissen auch anerkannt und genutzt wird – bisweilen kommt es vor, dass gerade im Bereich künstliche Intelligenz Korrelationen mit Kausalitäten verwechselt werden: Hier hilft die interdisziplinäre Zusammenarbeit besonders.

Haben Sie das Gefühl, dass das Bewusstsein für Nachhaltigkeit innerhalb der Informatik-Community zunimmt?

VW: In den 80er-Jahren war das Thema Nachhaltigkeit für viele in der Informatik noch weit weg. Nur wenige Universitäten und Hochschulen haben überhaupt Lehrveranstaltungen zu diesem Thema angeboten und Umweltinformatiker waren damals Exoten. Heute ist das Thema eher auf dem Weg zum Mainstream. Auch die Informatik hat erkannt, dass ihre Artefakte und genutzte Hardware deutliche Auswirkungen auf die Nachhaltigkeit haben, sei es im positiven als auch im negativen Sinne. Aus meiner Sicht besteht die Gefahr eines Reboundeffekts durch den Informatikeinsatz, der die möglichen positiven Effekte überkompensieren könnte. Kommen etwa Methoden der Künstlichen Intelligenz zum Einsatz, wird der Großteil der eingesetzten Energie nicht für die Verarbeitung der Matrixmultiplikationen selbst benötigt, sondern für den Zugriff auf die Speicherbereiche und das damit verbundene Umschreiben der zu verarbeitenden Daten. Mit zunehmender Größe der Trainingsdaten steigt allein durch das notwendige Umschreiben der Daten der Stromverbrauch exorbitant an. Insgesamt sehe ich auch an meinen Studierenden, dass das Interesse am Thema Nachhaltigkeit und Informatik in den vergangenen Jahren zugenommen hat, unter anderem auch aufgrund der Klimakrise. Allerdings ist das Thema in der Ausbildung noch unterrepräsentiert. Hier muss dringend mehr passieren, um Studierende möglichst früh auf die stofflichen und energetischen Folgen des IT-Einsatzes aufmerksam zu machen.

SN: Heutzutage muss nicht mehr begründet werden, warum Nachhaltigkeit wichtig ist, und welche Rolle die Informatik dabei spielen kann. Auch Debatten wie „Ist Streamen das neue Fliegen?“ haben dazu beigetragen. Dennoch beobachte ich gerade in der jungen Generation grob zwei Strömungen: die einen, die etwa via Fridays for Future den Planeten schützen wollen – und die anderen, die eher darauf bedacht sind, ihren Wohlstand zu bewahren. Die Aufgabe der Wissenschaft ist es, Lösungen zu finden und zu erproben, die gesellschaftliche und ökologische Nachhaltigkeit mit individuellem Wohlstand verbinden. Da gibt es noch eine Menge zu tun, und die Digitalisierung wird ihren Anteil leisten.

„Bei meinen Studierenden beobachte ich ein steigendes Interesse für Themen der Nachhaltigkeit.” – Volker Wohlgemuth

Sie sind an verschiedenen Projekten beteiligt, die sich damit befassen, wie dieses Zusammendenken von Digitalisierung und Nachhaltigkeit in der Praxis aussehen kann. Worum geht es dabei und welche Erfahrungen haben Sie bisher gemacht?

VW: Besonders relevant sind hier die Projekte „Blauer Engel für Software“ und „Green Coding“. Mit den Projekten gehen wir ein Thema an, das in der Informatik bisher wenig im Bewusstsein der Entwicklerinnen und Entwickler war: Wie kann Software konzipiert und entwickelt werden, die bei gleicher Leistungsfähigkeit weniger Energie verbraucht und die Hardware schont? Wir erforschen, welche Indikatoren und Maßnahmen dazu geeignet sind, Software effizienter und Hardware ressourcenschonender zu gestalten. Damit dies in der Praxis auch Eingang findet, muss das Thema für Entwicklerinnen und Entwickler gut aufbereitet sein. Sie brauchen das nötige Know-how, um etwa den Energieverbrauch von verwendeten Bibliotheken oder anderen Komponenten zu bewerten. Idealerweise sollten diese eine entsprechende Kennzeichnung erhalten, wie einen Blauen Engel, den man aus dem Handel kennt, oder eine Energie- oder CO2-Kennzahl. Wichtig für den Erfolg solcher Kennzeichnungen ist, dass die nächste Generation an Entwicklerinnen und Entwicklern bereits früh in ihrer Ausbildung für das Thema sensibilisiert und entsprechend geschult wird. Daher ist es auch Ziel des Projektes Green Coding, zu überlegen, in welchen Fächern eines Informatik-Curriculums die Thematik des Green Codings integriert werden könnte oder ob sogar ein eigenes Fach sinnvoll wäre.

SN: Das Projekt „Blauer Engel für Software“ hat zum Ziel, Nachhaltigkeits- und Effizienz-Kriterien für Softwareprodukte zu entwickeln. Dabei stellen wir uns Fragen aus unterschiedlichen Perspektiven: Wie viel verbraucht die Software im Betrieb? Läuft sie auch auf alter Hardware – und welche Schnittstellen, Lösungen für Energiemanagement oder Datenformate sind dafür verfügbar? So berücksichtigen wir nicht nur Energieeffizienz der Software und Hardware, sondern auch Nutzungsautonomie. Wir haben die Erfahrung gemacht, dass das Interesse an den Kriterien sehr hoch ist, auch in der Industrie. Aber die Umsetzung zur eigentlichen Zertifizierung braucht etwas Zeit.

Was können – oder müssen – wir als Informatik-Community tun, um das Thema weiterzuentwickeln?

VW: Wir müssen das Thema tiefer im Bewusstsein der Informatikerinnen und Informatiker verankern. Damit die Informatik mehr Lösung als Problem ist, müssen sie die Zusammenhänge verstehen. Hier könnte auch die GI wieder einen Beitrag leisten, indem sie Richtlinien und Empfehlungen für entsprechende Module innerhalb des Informatikstudiums entwickelt, wie sie dies bereits früher erfolgreich gemacht hat. Eine weitere wichtige Aufgabe der Informatik-Community ist die Sensibilisierung der „normalen“ IKT-Benutzerinnen und -Benutzer bezüglich ihres Online-Verhaltens. Beispielsweise kann beim Streamen von Videos schon Energie gespart werden, wenn die Autoplay-Funktion deaktiviert wird, sodass die Inhalte nicht in der höchsten Qualität geladen werden. Aber auch darüber hinaus sollten die Menschen ihre eigene Nutzung kritisch hinterfragen: Ein Video, das auf Social Media verbreitet wird, produziert gigantische Datenmengen, die transportiert, gespeichert und analysiert werden. Die globale Digitalindustrie verbraucht so viel Wasser, Rohstoffe und Energie, dass ihr ökologischer Fußabdruck dreimal so groß ist wie der von Ländern wie Frankreich oder Großbritannien. Digitale Technologien verbrauchen inzwischen ein Zehntel des weltweit erzeugten Stroms und sind für fast vier Prozent des weltweiten CO2-Ausstoßes verantwortlich – knapp doppelt so viel wie der weltweite zivile Luftverkehr. Für mich ist es Aufgabe der Informatik, das Bewusstsein dafür zu schärfen, dass auch die unreflektierte Nutzung von IKT selbst einen signifikanten Beitrag zur Klimaproblematik leistet. Wenn uns das gelingt, haben wir die Chance, durch eine effiziente Nutzung und Verwendung von IKT den Beitrag der Informatik eher in die richtige Richtung, nämlich in Richtung Reduzierung von Treibhausgasen, zu drehen– und Enabler einer nachhaltigen Entwicklung zu sein.

Dieses Interview wurde von Carolin Henze geführt und erschien zuerst in unserem Jahresbericht 2021/22. Er steht hier zum Download bereit.