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ENERGIEFRESSER INTERNET


greenup - epaper ⋅ Ausgabe 7/2019 vom 08.11.2019

Kann unser Bedürfnis, ständig online zu sein, überhaupt nachhaltig sein? Oder haben wir mit der Digitalisierung unser eigenes ökologisches Grab geschaufelt? Welche Möglichkeiten gibt es, vernetzt zu bleiben, ohne unnötig CO2 in die Atmosphäre zu feuern?


Fast viereinhalb Milliarden Menschen nutzen regelmäßig das Internet. Die wachsende Digitalisierung verspricht Freiheit von festgewachsenen Strukturen, unbegrenzte Kommunikation überall zu jeder Zeit und Fortschritt in fast allen Lebensbereichen. Doch das weltweite Netz benötigt gigantische Energieressourcen. Dabei sind Computer und Smartphones der ...
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Fast viereinhalb Milliarden Menschen nutzen regelmäßig das Internet. Die wachsende Digitalisierung verspricht Freiheit von festgewachsenen Strukturen, unbegrenzte Kommunikation überall zu jeder Zeit und Fortschritt in fast allen Lebensbereichen. Doch das weltweite Netz benötigt gigantische Energieressourcen. Dabei sind Computer und Smartphones der Einzelnutzer nur ein Teil der Infrastruktur. Die großen Verbraucher sind Datencenter und Serverfarmen, die teilweise Flächen ganzer Dörfer einnehmen. Hinzu kommen in den nächsten Jahren Millionen von Alltagsgegenständen, die sich im Internet of Things (IoT) miteinander vernetzen.
Das Internet, wie wir es kennen, würde ohne riesige Rechenzentren nicht funktionieren. Die großen Anbieter von Netzwerkdiensten wie Google, Apple und Facebook benötigen jeweils tausende von Servern, die Daten sammeln, verarbeiten, speichern und dabei 24 Stunden am Tag online sind. Lange Zeit haben sich die Betreiber wenig bis gar keine Gedanken gemacht, wie viel Energie ihre Rechenfarmen tatsächlich verbrauchen. Vor 20 Jahren wusste kaum ein ITler, wieviel Strom sein Rechenzentrum verbraucht. Um die Jahrtausendwende lag der Verbrauch von Server- und Rechenzentren in Deutschland noch bei etwa vier Terawattstunden. Schon 2008 hatte sich diese Zahl mehr als verdoppelt und war auf zehn TWh gestiegen. Erst zu dieser Zeit, als die Wirtschaftskrise der IT-Branche einen heftigen Dämpfer verpasste, begannen die Unternehmen, genauer auf ihren Stromverbrauch zu achten und Energiesparmaßnahmen zu implementieren. 2017 verbrauchten deutsche Rechenzentren ungefähr 13,3 Terawattstunden Strom. Das sind laut Borderstep Institut etwa zwei Prozent des gesamten nationalen Stromverbrauchs. Die gesamte Netzwerkinfrastruktur in Deutschland kostet Schätzungen zufolge 55 Terawattstunden im Jahr, was der Stromproduktion von etwa 10 Kraftwerken entspricht. In den Vereinigten Staaten liegen die Zahlen um ein Vielfaches höher. Eine Großstudie des Berkeley Labs, einer dem amerikanischen Energieministerium zugehörigen Forschungseinrichtung, ermittelte 2016, dass allein US-Serverfarmen im Jahr 2014 etwa 70 Terawattstunden verbrauchten. Zwischen 2005 und 2010 stieg der digitale Energieverbrauch um 24 Prozent, in den Boomjahren 2000 bis 2005 waren es sogar 90 Prozent Steigerung. In der näheren Zukunft soll die Kurve nicht mehr ganz so steil nach oben gehen, es werden vier Prozent Energiezuwachs erwartet. Im Jahr 2020 würden US-Datenzentren demnach 73 Terawattstunden verbrennen – etwa zwei Prozent des gesamten Stromverbrauchs der USA. Insgesamt soll der Anteil des Internets am weltweiten Stromverbrauch inzwischen bei über zehn Prozent liegen. 2012 waren es noch ungefähr acht Prozent.

© iStockphoto.com/metamorworks

ENERGIESPARMASSNAHMEN FÜR SERVERFARMEN

Zwar klingen diese Zahlen enorm, aber der technische Fortschritt der letzten Jahre, gemeinsam mit den wirtschaftlichen Bedenken der Tech-Konzerne, hat viel dafür getan, dass der Verbrauch von Großrechnern nicht explodiert ist. So wird heutzutage bei der Entwicklung neuer Server und beim Aufbau von Farmen wesentlich mehr auf verbesserte Klimatisierung und Kühlung geachtet – ein wichtiger Faktor, da unnötig ausgestoßene Hitze einer Energieverschwendung gleichkommt. Mit Hilfe von Abwärmenutzung kann von Servern abgegebene Hitze in den Energiekreislauf rückgeführt werden. Auf der Softwareseite sorgt die Programmiertechnologie der Server-Virtualisierung dafür, dass ein einzelner Rechner eine Vielzahl an Servern unter eine Haube bringen kann. So werden insgesamt weniger Geräte gebraucht. Insgesamt verringern sich bei der Zusammenlegung von Rechnern zu Farmen die Betriebs-, Personal- und Wartungskosten – alles Faktoren, die Energie einsparen.

TECH-KONZERNE SETZEN AUF GRÜNE EFFIZIENZ

Sogenannte Green IT, also möglichst ressourcenschonende Informationstechnologie, ist im letzten Jahrzehnt von einem Randthema zu einem für IT-Unternehmen unverzichtbaren Faktor geworden, um die gewaltigen Ansprüche unserer Gesellschaft zu befriedigen. Die meisten großen Player liefern sich inzwischen einen öff entlichen Wettstreit darum, wer seine Datenzentren am energieeffizientesten laufen lässt. Die Motivation dazu ist in erster Linie wirtschaftlich, die planetare Atmosphäre dankt es trotzdem. Der Wert, mit dem die Rechnerbetreiber ihren Energieeinsatz messen, nennt sich PUE, was für Power Usage Eff ectiveness, also Stromverbrauchseff ektivität steht. Der PUE-Wert beziff ert das Verhältnis zwischen der Energiemenge, die in das Rechenzentrum fließt und der Menge, die eff ektiv von den Geräten verarbeitet wird. Fließen also 1.000 kWh an Stromenergie in das Zentrum, aber nur 500 kWh werden von den Servern tatsächlich zum Rechnen benötigt, bedeutet das, dass die Hälfte der Energie – zum Großteil in Form abgegebener Hitze – verschwendet wird. Der PUEWert beträgt dann 2. Das Idealziel ist ein Wert von 1, hierbei wäre der Gesamtenergieaufwand gleich der Energieverarbeitung der Rechner und die Verschwendung läge bei 0. Ein Wert von 3 gilt als extrem ineffizient. Der Durchschnittswert in Deutschland liegt laut Datacenter-Insider derzeit bei etwa 1,8. Dabei muss betont werden, dass der PUE-Wert eben nur die Eff ektivität beziff ert und nichts über die schlussendlich verbrauchten Energiemengen aussagt.

1 Schätzungen zufolge könnten Datencenter bis 2025 bis zu 20 Prozent des weltweiten Stroms verbrauchen und für 5,5 Prozent der CO2-Emissionen verantwortlich sein2 Pro Sekunde verzeichnet Google derzeit ca. 78.000 Anfragen. Laut eigenen Angaben kostet eine einzige davon etwa 0,0003 kWh. Hochgerechnet benötigen die gesammelten Google-Suchen sekündlich mehr Strom als eine vierköpfige deutsche Familie an zwei Tagen3 Im mit Wasserkraft betriebenen und gekühlten Lefdal-Datencenter in Norwegen kann Elektronik mit einem Stromverbrauch von bis zu 200 Megawatt betrieben werden4 In riesigen ausgedienten Bergwerkstollen, wie hier in der Lefdal-Mine, können Großrechner nicht nur energiearm gelagert, sondern auch vor äußeren Gefahren wie elektromagnetischen (EMP) Attacken geschützt werden

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© Michail/AdobeStock

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© Twin Design/Shutterstock.com

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© Lefdal Mine Datacenter

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© Lefdal Mine Datacenter

TELEKOM BEMÜHT SICH UM NACHHALTIGKEIT

Als einer der größten Telekommunikationsanbieter wirbt die Deutsche Telekom damit, sich so gut wie möglich für Klima- und Umweltschutz einzusetzen. Laut eigenen Angaben konnte der Konzern zwischen 2008 und 2016 seinen CO2-Ausstoß um fünf Prozent senken. Der durchschnittliche PUE-Wert sank in dieser Zeit von 1,85 auf 1,54. Als Ursache für die Effizienzsteigerung gibt die Telekom die Konsolidierung von Rechenzentren und die Überführung älterer Technologien in neuere, effizientere an. Bis 2020 will die Telekom in Deutschland ihre Emissionen im Vergleich zu 2008 um 20 Prozent senken. Zu der Erhöhung der Servereffizienz kommen moderne Gebäudetechnologien und der Ersatz von Geschäftsreisen durch Videokonferenzen zur Energieeinsparung. Die Deutsche Telekom AG wurde im letzten Jahr von der Stiftung Deutscher Nachhaltigkeitspreis e.V. für ihre Bemühungen ausgezeichnet und darf sich Deutschlands nachhaltigstes Großunternehmen 2018 nennen.

GOOGLE – DER GRÜNE RIESE?

Google ist weltweit die größte Quelle für Informationen und einer der wichtigsten Dienstleister im Netz. Das Unternehmen ist sich seines enormen Energieverbrauchs durchaus bewusst. 2011 legte der Konzern erstmals Zahlen dazu vor. Etwa 2,8 Terawattstunden an Elektrizität verbrauchte das gesamte Unternehmen mit allen Diensten damals, soviel wie 200.000 Haushalte. Seitdem hat sich Googles Verbrauch nahezu verdreifacht, 2017 betrug dieser schon über acht Terawattstunden. Um den Verbrauch möglichst niedrig zu halten, verwendet der Konzern speziell auf hohe aber sparsame Leistung entwickelte Server mit smarten Temperatursensoren, neueste Kühlungsmethoden undmachine learning . In seinem Umweltbericht von 2018 wirbt der Internetriese damit, dass er bereits seit einem Jahrzehnt CO2-neutral sei und im Jahr 2017 so viel erneuerbare Energien erworben habe, dass er damit den gesamten globalen Verbrauch seines Betriebes decken könne. Den PUE-Wert seiner Rechenzentren gibt Google für 2017 mit 1,11 an.


GOOGLE BAUT EIGENE EFFIZIENTE DATENCENTER


RÜCKZUG IN DIE KÄLTE

Die dezentrale Natur des Internets macht es möglich, dass sich Betreiber von Servern und Datencentern im Grunde aussuchen können, wo auf der Welt sie ihre Rechner laufen lassen. Die Problematik der verschwendeten Wärmeenergien von Server-Ansammlungen führt dazu, dass immer mehr Serverfarmen an Orten entstehen, die kühl sind und an denen der Strom auf möglichst erneuerbare Weise gewonnen wird, wie Island, Skandinavien und der Schweiz. Besonders Miner von Kryptowährungen wie Bitcoin, die für das Schürfen von virtuellem Gold große Mengen an Rechenpower und riesige Farmen von Spezialrechnern benötigen, zieht es in diese Gefilde.
Ein eindrucksvolles Beispiel, wie kühle Berge und klare Seen zur Kulisse für digitale Infrastrukturen werden können, ist die Lefdal-Mine in Norwegen. Hier wurde im letzten Jahrhundert noch Olivin-Gestein für die Stahlindustrie abgebaut. Die natürlichen Steinvorkommen sind schon lange abgebaut und die Bergstollen beherbergen nun digitale Ressourcen. Über 1.500 Container in LKW-Größe stehen hier in den riesigen Tunneln, die bis zu 500 Meter in den Berg hinein und 160 Meter tief reichen – Der Platz hier ist noch lange nicht ausgeschöpft. In den Containern lassen Kryptominer ihre speziellen Schürfrechner, die ASICs, rattern und andere Großkunden wie Banken und Konzerne betreiben hier ihre Serverfarmen. Bombensicher und geschützt von äußeren Einflüssen.
Norwegen erhält etwa 95 Prozent seines Stromes aus Hydrokraft. Tausende von kleinen Wasserfällen in den Fjorden sorgen dafür, dass die Energie buchstäblich von oben herabfällt. Hinzu kommt, dass das Wasser nicht nur die Turbinen antreibt, sondern auch für niedrige Temperaturen sorgt. Die Minenbetreiber haben hier ein cleveres Kühlungssystem installiert, bei dem das acht Grad kalte Wasser durch Rohrleitungen fließt und die Maschinen kühlt. Dabei garantieren sie einen PUE-Wert von 1,15 und einen Betrieb ohne CO2-Ausstöße.

DIE CLOUD: STROM SPAREN MIT DER ELEKTRONISCHEN WOLKENFRONT?

Google, Amazon, die Telekom und viele andere große Internetdienstleister bieten in der einen oder anderen Form Cloud Services an. Hierbei nehmen Nutzer digitale Dienste in Anspruch, die von den Serverfarmen der Anbieter erledigt werden. Häufig wird dabei an Speicherplatz-Dienstleistungen gedacht, bei denen Privatnutzer und Firmen ihre Daten auf fremden Festplatten auslagern und bei Verlangen auf sie zugreifen können. Aber die Funktionen von Cloud Computing sind sehr viel umfangreicher. Software, IT-Plattformen und Infrastrukturen ganzer Industriezweige werden inzwischen über Cloud Services geregelt. Immer mehr im Kommen sind KI-Anwendungen über die Cloud, bei denen ferngesteuerte künstliche Intelligenzen Aufgaben für Kunden rund um den Globus erledigen. Hinter diesem luftigen Begriff stecken also ziemlich große Mengen an erdgebundenen Maschinen, die enorme Rechenleistungen vollbringen und dabei rund um die Uhr Energie verbrauchen. Cloud Computing ist die Technologie, die am meisten zum Wachstum von Serverfarmen beiträgt. 13 Milliarden US-Dollar investiert allein Google in 2019 in die Errichtung neuer Cloud-Computing Datencenter.
Das alles klingt nach gewaltigen Energiekosten, aber viele Brancheninsider sind überzeugt, dass der Umzug „in die Cloud“ langfristig Strom einspart. Denn hochgerechnet verbraucht ein riesiges Datencenter weniger Energie als mehrere kleine mit den gleichen Rechenleistungen. Besonders Google legt viel Wert darauf zu betonen, dass gerade Unternehmen, die ihre Logistikoperationen in einer energieoptimierten Serverfarm erledigen lassen, keine eigenen Großrechner brauchen und so ihren CO2- Fußabruck deutlich senken können.

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© pathoc/AdobeStock

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1 Moderne Smartphones sind verhältnismäßig stromsparend. Sie verbrauchen beim Aufladen etwa 2-6 Watt. Nach einem Jahr normalen Gebrauchs hat ein Smartphone nicht mal einen Euro an Stromkosten produziert
2 Auch wenn gigantische Serverfarmen die stärksten Stromverbraucher im Internet sind, sollten Unternehmen in die Cloud ziehen, da die Anbieter im großen Maßstab daran arbeiten, so energieeffizient wie möglich zu arbeiten
3 CO2-Quelle Streaming: Im letzten Jahr haben Online-Videos 300 Millionen Tonnen Kohlendioxid produziert, so viel wie ganz Spanien

DER TRAUM VON NACHHALTIGER DIGITALISIERUNG

Das Internet ist eine Technologie, die wie jedes andere Werkzeug für gesundes Zusammenleben und die Verbesserung der Welt oder für egoistische und zerstörerische Ziele eingesetzt werden kann. Es sollte keine Frage sein, dass die globale Vernetzung der Menschen und der allgegenwärtige Zugriff auf das gesamte Menschheits- und Forschungswissen sehr positive Dinge sind. Fake News und taube Ohren, die den Öko-Warnungen der Forscher entgegenschlagen sind zwar frustrierend, aber auch Zeichen für einen globalen – und schwierigen – Wandel hin zu einem veränderten Bewusstsein für ein besseres natürliches Gleichgewicht. Das ist auch der grenzenlosen digitalen Kommunikation zu verdanken.
Genau wie Flugzeuge machen die Maschinen hinter dem Internet es möglich, dass jeder auf der Welt seinen Horizont damit erweitern kann. Genauso aber stehen damit die Türen für sinnlosen Konsum und massenhafte Ressourcenverschwendung off en. Das Internet lässt uns global kommunizieren und bürokratische Notwendigkeiten erledigen, ohne fossile Brennstoff e im Verkehr zu verbrennen oder Papier zu verbrauchen. Künstliche Intelligenzen können Haushaltsgeräten über das IoT sagen, wie sie am effizientesten Energie sparen. Smart Grids dezentralisieren die Stromnetze, sodass jeder seine persönlich gespeicherte Energie verkaufen kann.* Mit der Technologie der digitalen Vernetzung werden aber auch materielle Güter wie chinesische Plastikspielzeuge für Erwachsene millionenfach hin- und hergeschiff t und von überforderten Paketboten durch den Berufsverkehr gefahren.


INTERNET FÖRDERT SPARSAMKEIT UND KONSUM


WAS IST ZU TUN?

Um dem Bedarf der wachsenden digitalen Infrastrukturen Einhalt zu gebieten, muss mehr geschehen als Datencenter zu optimieren. Aktivisten im digitalökologischen Bereich, wie der Autor Tilman Santarius, fordern, dass Energie teurer werden muss und dass dem ungebändigten Datenhunger von Konzernen wie Facebook und Co. Riegel vorgeschoben werden müssen. Darüber hinaus muss mehr dafür getan werden, dass Vorteile der Digitalisierung wie die Automatisierung, auch als solche wirken und den Menschen nicht den Grunderhalt nehmen. Verringerte Arbeitszeiten würden mehr Freiräume für Arbeitnehmer bringen und den Unternehmen helfen, Energie zu sparen.
Neben den Maßnahmen auf politischer Ebene, kann auch jeder Einzelne seinen Beitrag leisten. Beim Kauf neuer elektrischer Geräte ist es immer gut auf den Energieverbrauch zu achten. Die sparsame Nutzung von Laptop und Smartphone hilft außerdem der Stromrechnung und dem Wohlbefinden. Wer selber ein ökologisches Bewusstsein entwickelt hat, sollte dies nach außen tragen. So kann man sich am Arbeitsplatz für Energiesparmaßnahmen einsetzen und auch im sozialen Umfeld auf unnötigen Konsum und Verschwendung aufmerksam machen – nur durch Anstrengungen auf individueller und politischer Ebene kann die „smarte“ Welt auch grün sein.

* Mehr zum Thema auf unseremBLOG untergreenup-magazin.de

DEFINITION: KILOWATTSTUNDE (kWh)

Der kontinuierliche Verbrauch von Strom wird in Kilowattstunden gemessen. Diese Einheit bezeichnet die Menge an Energie, die bei einer Leistung von einem Kilowatt innerhalb einer Stunde umgesetzt wird. Eine 60-Watt-Glühlampe kann mit einer Kilowattstunde 17 Stunden Licht erzeugen, ein Desktop-PC kann mit demselben Energieverbrauch zehn Stunden laufen. Eine Terawattstunde bezeichnet tausend Gigawattstunden oder eine Milliarde Kilowattstunden.