Informatik als Teil der Ursache und Teil der Lösung von Umweltproblemen

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1 Wie grün ist IT? Informatik als Teil der Ursache und Teil der Lösung von Umweltproblemen Lorenz Hilty Gemeinsame Forschungsgruppe Informatik und Nachhaltigkeit der Empa und der Universität Zürich 1 Lorenz Hilty: Wie grün ist IT?

2 Überblick Steigender Energieverbrauch trotz Koomey s Law? Steigender Materialverbrauch trotz Moore s Law? Grün durch IT? Umwelt entlasten, wo es viel bringt 2 Lorenz Hilty: Wie grün ist IT?

3 Überblick Steigender Energieverbrauch trotz Koomey s Law? Steigender Materialverbrauch trotz Moore s Law? Grün durch IT? Umwelt entlasten, wo es viel bringt Teil I: Steigender Energieverbrauch trotz Koomey s Law? 3 Lorenz Hilty: Wie grün ist IT?

4 Koomey s Law Die Anzahl der Rechenoperationen pro kwh hat sich von 1946 bis 2009 alle 1.57 Jahre verdoppelt. Quelle: Koomey et al. (2011) 4 Lorenz Hilty: Wie grün ist IT?

5 Beispiel für den Fortschritt der Energieeffizienz der IT 1976 Cray 1A Supercomputer 2012 Intel Core i7 3960X 160 MIPS / 115 Kilowatt 5.5 Tonnen US-$ MIPS / 130 Watt 45 Gramm 990 US-$ 5 Lorenz Hilty: Wie grün ist IT?

6 Energieverbrauch des Internet Welche dieser Zahlen charakterisiert den mittleren direkten Energieaufwand für die Übertragung von 1 Gigabyte Daten über das Internet am besten? A: kwh / GB B: 7.0 kwh / GB C: 1.8 kwh / GB D: 0.2 kwh / GB Bildquelle: The Opte Project (2003) 6 Lorenz Hilty: Wie grün ist IT?

7 Energieverbrauch des Internet: unterschiedliche Antworten (Coroama et al. 2013) Die Unterschiede sind erklärbar durch unterschiedliche Erhebungsmethoden, Systemgrenzen, und Bezugsjahre (ca. -30%/Jahr). Quelle: eigene Berechnungen auf Basis der in der Tabelle angegebenen Quellen 7 Lorenz Hilty: Wie grün ist IT?

8 Energieverbrauch des Internet: Gesamtschätzung 2012 Basis: Mittlere Energieintensität der Datenübetragung durch das Internet im Jahr 2012: 0.2 kwh/gb * (0.7) 3 = kwh/gb (30% Abnahme pro Jahr) PB/m GWh/m GWh/a Web, , and data Internet video File sharing Online gaming Total consumer Internet traffic Total business Internet traffic Total Internet traffic Diese Abschätzung berücksichtigt nicht den zusätzlichen Energieaufwand, der durch mobilen Internet-Zugang in den Mobilfunknetzen entsteht. Quelle: eigene Berechnungen auf Basis von Cisco VNI (2013) und Coroama et al. (2013) 8 Lorenz Hilty: Wie grün ist IT?

9 Entwicklung des IT-Stromverbrauchs in Deutschland Prognose bis 2020 Quelle: Enquete-Kommission Internet und digitale Gesellschaft des Deutschen Bundestages (2012, S. 78) 9 Lorenz Hilty: Wie grün ist IT?

10 Entwicklung des IT-Stromverbrauchs in Japan Prognose bis 2025 Quelle: METI (2008) 10 Lorenz Hilty: Wie grün ist IT?

11 Zwischenfazit 1. Die IT macht regelmässig riesige Fortschritte in Energieeffizienz. 2. Die Nachfrage nach IT-Leistungen und die tatsächlich bereitgestellten Kapazitäten führen regelmässig dazu, dass die theoretisch möglichen Energieeinsparungen durch weiteres Wachstum überkompensiert werden. (Rebound-Effekt, Jevons Paradox) 11 Lorenz Hilty: Wie grün ist IT?

12 Überblick Steigender Energieverbrauch trotz Koomey s Law? Steigender Materialverbrauch trotz Moore s Law? Grün durch IT? Umwelt entlasten, wo es viel bringt Teil II: Steigender Materialverbrauch trotz Moore s Law? 12 Lorenz Hilty: Wie grün ist IT?

13 Moore s Law macht die Hardware materialeffizienter Intel Transistoren Intel CORE i7 3960X 2,27 Milliarden Transistoren 13 Lorenz Hilty: Wie grün ist IT?

14 Die Hardware nutzt immer mehr chemische Elemente Beispiel Mobiltelefon: Quelle: Wäger et al. (2010) 14 Lorenz Hilty: Wie grün ist IT?

15 Globale Recyclingquoten industriell verwendeter Elemente Quelle: SATW (2010) Quelle: UNEP (2011), Darstellu 15 Lorenz Hilty: Wie grün ist IT?

16 Anteil der seit 1978 geförderten Mengen an Gesamtmenge 16 Lorenz Hilty: Wie grün ist IT?

17 IT als Treiber der Nachfrage nach seltenen Metallen "The ICT sector is the main driver of demand for metals such as cadmium, gallium and tantalum. Extraction and mining of these commodities, largely in developing countries, is known to involve poor working conditions and to create serious health [ ] concerns." Source: OECD, Lorenz Hilty: Wie grün ist IT?

18 Informelles Recycling von E-Waste Die mit einfachen Mitteln zugänglichen Wertstoffe wie Gold und Kupfer werden in den Hinterhöfen aller ärmeren Weltregionen aus dem Elektronikschrott zurückgewonnen, mit schweren Konsequenzen für Gesundheit und Umwelt (Grundwasser und Böden werden u.a. mit Dioxinen und Schwermetallen belastet). Die Konzentration von Gold in E-Waste ist höher als in einer durchschnittlichen Goldmine. 18 Lorenz Hilty: Wie grün ist IT?

19 Guiyu, China Source: Empa 19 Lorenz Hilty: Wie grün ist IT? Source: Empa

20 Delhi, Indien Recycling Source: Empa Source: Empa 20 Lorenz Hilty: Wie grün ist IT? Source: Empa Source: Empa 20

21 Zwischenfazit 1. Es gibt in der IT trotz riesiger Fortschritte in der Materialeffizienz ein Materialproblem: Die grossen ökologischen und sozialen Rucksäcke einiger seltener Metalle. 2. Wir sind weit von der Schliessung der Stoffkreisläufe für wichtige Stoffe entfernt. Dies erfordert globale Anstrengungen. 3. IT kann nur grün sein, wenn der gesamte Lebenszyklus der Hardware betrachtet wird. nächste Folie 21 Lorenz Hilty: Wie grün ist IT?

22 Lebenszyklus-Perspektive Nutzen Rohstoffe Hilfsstoffe Betriebsstoff e Emissione n IT- Produktion IT-Nutzung IT- Entsorgung Emissionen Sekundär- Rohstoffe Abfall Energie Energie Energie 22 Lorenz Hilty: Wie grün ist IT?

23 Überblick Steigender Energieverbrauch trotz Koomey s Law? Steigender Materialverbrauch trotz Moore s Law? Grün durch IT? Umwelt entlasten, wo es viel bringt Teil III: Grün durch IT? Umwelt entlasten, wo es viel bringt 23 Lorenz Hilty: Wie grün ist IT?

24 Energieverbrauch in der Schweiz 24 Lorenz Hilty: Wie grün ist IT?

25 Potenziale der Umweltentlastung durch IT-Anwendungen Die Simulationsstudie für die EU identifiziert Building Management (primär intelligentes Heizen und Kühlen) als IT-Anwendung mit dem höchsten Einsparpotenzial (-6% der gesamten CO 2 e-emissionen). Quelle: Erdmann und Hilty (2010) 25 Lorenz Hilty: Wie grün ist IT?

26 Elektronische Medien beeinflussen den Energieverbrauch Fussballspiel England Portugal Donnerstag 24. Juni Lorenz Hilty: Wie grün ist IT?

27 27 Lorenz Hilty: Wie grün ist IT?

28 Fazit 1. Die IT kann Energieverbrauch in einem Umfang beeinflussen, der den eigenen Verbrauch weit übersteigt. 2. Dies kann systematisch genutzt werden, um z.b. Raumwärme in Gebäuden intelligenter zu managen. 3. Internet-Plattformen für soziale Netze könnten vermehrt genutzt werden, um privaten Stromverbrauch und andere umweltrelevante Prozesse auf neue Art zu organisieren. 28 Lorenz Hilty: Wie grün ist IT?

29 Referenzen Baliga, J., K. Hinton, and R. S. Tucker (2007): Energy Consumption of the Internet. Paper presented at Joint International Conferences on Optical Internet, and the 32nd Australian Conference on Optical Fibre Technology, COIN- ACOFT, June, Melbourne, VIC, Australia. Baliga, J., R. Ayre, K. Hinton, W. V. Sorin, and R. S. Tucker (2009): Energy Consumption in Optical IP Networks. Journal of Lightwave Technology 27(13): Cisco VNI (2013): Cisco Visual Networking Index: Forecast and Methodology Coroama, V.; Hilty, L. M.; Heiri, E.; Horn, F. (2013): The Direct Energy Demand of Internet Data Flows. Journal of Industrial Ecology (in press) Coroama, V. C.; Hilty, L. M.; Birtel, M. (2011): Effects of Internet-Based Multiple-Site Conferences on Greenhouse Gas Emissions. Telematics and Informatics , Erdmann, L.; Hilty, L. M. (2010): Scenario Analysis: Exploring the Macroeconomic Impacts of Information and Communication Technologies on Greenhouse Gas Emissions. Journal of Industrial Ecology 14 (5), Enquete-Kommission Internet und digitale Gesellschaft des Deutschen Bundestages (2012): Gutachten zum Thema Green IT Nachhaltigkeit, vorgelegt von Borderstep-Institut und IZT, Berlin, Ausschussdrucksache 17(24)058, 2012 Hilty, L. M. (2008): Information Technology and Sustainability - Essays on the Relationship between Information Technology and Sustainable Development. Norderstedt: Books on Demand. Hilty, L. M. and T. Ruddy (2010): Sustainable Development and ICT Interpreted in a Natural Science Context: the Resulting Research Questions for the Social Sciences. Information, Communication & Society 13(1): 7-22 Koomey, J., Berard, S., Sanchez, M., and Wong, H. (2011): Implications of Historical Trends in the Electrical Efficiency of Computing Annals of the History of Computing, IEEE, March 2011, Volume: 33 (3), pp Lanzisera, S., B. Nordman, and R. E. Brown. (2012): Data network equipment energy use and savings potential in buildings. Energy Efficiency 5(2): Lorenz Hilty: Wie grün ist IT?

30 Ministry of Economics, Trade and Industry (2008): Green IT Initiative in Japan OcCC (2007): Pressedokumentation "Klimaänderung und die Schweiz [abgerufen am ] Taylor, C. and J. Koomey (2008): Estimating Energy Use and Greenhouse Gas Emissions of Internet Advertising. IMC2. The Opte Project (2003): [abgerufen am ] UNEP (2011): Recycling rates of metals - a status report. A report of the Working Group on the Global Flows to the International Resource Panel. Graedel, T.E.; Allwood, J., Birat; J.-P., Reck B.K.; Sibley, S.F.; Sonnemann, G.; Buchert, M.; Hagelüken, C. Wäger, P., Lang, D., Bleischwitz, R., Hagelüken, C., Meissner, S., Reller, A. and Wittmer, D. (2010): Rare metals Raw materials for technologies of the future, SATW, Swiss Academy of Engineering Sciences. Weber, C. L., J. G. Koomey, and H. S. Matthews (2010): The Energy and Climate Change Implications of Different Music Delivery Methods. Journal of Industrial Ecology 14(5): Lorenz Hilty: Wie grün ist IT?