Steigert das Product-Service System Cloud-Computing die Ökoeffizienz?

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1 Steigert das Product-Service System Cloud-Computing die Ökoeffizienz? Ableitung und Anwendung generischer Mechanismen von Product-Service Systemen (PSS) auf Cloud-Computing Services. Konzeptionelle Analyse der Auswirkungen des Einsatzes von Cloud- Computing auf die Ökoeffizienz in Unternehmen im Vergleich zu herkömmlichen IT-Systemen mit Nennung exemplarischer Fallbeispiele. Klaus Froböse November 2012

2 Klaus Froböse, All rights reserved. No part of this publication may be reproduced, stored in a retrieval system or transmitted in any form or by any means: electronic, electrostatic magnetic tapes, photocopying, recording or otherwise, without the permission in writing from the copyright holders. Centre for Sustainability Management (CSM) Leuphana University of Lueneburg Scharnhorststr. 1 D Lueneburg Centrum für Nachhaltigkeitsmanagement (CNM) Leuphana Universität Lüneburg Scharnhorststr. 1 D Lüneburg Tel Fax csm@uni.leuphana.de ISBN

3 KURZZUSAMMENFASSUNG III KURZZUSAMMENFASSUNG Die Einführung von Product-Service Systemen (PSS) als Alternative zu einer reinen Produktnutzung verspricht eine deutliche Steigerung der Ökoeffizienz und einen Beitrag zur Nachhaltigkeit der Gesellschaft und von Unternehmen. Diese Arbeit wendet generische Mechanismen der PSS-Wissenschaft auf Cloud-Computing- Angebote an und vergleicht diese mit IT-Leistungen herkömmlicher On Premise Rechenzentren. Mit exemplarischen Beispielen werden die angewandten Mechanismen auf ihre Auswirkungen hin überprüft. Als Ergebnis dieser Untersuchung ist festzustellen, dass IT-Hardware aufgrund der spezifischen Anforderungen von Cloud-Service-Anbietern zunehmend energieeffizienter wird. Auch werden die Produkte, in diesem Fall die IT-Hardware, ökoeffizienter genutzt. Der Auslastungsgrad eingesetzter IT-Hardware erhöht sich deutlich durch Virtualisierung, Overbooking und professionelles Systemmanagement. Dank Softwarereengineering ist bei gleicher Leistung ein geringerer Energieverbrauch möglich. Das PSS-Cloud-Computing ermöglicht es zudem, Hardware länger zu nutzen und sie später Kreislaufsystemen effektiver zuzuführen. Große Rechenzentren an geeigneten Orten reduzieren den Leistungsbedarf an Kühlung und können regenerative Stromquellen vor Ort nutzen. Negative ökologische Effekte hingegen entstehen durch die zusätzliche Nutzung von breitbandigen Datendiensten. Die Arbeit bestätigt, dass sowohl generische PSS-Mechanismen auf die Anwendung Cloud- Computing anzuwenden sind, wie auch die These, dass PSS-Systeme eine Steigerung der Ökoeffizienz um einen Faktor 4 10 ermöglichen. Zudem zeigt dieser Anwendungsfall, wie effektiv eine Ökoeffizienzbetrachtung die Interessen der Ökonomie und der Ökologie im gleichen Maße befördern kann.

4 IV ABSTRACT ABSTRACT The introduction of product-service systems (PSS) as an alternative to pure usage of a product promises a significant increase of eco-efficiency and a contribution to sustainability by society and corporations. This thesis applies generic mechanisms of PSS science to cloud computing services and compares them with IT services of conventional on-premise data centers. The applied mechanisms are checked for their effects using examples. From the analysis it became apparent that due to the specific requirements of cloud service providers, IT hardware is becoming increasingly energy efficient. The products, in this case the IT hardware, are also being used more ecologically efficiently. The rate of utilization of IT hardware is significantly increased by virtualization, overbooking and professional systems management. Software engineering enables lower energy consumption with no performance loss. In addition, PSS cloud computing enables hardware to stay in use for longer and be introduced into circulatory systems more effectively later. Large data centers at suitable locations have a reduced need for energy consumption for cooling and are able to make use of renewable energy sources on-site. However, negative ecological impacts occur from increased usage of broadband data services. The thesis confirms that generic PSS mechanisms can be applied to cloud computing, as well as the theory that PSS systems allow an increase of eco-efficiency by a factor of four to ten. The application also shows how an eco-efficiency perspective can advance economical and ecological causes equally.

5 INHALTSVERZEICHNIS V INHALTSVERZEICHNIS Kurzzusammenfassung...III Abstract... IV Inhaltsverzeichnis... V Abbildungsverzeichnis... VII Tabellenverzeichnis... VII Abkürzungsverzeichnis... VIII 1 Einleitung Theoretischer Bezugsrahmen Ökoeffizienzsteigerung im Rahmen von Nachhaltigkeit durch Innovationen Innovation zur Steigerung der Ökoeffizienz Product-Service Systeme (PSS) im geschäftlichen Umfeld Ausprägungsformen von Product-Service-Systemen PSS vor dem Hintergrund von Ökoeffizienz und Innovationen Bedeutung der Informations- und Kommunikationstechnologie (ICT) für PSS Allgemeine Mechanismen zur Effizienzsteigerung durch PSS Cloud-Computing vor dem Hintergrund der Nachhaltigkeit Cloud Architektur und Abgrenzung zur Virtualisierung Cloud-Computing vor dem Hintergrund PSS Segmentierung und Anwendungsfelder von Cloud-Computing Cloud-Computing Leistungsangebote Cloud-Computing Nutzungsrahmen Einordnung von Cloud-Computing in PSS Ausprägungsformen Anwendung generischer PSS-Mechanismen auf... Cloud-Computing-Anwendungen Effizienz steigernde Gestaltung und Produktion von Produkten Effizientere Produktangebote für Cloud-Anbieter Optimierung der Verbräuche von Prozessoren Effizienz steigernde Effekte durch geänderte Einsatzszenarien von Produkten Server-, Energie-Monitoring und Systemmanagement Virtualisierung...28

6 VI INHALTSVERZEICHNIS Overbooking Power Usage Effectiveness (PUE) Stromversorgung Softwareengineering Skaleneffekte in der Nutzungsphase Effizienz steigernde Effekte durch die Optimierung von Kreisläufen Verlängerung der Nutzung von Hardware Aufbau von Materialflüssen Negative Aspekte durch die Nutzung von Cloud-Computing-Angeboten Ökoeffizienzmessung für Computing-Leistungen Wertschöpfung Schadschöpfung Ansatz zur Berechnung von Ökoeffizienz für Computing-Leistungen Ergebnisse und Disskussion Anwendung der generischen Mechanismen von PSS Berechnung eines Ökoeffizienz-Wertes Zwischenfazit Handlungsempfehlung für Unternehmen Gesamtfazit...53 Literaturverzeichnis... IX Anhang... XV

7 ABBILDUNGSVERZEICHNIS VII ABBILDUNGSVERZEICHNIS Abbildung 1: Entwicklung auf dem Weg zur Nachhaltigkeit... 4 Abbildung 2: Berechnung einer Ökoeffizienz... 4 Abbildung 3: Aggregation der einzelnen Umweltkategorien in der Ökoeffizienz-Analyse.. 6 Abbildung 4: Entstehungspfade von Nachhaltigkeitsinnovationen... 8 Abbildung 5: Acht Typen von PSS...10 Abbildung 6: Product-Service Innovationen und bestimmende Faktoren der Ökoeffizien 11 Abbildung 7: Reshaping IT...17 Abbildung 8: Vergleichende Systemdarstellung On Premise gegenüber einer... öffentlich zugänglichen Cloud-Infrastruktur...18 Abbildung 9: Cloud-Taxonomie...20 Abbildung 10: Systemdarstellung des Cloud-Dienstes des Anbieters Fujitsu...21 Abbildung 11: Bereitstellungsoptionen und Zahlungsformen...22 Abbildung 12: Darstellung der Beziehung Serverauslastung und Stromverbrauch...27 Abbildung 13: CO 2 Emissionen im Life Cycle eines Servers der Marke Fujitsu... (Typ TX 300) bei 5 Jahren Nutzung, 30% Durchschnittslast und im... deutschen Energiemix...32 Abbildung 14: CO 2 Emission bei Applikationsnutzung verglichen "On Premise" vs.... Cloud-basierendem Betrieb...35 Abbildung 15: Materialbestand IT in deutschen Rechenzentren nach Stoffgruppen...37 Abbildung 16: Veränderter Umgang mit Rohstoffen durch Anbieter von IT-Equipment...39 Abbildung 17: Vorschlag zur praxisgerechten Ermittlung eines Ökoeffizienzwertes...44 Abbildung 18: Zusammenfassende Darstellung der generischen Ökoeffizienzeffekte... durch Cloud-Computing...46 TABELLENVERZEICHNIS Tabelle 1: In der PSS-Literatur genannte Effizienzkriterien...13 Tabelle 2: Anwendungsbeispiel aufbauend auf Beispielen von Insight Inc....29

8 VIII ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS Abk. ADV BCSD BtoB BDSG CAPEX CDU CPU CRM CSR EU GAMES GB IaaS ICT IBM IPSS LCA M2M OPEX PaaS PUE PSS RAM SaaS SLA SLW UCS USV TB TPC VPN WBCSD CSM Abkürzungsverzeichnis Auftragsdatenverarbeitung Business Council for Sustainable Development Business to Business - Geschäftsbeziehungen zwischen Unternehmen Bundesdatenschutzgesetz CAPital EXpenditure Christlich Demokratische Union Central Processing Unit Customer Relation Management Corporate Social Responsibility Europäische Union Green Active Management for Energy in IT Service Centres GigaByte Infrastructure as a Service Information and communication technology International Business Machines Corporation Industrial Product-Service System Life Cycle Assessment Machine to Machine Operational expenditur Plattform as a Service Power Usage Effectiveness Product-Service System Random-Access-Memory Software as a Service Service Level Agreement Service-Leistungswert Unified Computing System Unterbrechungsfreie Stromversorgung TeraByte Transaction Processing Performance Council Virtual Private Network World Business Council for Sustainable Development

9 EINLEITUNG 1 1 EINLEITUNG Im Zuge der sich rasant entwickelnden Weltbevölkerung sehen Experten die Notwendigkeit, zur Befriedigung der Bedürfnisse aller Menschen auf diesem Planeten, in den nächsten Jahren die Energieproduktion um den Faktor sechs zu steigern (vgl. The International Institute for Environmental Economics at Lund University, 2002). Um dieses Wachstum ökologisch verträglich zu gestalten, ist es essenziell, die Produktivität der Ressourcennutzung deutlich zu steigern. Eine Entkoppelung des wirtschaftlichen Wachstums von zunehmender ökologischer Belastung ist also geboten, um eine ökologische Katastrophe zu vermeiden (vgl. von Weizsäcker, Lovins & Lovins, 1997). In der Wissenschaft, der Industrie und der Gesellschaft allgemein haben vor diesem Hintergrund "grüne Innovationen" einen hohen Stellenwert erhalten. Politiker unterschiedlicher Parteien sehen in grünen Innovationen die Lösung aktueller wirtschaftlicher Probleme. Die Partei "Bündnis 90 Die Grünen" fordert in ihrem Wahlprogramm den "Green New Deal" - in Anspielung auf den "New Deal", mit dem Franklin D. Roosevelt auf die Wirtschaftskrise von 1930 reagierte (vgl. Bündnis 90 Die Grünen, 2009). Auch die CDU sieht neue Chancen für die Wirtschaft durch Energie- und Klimaschutztechnologien (vgl. CDU, 2009). Mit der Massennutzung des Internets und der Verbreitung einer neuen Servicephilosophie entstehen weltweit zunehmend kommerzielle Angebote, die physische Produkte mit Dienstleistungen verbinden - sogenannte Product-Service Systeme (PSS) (vgl. Hernandez Pardo et al., 2012). Die Wissenschaft sieht die Möglichkeit, mit Product-Service-Anwendungen eine Steigerung der Nachhaltigkeit um Faktor 4-10 aufgrund effizienterer Nutzung natürlicher Ressourcen zu erreichen (vgl. Tukker, 2004). Mit Hilfe von PSS scheint die Option gegeben, auf der einen Seite dem Zwang unseres Wirtschaftssystems nach ständigem Wirtschaftswachstum zu entsprechen und auf der anderen Seite die ökologische Belastung relativ, aber auch absolut zu reduzieren. In den letzten Jahren haben sogenannte Cloud-Computing Services immer mehr an Bedeutung gewonnen. Diese zentral in Rechenzentren erbrachten IT-Dienstleistungsangebote kombinieren Dienstleistungselemente unter der Nutzung von IT Hard- und Software. Cloud Computing ist aufgrund dieser Kombination ein Product-Service Systeme (PSS). Der gesamte Bereich der Rechenzentren, also auch die Rechenzentren (hierunter werden auch Serverschränke, Rechnerräume etc. subsummiert), die keine Cloud-Service- Anwendungen betreiben, waren im Jahr 2011 für ca. 1,8 % (ca. 9,7 TWh) des gesamten Stromverbrauches in Deutschland verantwortlich. Zur Erzeugung dieses Stroms werden ca. vier mittelgroße Kohlekraftwerke benötigt. Die mit der Stromerzeugung verbundenen Kosten der Kunden beliefen sich in 2011 auf ca. 1,2 Mrd. mit steigender Tendenz. (vgl. Hintemann & Fichter, 2012).

10 2 EINLEITUNG Mit steigender Anzahl an Servern und höheren Energiepreisen rückt die Fragestellung der Ökoeffizienz der Informationstechnologie immer weiter ins Bewusstsein der Entscheider (vgl. Hintemann & Fichter, 2012). Die effiziente und flexible Nutzung von IT ist längst zum wichtigen Wettbewerbsfaktor für viele Unternehmen geworden. Diese Arbeit untersucht aus einer geschäftlichen Sicht die Veränderungen der Ökoeffizienz durch den Einsatz von Cloud-Computing Angeboten im Gegensatz zu klassischen On Premise Rechenzentren der Unternehmen. Unter On Premise Rechenzentren werden alle größeren Ansammlungen von Servern und arrondierender IT- und Kommunikations- Hardware verstanden, die durch Unternehmen in Serverschränken, Rechnerräumen oder in speziellen Gebäuden (Rechenzentren) betrieben werden. Die Betrachtung der Aspekte der Ökoeffizienz von Cloud-Computing-Anwendungen erfolgt vor dem Hintergrund theoretischer Überlegungen der Wissenschaft bezüglich möglicher effizienzsteigernder Wirkungen durch PSS. Die Kernfragen, die diese Arbeit beantworten soll, lauten: Welche generischen Mechanismen befördern die Ökoeffizienz von PSS im Allgemeinen? Lassen sich diese generischen Mechanismen auf das PSS-Cloud-Computing anwenden? Welche Bedeutung haben die identifizierten Mechanismen auf die Ökoeffizienz? Welche Hinweise bieten empirische Forschungsergebnisse zu dieser Fragestellung? Welches Fazit ist daraus zu ziehen und welche Implikationen hat dies für Unternehmen? Die Bandbreite der verfügbaren Cloud-Computing-Anwendungen ist sehr hoch, ebenso ist die technische Basis in der Praxis sehr verschieden bezüglich ihrer Art und Ausprägung. Diese Arbeit kann somit nur prinzipielle Mechanismen aufzeigen, die in bestimmten technischen Konstellationen belegte, positive Wirkungen der Ökoeffizienz durch Cloud- Computing bewirkt haben. Überschneidungen mit dem breiten Themenkomplex GreenIT sind in Bezug auf die Infrastruktur von Rechenzentren unvermeidbar. Das übergreifende Ziel der Arbeit ist es, eine qualitative Einschätzung zu geben, welche Auswirkungen sich auf die Ökoeffizienz dank Nutzung von Cloud-Computing-Angeboten vor dem Hintergrund einer PSS-Systematik ergeben. Hierdurch soll die gesellschaftliche Debatte über das Für und Wider von Cloud-Computing um den wichtigen Aspekt möglicher Wirkungen auf die Nachhaltigkeit ergänzt werden.

11 THEORETISCHER Bezugsrahmen 3 2 THEORETISCHER BEZUGSRAHMEN Dieser Arbeit liegen wissenschaftliche Überlegungen der Innovationsforschung, der Ökoeffizienzforschung und der Forschung über Produkt-Service-Systeme (PSS) zugrunde. 2.1 Ökoeffizienzsteigerung im Rahmen von Nachhaltigkeit durch Innovationen Der Gedanke der Nachhaltigkeit beschäftigt die Menschheit seit einigen Jahrzehnten, nachdem sich bei immer mehr Individuen und Gruppen ein Verständnis dafür gebildet hat, dass die natürlichen Ressourcen über Gebühr beansprucht werden und die globale Entwicklung in Bezug auf Wirtschaft und Konsum einen unheilvollen Weg beschreitet. Die von den Vereinten Nationen eingesetzte Sonderkommission unter der Leitung der norwegischen Ministerpräsidentin Gro Harlem Brundtland hat eine der bekanntesten Definitionen für den Begriff Sustainable Development" bzw. nachhaltige Entwicklung definiert. Die Brundtland Kommission beschrieb das Ziel einer nachhaltigen Entwicklung wie folgt: To make development sustainable - to ensure that it meets the needs of present without compromising the ability of future generations to meet their own needs" (WCED, 1987, 8). Als Konsequenz daraus entstand ein drei Säulen Modell der Nachhaltigkeit. Dieses Modell sieht die drei Dimensionen Ökologie, Ökonomie und Soziales als die Handlungsfelder, in denen sich die Aktivitäten der Nachhaltigkeit bewegen. Diese Dimensionen stehen nicht selten im Widerspruch zueinander und bedingen eine Prioritätensetzung in der Praxis (von Hauff et al., 2009). Um die beiden Aspekte der Ökologie und der Ökonomie in relativen Einklang zu bringen und einen vorsorgenden Umweltschutz zu betreiben, entstand der Begriff der Ökoeffizienz. Der Begriff Ökoeffizienz geht auf ein Werk von Schaltegger und Sturm aus dem Jahre 1990 zurück. Hierin wird die ökologische Rationalität" eingefordert (Schaltegger, et al., 1999). Das Business Council for Sustainable Development (BCSD) postuliert in einem Beitrag zur United Nations Conference on Environment and Development im Jahr 1992 die Ökoeffizienz zu einem bedeutenden Ziel. Seit 1995 wird das Anliegen einer globalen Steigerung der Ökoeffizienz im neu gegründeten Gremium, dem World Business Council for Sustainable Development (WBCSD), fortgesetzt und zum zentralen Anliegen der Organisation (vgl. von Hauff et al., 2009). Verkürzt dargestellt, beschreibt das WBCSD das Ziel der Ökoeffizienz als "Creating more value with less impact" (WBCSD, 2000, 3). Die Ökoeffizienz wird hier auch als wichtiger Schritt auf dem Weg in eine nachhaltige Zukunft gesehen, da die Betrachtungsweise der Ökoeffizienz den Schutz der Umwelt in Einklang mit den Mechanismen der Wirtschaft zu bringen versucht.

12 4 THEORETISCHER BEZUGSRAHMEN Das WBCSD sieht in der Ökoeffizienz eine weitere Stufe in der Nachhaltigkeitsentwicklung und die Möglichkeit, mithilfe ökonomischer Instrumente eine Produkt- und Dienstleistungsproduktion mit deutlich verringerter Umweltbelastung zu realisieren (vgl. Abb. 1). Dabei soll nicht ein Ziel (die Ökologie oder die Ökonomie) zugunsten des anderen aufgegeben, sondern gleichzeitig besserer Umweltschutz und Gewinnmaximierung angestrebt werden." (Fussler, 2005, 61). Abbildung 1: Entwicklung auf dem Weg zur Nachhaltigkeit (vgl. WBCSD, 2000) Die Messung eines Ökoeffizienzwertes dient dazu, Entwicklungen und Fortschritte zu dokumentieren, Prioritäten festzulegen, Chancen für eine Optimierung aufzuzeigen und Kosten zu identifizieren (vgl. WBCSD, 2000). Da der Begriff der Ökoeffizienz nicht normiert definiert ist, existiert eine Vielzahl von Abgrenzungsdefinitionen (vgl. von Hauff et al., 2009). Allen Definitionen gemein ist der operationelle Ansatz, wonach das Verhältnis von Wertschöpfung zu Ressourceninanspruchnahme zu steigern ist. Abbildung 2: Berechnung einer Ökoeffizienz (vgl. von Hauff et al., 2009) Die zentrale Frage bei der Berechnung ist, welche relevanten Wertgrößen zur Bestimmung einer relevanten Ökoeffizienz-Kennzahl im Nenner und im Zähler Verwendung finden.

13 THEORETISCHER Bezugsrahmen 5 In der Regel wird angestrebt, sowohl die Wertschöpfung als auch die Schadschöpfung, wo angebracht, zu monetarisieren. Allgemein sollten Zähler und Nenner nach Brettebo vier Kriterien erfüllen, um sinnvolle Ergebnisse zu produzieren: Möglichst viele relevante Aspekte der Dimensionen Ökologie, Ökonomie und Soziales sollen durch die Wahl der Indikatoren erfasst werden. Die Messung sollte möglichst den gesamten Lebenszyklus eines Produkts bzw. einer Dienstleistung erfassen und sowohl aus der Mikro- als auch Makro-Perspektive stimmig sein. Das Maß sollte hinsichtlich der praktischen Anwendung robust und leicht zu operationalisieren sein. Die verwendete Maßzahl soll verständlich, nachvollziehbar und konsistent mit internationalen Standards sein. (vgl. Brettebo, 2005) In der Praxis werden im Zähler - also die Wertschöpfung - häufig die Netto-Umsätze oder der Gewinn einer Organisation, einer Einheit oder die produzierte Menge eines Produktes verwendet. Der WBCSD schlägt generell nutzbare Indikatoren vor, die potenziell zur Bewertung aller Produktionsvorgänge dienen und solche, die geschäftsspezifisch (business specific) sind. Generell nutzbare Indikatoren nach WBCSD: Wertschöpfung: Die produzierte oder an Kunden bereitgestellte Menge an Gütern und Services (Volumen, Masse, bereitgestellte Funktionen). Nettoumsatz durch den Verkauf von Produkten und Dienstleistungen. Schadschöpfung: Energieverbrauch Materialverbrauch Wasserverbrauch Treibhausgase Ozon schädigende Substanzen (vgl. WBCSD, 2000).

14 6 THEORETISCHER BEZUGSRAHMEN Von Hauff schlägt basierend auf Saling (vgl. Saling et al., 2002) die gewichtete Zusammenfassung der Umweltkategorien zu einem Wert vor. Ähnliche Bewertungsansätze beschreibt auch Schaltegger in seinem Buch Ökologieorientierte Entscheidungen in Unternehmen (vgl. Schaltegger et al., 1999). Hierbei werden auf den unteren Ebenen die unterschiedlichen Schadstoffe der einzelnen Gruppen in Emissionsarten gewichtet zusammengefasst (z. B. Luftemissionen) (vgl. Abb. 3). Diese wiederum werden gewichtet nach den Umweltkategorien Emissionen, Stoffverbrauch, Flächenverbrauch, Toxizitätspotenzial und Risikopotenzial in einem Wert der gesamten Umweltbelastung dargestellt (vgl. von Hauff et al., 2009). Abbildung 3: Aggregation der einzelnen Umweltkategorien in der Ökoeffizienz-Analyse (vgl. von Hauff et al., 2009) Da nicht jede stoffliche oder energetische Emission die gleichen Schäden in der natürlichen Umwelt hervorruft, muss die Wichtung aufgrund von Wirkungsanalysen vorgenommen werden (vgl. Schaltegger et al., 1999). Kritisch ist zu diesem Verfahren anzumerken, dass durch die Aggregation schlechtere Teilergebnisse durch bessere aufgerechnet werden können. Außerdem stellt die Gewichtung der einzelnen Werte eine Momentaufnahme aktueller wissenschaftlicher Erkenntnisse bzgl. einer Schadwirkung dar. Es sei daran erinnert, dass noch vor gut zwei Jahrzehnten die Schädlichkeit von CO 2 in der öffentlichen Diskussion nicht existierte; stattdessen wurde über den sauren Regen und die Schädigung des Ozonschutzschildes debattiert. Für eine vergleichende Betrachtung über längere Zeiträume hinweg muss die Wichtung durch einen stetigen Erkenntnisgewinn angepasst werden, was wiederum die historische Vergleichbarkeit beeinträchtigt. Bei komplexen Produkt- oder Dienstleistungszusammenhängen ist es problematisch, die Vielzahl der Schadschöpfungsquellen zu erfassen und exakt in eine solche Berechnung einfließen zu lassen.

15 THEORETISCHER Bezugsrahmen 7 Übergreifend ist aus dem Blickwinkel der Nachhaltigkeit festzuhalten, dass die Ökoeffizienz nur zwei der drei Aspekte der Nachhaltigkeit adressiert. Soziale Fragestellungen werden in der Betrachtung neben Ökonomie und Ökologie praktisch nicht berücksichtigt (vgl. WBCSD, 2000). 2.2 Innovation zur Steigerung der Ökoeffizienz Der Begriff Innovation stammt vom lateinischen Wort Innovatio, welches Erneuerung, aber auch sich Neuem hingeben bedeutet. Innovation kann also das Umsetzen von Entdeckungen und Erfindungen bedeuten, die Umgestaltung und Verbesserung bestehender Realisationen, aber auch das Finden neuer An- und Verwendungsmöglichkeiten (vgl. Bergmann et al., 2008). Der Wettbewerbsfaktor Innovationsfähigkeit hat in den letzten Jahrzehnten für Unternehmen und Volkswirtschaften eine immer größere Bedeutung erlangt. Zum einen erfordern gesättigte Märkte immer neue Produkte, um bei potenziellen Kunden entsprechende Kaufimpulse auszulösen. Zum anderen wurden viele Produkte durch inländische und im Rahmen der Globalisierungsentwicklungen auch durch ausländische Wettbewerber zu sogenannten Commodities also weitgehend standardisierten Produkten mit geringem Differenzierungspotenzial. Innovationen können zumindest temporär Monopolgewinn bzw. Pionierrenten ermöglichen (vgl. Goffin et al., 2009). Mit zunehmendem Umweltbewusstsein und der Zielsetzung verbesserter Ökoeffizienz steigt der Druck auf die Unternehmen, Innovationen in Hinblick auf nachhaltiges Wirtschaften und Produkte mit höherer Ökoeffizienz zu fördern. Innovationen zur Steigerung der Ökoeffizienz wird nicht nur eine entscheidende Rolle zur Lösung aktueller Umweltprobleme zugesprochen, sie bieten Unternehmen zudem Möglichkeiten der Differenzierung durch umweltverträglichere Produkte und Produktionsweisen (vgl. von Hauff et al., 2009). Auch wenn der Weg zu mehr Nachhaltigkeit oft kein explizites Ziel der Innovationsakteure ist, ergeben sich bei vielen Innovationen, quasi als positive Begleiterscheinung, nachhaltigkeitsrelevante Wirkungen (vgl. Abb.4). In der Regel entstehen diese positiven Begleiterscheinungen durch Innovationsziele zur Kostenreduktion. Als Begleiterscheinung sinkt oft der Energieverbrauch und / oder der Rohstoffeinsatz.

16 8 THEORETISCHER BEZUGSRAHMEN Abbildung 4: Entstehungspfade von Nachhaltigkeitsinnovationen (vgl. Fichter et al., 2007) Politiker aller Parteien proklamieren in der Zwischenzeit das Ziel, ökoeffiziente Innovationen zu fördern und auf den entsprechenden Gebieten eine Technologieführerschaft anzustreben. Es besteht die Überzeugung, zum einen durch eine hohe Ökoeffizienz der Produkte nationale und internationale Klimaschutzziele erreichen zu können, aber auch die einheimische Wirtschaft im globalen Markt besser positionieren zu können. Mit ökologischen Innovationen wird nichts Geringeres angestrebt als eine Entkopplung der ökologischen Belastung vom Wirtschaftswachstum. Auf diese Weise soll Wachstum ökologisch nachhaltig gestaltet werden. Um dies zu erreichen, bedarf es statt inkrementeller Veränderungen existenter Technologien radikaler Umweltinnovationen, die die Massenmärkte erreichen (vgl. Jänicke, 2009). So soll also die Ökoeffizienz bei steigender Güterproduktion, steigenden Umsätzen und Gewinnen (der Wertschöpfung) und gleichzeitig geringerer Schadschöpfung steigen. An dieser Stelle sei erwähnt, dass viele Wissenschaftler erhebliche Zweifel hegen, ob eine partielle Steigerung der Ökoeffizienz durch technische und prozessuale Verbesserungen nicht durch Rebound-, Mengen- oder Wachstumseffekte kompensiert werden oder gar zu einer Steigerung der Gesamtbelastung führen (vgl. von Hauff et al., 2009). Ein weiterer Aspekt der Innovation besteht darin, neue Geschäftsmodelle mit anderen Nutzungsszenarien zu schaffen und somit neue, radikal andersgeartete Produkte zur Befriedigung der gleichen Bedürfnisse entstehen zu lassen (vgl. Goffin et al., 2009).

17 THEORETISCHER Bezugsrahmen 9 Produkt-Service Systeme (PSS) stellen solche Innovationen dar, da hier Angebote entstehen, die durch intelligente Kombination von Produkten und Dienstleistungen die Bedürfnisse mit weniger Schadschöpfung befriedigen. Mit PSS entstehen sowohl neue Angebote in existenten Geschäftsmodellen, als auch komplett neue Geschäftsmodelle, die andere Bedürfnisse befriedigen und andere Kundengruppen erreichen. 2.3 Product-Service Systeme (PSS) im geschäftlichen Umfeld Der Begriff Produkt-Service Systeme (PSS) wurde formal im Jahre 1999 von Goedkoop definiert und publiziert und findet seither international Verwendung (vgl. Tietze, 2011). Im deutschsprachigen Raum findet der Begriff "hybride Leistungsbündel" häufige Verwendung. Dieser Begriff beschreibt ebenfalls im Kern eine kombinierte Leistungserbringung von Produkten und Dienstleistungen, stellt aber den Nachhaltigkeitsgedanken im Gegensatz zu PSS nicht in den Vordergrund. Des Weiteren ist auch der Begriff Industrial Product-Service System (IPSS) für spezielle BtoB-Anwendungen in Verwendung (vgl. Lehrstuhl für Produktionssysteme Ruhr-Universität Bochum, 2012). In dieser Arbeit findet ausschließlich der Begriff PSS Verwendung. Um ein einheitliches Verständnis über PSS zu erzielen, ist die Definition der Einzelbegriffe Produkt und Service wichtig, da in unterschiedlichen Branchen und Disziplinen die Begriffe eine unterschiedliche Bedeutung besitzen. Goedkoop definiert den Begriff Produkt als: A product is a tangible commodity manufactured to be sold. Eine Dienstleistung (Service) definiert Goedkoop als A service is an activity (work) done for others with an economic value and often done on a commercial basis" (Goedkoop et al., 1999, 18). Hiernach ist ein PSS a marketable set of products and services capable of jointly fulfilling a user s need... [The PSS] is provided by either a single company or by an alliance of companies. It can enclose products (or just one) plus additional services. It can enclose a service plus an additional product. And product and service can be equally important for the function fulfillment. (Goedkoop et al., 1999, 18). Ein PSS kombiniert also die Leistungen physischer Produkte mit immateriellen Dienstleistungskomponenten zu einer Lösung, mit dem Ziel, definierte Kundenbedürfnisse zu befriedigen. Hierbei kann sich der Produkt- und der Dienstleistungsanteil von Anwendung zu Anwendung, aber auch im Zeitverlauf ändern. Im Vordergrund stehen die Bedürfnisse des Kunden und nicht mehr ein Produkt und seine Leistungsfähigkeit (vgl. Goedkoop, 1999). Dies eröffnet den Anbietern die Chance, Kundenbedürfnisse viel spezifischer und individueller zu befriedigen, als mit einem reinen Produktansatz. Die herausragende gesellschaftliche Bedeutung, die PSS zugesprochen wird, liegt darin, dass PSS-Anwendungen die Bedürfnisse der Konsumenten und der Unternehmen mit einer geringeren Umweltbelastung befriedigen können.

18 10 THEORETISCHER BEZUGSRAHMEN Product-Service-Anwendungen wird zugesprochen, eine Steigerung der Nachhaltigkeitsleistung bis um Faktor 4 10 aufgrund besserer und effizienterer Nutzung natürlicher Ressourcen erreichen zu können (vgl. Tukker, 2004). Obwohl PSS nicht automatisch gleichbedeutend mit einem Mehr an Nachhaltigkeitsleistung gleichzusetzen ist. Tukker und Tischner schreiben im Jahr 2006 in ihrer Reflexion über eine Dekade Forschungsarbeit auf diesem Gebiet: The real strength of PSS thinking is that it moves away from existing product concepts and inherently focuses on the final need, demand, or function that needs to be fulfilled. This enhances the degrees of freedom to find sustainable improvement options enormously" (Tukker et al., 2006, 1553) Ausprägungsformen von Product-Service-Systemen Die Wissenschaft unterscheidet drei prinzipielle Arten von PSS, entsprechend dem Mehr oder Weniger an physischem Produkt oder Mehr oder Weniger an Dienstleistung. 1) Produktorientiertes PSS Das Produkt mit seinen klassischen Nutzungsformen wird um Dienstleistungskomponenten erweitert, z. B. Leasing, Ferndiagnose von Produktionsanlagen. 2) Nutzungsorientiertes PSS Ein Serviceanbieter bietet die Funktionalität des Produktes in Verbindung mit arrondierenden Dienstleistungen, z. B. Vermietung von Baugeräten. 3) Ergebnisorientiertes PSS Die eingesetzten Produkte treten für den Kunden nur noch in Form von ergebnisorientierten Leistungen in Erscheinung, z. B. Cloud-Computing (vgl. Tukker, 2004). Diese prinzipiellen Ausprägungsformen von PSS erweitert Tukker um acht Subkategorien (vgl. Abb. 5). Abbildung 5: Acht Typen von PSS (vgl. Tukker, 2004)

19 THEORETISCHER Bezugsrahmen 11 Vor dem Hintergrund der empirischen Ergebnisse des Forschungsprojekts SusProNet, bei dem analysiert wurde, ob PSS eine "Win-win strategy" sei, konnte ein Zusammenhang zwischen Produktorientierung und Serviceorientierung der PSS-Anwendung hergestellt werden. Produktnahe PSS-Anwendungen ermöglichen nach der Einschätzung von Tukker Einsparungen unerwünschter ökologischer Folgen von ca %. Wogegen eher serviceorientierte PSS (z. B. functional result) eine Effizienzsteigerung bis zu Faktor 10 versprechen (vgl. Tukker, 2004) PSS vor dem Hintergrund von Ökoeffizienz und Innovationen PSS ermöglicht es, eine gleiche oder eine höhere Wertschöpfung mit einer in der Regel geringeren Schadschöpfung zu erzielen - die Ökoeffizienz wird folglich gesteigert und somit ein Beitrag zu mehr Nachhaltigkeit geleistet. Dank der Tatsache, dass Produktkomponenten und Servicekomponenten in einem PSS zusammenwirken, entstehen neue Spielräume für Innovationen. Diese entstehenden Freiheitsgrade der Angebotsgestaltung durch PSS bezeichnen Zaring et al. als die vier Dimensionen der Innovation (vgl. Abb. 6). Diese Dimensionen wiederum ermöglichen eine gestärkte ökonomische Vitalität, die etablierte Strukturen aufbricht und so den Weg für ökoeffizientere Herstellungsverfahren zur Befriedigung konkreter Bedürfnisse der Kunden bereitet. Abbildung 6: Product-Service Innovationen und bestimmende Faktoren der Ökoeffizienz (vgl. Zaring et al., 2001) Bedeutung der Informations- und Kommunikationstechnologie (ICT) für PSS Die Bedeutung der ICT im Allgemeinen und die des Internets in Verbindung mit breitbandigen Telekommunikationsnetzen und leistungsfähigen Endgeräten wie Smartphones und Tablet PCs im besonderen ist nicht hoch genug einzuschätzen.

20 12 THEORETISCHER BEZUGSRAHMEN Die rasante Entwicklung der ICT stellt auch im Bereich der PSS-Forschung einen wichtigen Bereich dar, da sich durch sie neue Chancen für innovative PSS für grundsätzlich neue Geschäftsmodelle ergeben. Neue ICT-Entwicklungen fördern die Praktikabilität und ökonomische Machbarkeit von PSS-Anwendungen (vgl. Hernandez Pardo et al., 2012). Die ICT ist aber nicht nur eine Enabling-Technologie für PSS, sondern auch gerade im Bereich der Telekommunikation als Vorreiter anzusehen. Betrachtet man die massenhafte Angebotsentwicklung und Ausstattung privater Haushalte seit 1945 mit Wähltelefonen, so wird deutlich, dass es sich hierbei um eine frühe PSS-Anwendung handelt. Die Kombination physischer Komponenten, die zur Miete bereitgestellt werden, in Verbindung mit der Servicedienstleistung der Netzbereitstellung, stellten nach der Logik von Tukker ein "pay per service unit" Angebot dar (Tukker, 2004, 248). Über die letzten Jahrzehnte wurde dieses Geschäftsmodell mit seinen Produkten zwar den neuen technischen und regulatorischen Standards sowie den Gesetzen des Wettbewerbes angepasst, stellt aber nach wie vor eine PSS-Anwendung dar. Durch die rasante Weiterentwicklung der Technologien im Bereich ICT entstand eine technologische Basis, ohne die ein nicht unerheblicher Teil heutiger PSS-Anwendungen undenkbar wäre. In der Kategorie "Produkt orientierte PPS" entstanden unzählige Anwendungen, die erst durch moderne ICT möglich wurden. Zum Beispiel haben Anlagenbauer Wartungs- und Überwachungssysteme entwickelt, die weltweit Maschinen und Anlagen ständig überwachen und so neue Wartungs- und Betriebsangebote ermöglichten (vgl. Reim, 2008). In der Kategorie nutzungsorientiertes PSS sind beispielsweise Anwendungen, wie Call a bike ( oder Carsharing Angebote wie Zipcar ( zu nennen. Diese PSS wären deutlich weniger attraktiv, wenn es den Kunden nicht möglich wäre, z. B. nach mietbaren Fahrrädern oder Fahrzeugen zu suchen. Erst die Nutzung von mobilfunkgestützten M2M-Kommunikationsdienstleistungen ermöglicht es, Standorte der Fahrzeuge regelmäßig zu übermitteln. Über Smartphones und PC s mit Internetanbindung ist es den Kunden möglich geworden, die Standorte der Fahrzeuge unterwegs eigenständig zu finden. Solche Serviceelemente ermöglichen den Kunden eine sinnvolle Nutzung und eröffnen zugleich den Betreibern neue wirtschaftliche Perspektiven. Da die Fahrzeuge in der Regel effizienter genutzt und ausgelastet werden können, steigt die Ökoeffizienz für diese Anwendungsfälle deutlich (vgl. Ökoeffizient handeln, 2012). 2.4 Allgemeine Mechanismen zur Effizienzsteigerung durch PSS Da PSS einen generischen Ansatz verfolgt und auf unterschiedlichste Branchen und Kundengruppen Anwendung findet, können die Wechselwirkungen auf die Ökonomie, die Ökologie und der daraus resultierenden Ökoeffizienz auch nur generisch bleiben. Die Literatur zu Thema PSS bleibt gerade in diesem entscheidenden Bereich sehr allgemein.

21 THEORETISCHER Bezugsrahmen 13 Tukker und Tischner haben auf Basis von Wong (vgl. Wong, 2001) generische Nutzenelemente abgeleitet. In ihrem Buch "New Business for Old Europe" sprechen sie von "Potential environmental benefits of PSS" (Tukker et al., 2006, 85) und sprechen hier zwar nur von einem potenziellen Nutzen, sehen aber trotzdem eine gute Basis für die Analyse von PSS- Anwendungen in Hinblick auf ihre Wirkungen auf die Ökoeffizienz. Da die meisten von Tukker und Tischner und anderen Wissenschaftlern genannten ökologischen Potenziale ebenfalls einen direkten Einfluss auf die Ökonomie haben, ist eine Trennung von ökologischen und ökonomischen Fragestellungen nicht sinnvoll und wird hier auch nicht durchgeführt. Die in Tabelle 1 von Tukker et al. und weiteren Autoren aufgeführten relevanten generischen Effizienzkriterien zur Steigerung der Ökoeffizienz stellen für diese Arbeit die Basis der Analyse der Kriterien der Ökoeffizienz von Cloud-Computing dar. Anhand dieser, in vier Übergruppen sortierten Kriterien wird der konkrete Anwendungsfall Cloud-Computing analysiert und auf seine Ökoeffizienz hin beurteilt. Tabelle 1: In der PSS-Literatur genannte Effizienzkriterien (eigene Darstellung) Pos. Effizienzkriterien Quelle 1 Effizienz steigernde Gestaltung und Produktion von Produkten 1.1 Geringere Energie- und Materialverbräuche während der Produktion und der Nutzungsphasen von PSS verglichen mit reinen Produkten. 1.2 Geringere Lagerbestände während der Produktion durch schlankere Produktionsmethoden erzeugen geringere Kosten 1.3 Hersteller, die selbst als PSS-Anbieter auftreten, werden weitere Optimierung an den Produkten durchführen, da sie die Bedürfnisse der Kunden besser verstehen. So können auch unnötige Produktionen vermieden werden. 1.4 Hersteller können ihr und das technisches Wissen ihrer Kunden nutzen, um durch PSS den gleichen oder einen höheren Kundennutzen zu erzeugen, bei geringeren Kosten und geringerer Umweltbelastung. 1.5 PSS könnte als Methode die Anbieter dazu ermutigen, größere Produktverantwortung zu übernehmen, um die Produkte attraktiver für die Kunden, die Hersteller und die Umwelt zu gestalten. Tukker et al., 2006 Hawken et al., 1999 Tukker et al., 2006 Baines et al, 2007 Tukker et al., Effizienz steigernde Effekte durch geänderte Einsatzszenarien von Produkten 2.1 Das Angebot von perfektionierten Systemlösungen fördert die Ressourceneffizienz und Funktionalität jedes Elementes. Anbieter von functional result PSS werden versuchen, ihre Kosten auch durch radikale Innovationen zu senken. Mont, 2002; Tukker, 2004; Cook et al., 2009

22 14 THEORETISCHER BEZUGSRAHMEN 2.2 Verbesserte gesamtheitliche Ressourcenproduktivität und Endmaterialisierung von PSS-Anwendungen 2.3 Reduzierte Verbräuche durch alternative Nutzungsszenarien Mont, 2002; Cook et al., 2008 Mont 2002; Cook et al., Verlängerung der Nutzungsphase von Produkten Hernandez Pardo, Effizienzsteigerung durch Skaleneffekte in der Nutzungsphase 3.1 Ökologischer Nutzen durch Economics of Scale Tukker et al., Ein Upgrade der existenten PSS-Infrastruktur auf neue ökoeffizientere Technologien ist einfacher. Tukker et al., Effizienz steigernde Effekte durch die Optimierung von Kreisläufen 4.1 Langlebige Produkte könnten die benötigte Produktanzahl über die Zeit reduzieren. Durch intensivere Nutzung könnte eine positive Wirkung auf die Umwelt entstehen. 4.2 Anbieter warden verstärkt in professionelle Wartung in der Nutzungsphase investieren und sichern so einen höheren Qualitätsbestand am Ende des Life- Cycles. So kann eine höhere Recyclingquote erzeugt werden. 4.3 Am Ende des Life-Cycles können die Produkte einfacher für Recyclingzwecke eingesammelt werden, da die Nutzung auf weniger Orte verteilt ist. Tukker et al., 2006 Tukker et al., 2006; Baines et al., 2007 Tukker et al., Geschlossene Materialzyklen Cook et al., 2006; Mont, Entwicklungen und Planungen von besseren Prozessen der Abfallbeseitigung bereits in der Konzeptionsphase. Hersteller können innovative Nutzungsformen entwickeln, für die Nutzung von Produkten nach ihrem eigentlichen Einsatz. Tukker et al., 2004 An dieser Stelle ist allerdings kritisch anzumerken, dass etliche Autoren des Forschungsprojektes SusProNet feststellen, dass PSS nicht in jedem Fall zu ökologischen und sozialen Vorteilen oder Verbesserungen führt (vgl. Charter et al., 2004, 57). Die genannten positiven ökologischen und ökonomischen Effekte können eintreten, müssen aber nicht, was allerdings bei der Vielzahl und Bandbreite möglicher PSS-Anwendungen auch nicht überrascht.

23 CLOUD-COMPUTING vor dem Hintergrund der Nachhaltigkeit 15 3 CLOUD-COMPUTING VOR DEM HINTERGRUND DER NACHHALTIGKEIT Seit den Jahren 2006/2007 wird der Begriff Cloud-Computing immer populärer. Ursprünglich wurde er wohl von den Unternehmen Amazon, Google und Yahoo zuerst geprägt (vgl. Koller, 2011). Diese Firmen standen vor dem Problem, entsprechende Peak-Ressourcen nur für wenige Tage im Jahr bereithalten zu müssen. So nutzt Amazon zum Beispiel an durchschnittlichen Tagen nur 10 % seiner maximalen Rechenleistung. Erst zu den Spitzenzeiten, z. B. im Weihnachtsgeschäft, werden die Maximalkapazitäten benötigt. Aus dieser Überkapazität an den meisten Tagen des Jahres entstand die Idee, Computing- Leistungen aus der "Cloud" an Dritte zu verkaufen (vgl. Hof, 2006). Seither ist Amazon einer der Pioniere und gleichzeitig Marktführer in diesem BtoB-Cloud-Computing-Segment. Im Zuge der enorm gewachsenen Verbreitung von Smartphones und konsumentenorientierten Cloud-Anwendungen im BtoC-Bereich hat der Begriff an Popularität gewonnen. Der Begriff Cloud-Computing wird in der Öffentlichkeit sehr inflationär eingesetzt und bedarf einer Definition. Das National Institute of Standards and Technology (NIST) prägte die allgemein anerkannte Definition von Cloud Computing als...a model for enabling ubiquitous, convenient, on-demand network access to a shared pool of configurable computing resources (e.g., networks, servers, storage, applications and services) that can be rapidly provisioned and released with minimal management effort or service provider interaction" (NIST, 2011, 2). Das bedeutet, dass ein Computing-Angebot nur dann als Cloud-Computing-Angebot bezeichnet wird, wenn es folgende Eigenschaften aufweist: On-demand self-service Kunden können selbstständig Computing-Leistungen wie z. B. Rechnerkapazität oder Speicherplatz ohne ein Zutun Dritter eigenständig konfigurieren und nutzen. Broad network access Die Computing-Ressourcen sind über ein oder mehrere Netzwerke zu erreichen und über standardisierte "thin" oder "thick" Clients zu nutzen. Resource pooling Die mandantenfähigen Computing-Ressourcen werden durch eine Vielzahl von Kunden genutzt. Die physikalischen und virtuellen Ressourcen werden nach individuellen Kundenbedürfnissen bereitgestellt. Rapid elasticity Kapazitäten können flexibel, zum Teil auch automatisiert, bereitgestellt und genutzt werden. Eine sofortige Skalierung ist zu jeder Zeit möglich.

24 16 CLOUD-COMPUTING VOR DEM HINTERGRUND DER NACHHALTIGKEIT Measured service Cloud-Managementsysteme kontrollieren und optimieren automatisch die Computing- Ressourcen. Verbräuche werden gemessen und Anbietern und Nutzern transparent gemacht (vgl. National Institute of Standards and Technology, 2011). Diese Arbeit orientiert sich im Folgenden an dieser Definition, da sie einen sinnvollen Abgrenzungsrahmen bietet. 3.1 Cloud Architektur und Abgrenzung zur Virtualisierung Seit einigen Jahren, noch bevor der Begriff Cloud-Computing Popularität erlangte, gewann der Begriff der sogenannten Virtualisierung an Bedeutung. Zum richtigen Verständnis des gesamten Themenkomplexes ist es wichtig, die Abgrenzung zwischen Virtualisierung und Cloud-Computing vorzunehmen. Die Virtualisierung stellt eine wichtige Basis für das Cloud-Computing dar - ist aber nicht mit ihr gleichzusetzen. Virtualisierung bezeichnet im übergreifenden Sinne Software-Techniken, die eine Abstraktionsschicht zwischen der Ebene des Betriebssystems eines Servers einerseits und den physischen Ressourcen wie z. B. Hardwarekomponenten eines Rechners andererseits, implementieren. Diese Abstraktionsebene dient dazu, physische Ressourcen logisch nach Bedarf in Teilgruppen zusammenfassen zu können, so dass auf einem physischen Server mehrere virtuelle Server abgebildet werden können (vgl. Klages, 2009, 8). Die überragende Bedeutung liegt darin, dass Computingressourcen deutlich effizienter genutzt werden können und zudem virtuelle Server von einer physischen Hardware auf eine andere flexibel zu verschieben sind. Der Unterschied zwischen Virtualisierung und Cloud-Computing wird deutlich, wenn die fünf Grundvoraussetzungen von Cloud-Computing betrachtet werden. So erfüllt die reine Virtualisierung von Rechenzentren bereits das Kriterium des Ressource pooling", die der Rapid elasticity" und die des Measured service". Die Kriterien On-Demand self-service" und Broad network access" sind Spezifika des Cloud-Computings. Die Virtualisierungstechnologie stellt also eine Teilmenge von Cloud-Computing-Plattformen dar. Der Nutzen von Virtualisierung in Bezug auf die Ökoeffizienz fließt folglich in die Betrachtung des Nutzens von Cloud-Computing ein. Im Rahmen dieser Arbeit wird der Nutzen in Bezug auf die Ökoeffizienz von Cloud- Computing verglichen mit traditionellen On Premise Server-Strukturen die häufig auch als Silo-Strukturen bezeichnet werden. Abbildung 7 verdeutlicht die prinzipiellen Unterschiede zwischen den unterschiedlichen Nutzungsformen der Serverhardware.

25 CLOUD-COMPUTING vor dem Hintergrund der Nachhaltigkeit 17 Abbildung 7: Reshaping IT (vgl. Meyer et al., 2011) Im Bereich der privaten Rechenzentren wurden in den letzten Jahren zunehmend virtuelle IT-Strukturen aufgebaut und so sogenannte "Service-orientierte Infrastrukturen" geschaffen. So setzten 39,4 % aller deutschen Unternehmen mit über 1000 Mitarbeitern nach einer Umfrage bereits virtualisiere Serverstrukturen ein. Bei kleineren Unternehmen ist die Quote noch deutlich geringer (vgl. Veeam, 2011). Demzufolge ist es vertretbar, nicht virtualisierte On Premise Silo-Infrastrukturen mit virtualisierten Cloud-Infrastrukturen (Rechenzentren) zu vergleichen. Ein weiteres Kriterium von Cloud-Computing ist die Nutzung der Cloud-Dienste über Breitband- oder Mobilfunknetze auf Basis von Internet-Technologien (vgl. Abb. 8). Hinzu kommen, aus einer Cloud-Anbietersicht, deutlich höhere Anforderungen an das Management der genutzten Infrastruktur.

26 18 CLOUD-COMPUTING VOR DEM HINTERGRUND DER NACHHALTIGKEIT Abbildung 8: Vergleichende Systemdarstellung On Premise gegenüber einer öffentlich zugänglichen Cloud-Infrastruktur (eigene Darstellung) Neben der technischen Evolution von virtualisierten-stukturen zu Cloud-Strukturen ist die wirtschaftliche und geschäftliche Bedeutung als revolutionär anzusehen (vgl. Abb. 7). Das Revolutionäre an Cloud-Computing sind die drei Eigenschaften nach NIST On-demand self-service", "Broad network access" und "Measured service". Hierdurch werden Cloud- Computing Services weltweit nutzbar und Kunden sind in der Lage, zu jeder Zeit die volle Kontrolle über ein Self-Service-Portal auszuüben. Für Betreiber ergeben sich aus der Cloud Innovation vollkommen neue Geschäftsmodelle mit einer weltweiten Vermarktungsbasis. Diese Eigenschaften versprechen eine Win-win Situation für Anbieter und Kunden. 3.2 Cloud-Computing vor dem Hintergrund PSS Wie bereits in Kapitel 2.3 ausgeführt, kombiniert diese PSS die Leistungen physischer Produkte mit Dienstleistungskomponenten zu einem Computing-Angebot zur Befriedigung von Kundenbedürfnissen, ohne dass der Kunde sich IT-Hardware beschaffen muss. Im Falle von Cloud-Computing basieren die PSS-Angebote auf physischen Produkten wie z. B. Serversystemen, Racks, Blade Centers, Storagesystemen, Netzwerkkomponenten, Stromversorgung etc. (vgl. Abb. 8). Einen unverzichtbaren Teil der gesamten Cloud- Computing-Anwendung übernehmen diverse Softwarekomponenten auf den

27 CLOUD-COMPUTING vor dem Hintergrund der Nachhaltigkeit 19 unterschiedlichen Ebenen der Cloud-Architektur wie z. B. Betriebssysteme, Virtualisierungssoftware, Monitoringsoftware, Self Service Portale, Security Software, Zugangssysteme, Billingsyteme. Auch wenn die eingesetzte Software streng genommen nicht als greifbares (tangible) Produkt zu bezeichnen ist, erfüllt sie trotzdem die wesentlichen Eigenschaften eines Produktes innerhalb der PSS-Systematik. Die aufgezeigten einzelnen Komponenten in Abbildung 8 sind zwar nicht grundsätzlich in allen Cloud-Computing- Architekturen zu finden, so zeigt die Darstellung doch, auf welchen Ebenen eine Vielzahl von Komponenten für die Leistungserbringung zusammenarbeiten. Hinzu kommt, dass die gesamte Infrastruktur in der Regel in gesicherten Rechenzentren betrieben wird mit Brandschutzeinrichtungen, Einbruchsicherung, Anbindungen an Telekommunikationsinfrastruktur etc. Daraus resultieren weitere Quellen von Komplexität. Die Dienstleistungskomponenten von Cloud-Computing sind vielschichtig. Sie bestehen in der Regel aus folgenden Komponenten, die durch den Cloud-Service-Anbieter zu erbringen sind: Investitionen in Rechenzentren, Hard- und Software sowie IT- und Telekommunikationsinfrastruktur Gestaltung des Leistungsangebots Kundenverwaltung und Abrechnung System Administration & Monitoring Leistungsmanagement Backup & Security SLA-Management Konfigurations- und Änderungsmanagement Patch-Management & Virenschutz (eigene Darstellung basierend auf Manhart, 2011) Kommerzielle Cloud-Computing-Anbieter kombinieren demzufolge Produkte und Dienstleistungen, damit handelt es sich im Verständnis von Goedkoop um eine PSS- Anwendung. Es können folglich die generischen Überlegungen der Wissenschaft bzgl. PSS auf Cloud-Computing angewendet werden. 3.3 Segmentierung und Anwendungsfelder von Cloud-Computing Cloud-Computing im geschäftlichen Bereich segmentiert sich in zwei Ebenen. Zum einen unterscheidet sich das Angebot nach der erbrachten Leistungsart. Zum Anderen wird unterschieden, in welchem rechtlichen Rahmen die Leistung angeboten wird und von wem die angebotenen Leistungen genutzt werden können (vgl. Abb. 9).

28 20 CLOUD-COMPUTING VOR DEM HINTERGRUND DER NACHHALTIGKEIT Abbildung 9: Cloud-Taxonomie (eigene Darstellung in Anlehnung Ried, 2010) Cloud-Computing Leistungsangebote Cloud-Computing im geschäftlichen Bereich unterscheidet drei Kategorien: Infrastructure as a Service (IaaS) IaaS beschreibt das Angebot zur Nutzung virtualisierter IT-Infrastruktur über das Internet. Die Kunden nutzen Server, Storage, Netzwerk und die gesamte Rechenzentrums-Infrastruktur als virtuelles Rechenzentrum. Dieser Service wir in der Regel als "shared" Service von Cloud-Service-Betreibern angeboten (vgl. BITKOM, 2011) Plattform as a Service (PaaS) Zusätzlich zum gebotenen Leistungsangebot der Hardware-Nutzung ermöglicht PaaS die Nutzung weiterer Anwendungs-Infrastruktur in Form von technischen Frameworks (Datenbanken und Middleware), meist als Basis für Eigenentwicklungen von Kunden (vgl. BITKOM, 2011). Software as a Service (SaaS) Software as a Service (SaaS) ist eine Form, bei der die Nutzer eine Applikation über das Internet nutzen. Dem Kunden werden dabei Infrastruktur-Ressourcen und Applikation wie z. B. CRM-Systeme oder Office-Systeme zu einem Gesamtbündel kombiniert angeboten (vgl. BITKOM, 2011). Für die spätere Betrachtung der unterschiedlichen Leistungsangebote ist wichtig festzustellen, dass die genannten as a Service"-Angebote auf einer gemeinsamen oder zumindest ähnlichen Plattform basieren und sich nur durch anbieterseitige Applikationssoftwareschichten unterscheidet (vgl. Abb. 10).

29 CLOUD-COMPUTING vor dem Hintergrund der Nachhaltigkeit 21 Abbildung 10: Systemdarstellung des Cloud-Dienstes des Anbieters Fujitsu (vgl. Manhart, 2011) Cloud-Computing Nutzungsrahmen Die zweite Segmentierungsebene von Cloud-Computing im geschäftlichen Bereich unterscheidet die einzelnen Betriebsformen und den Nutzungsrahmen. Hierbei werden die Extrempositionen Public Cloud und Private Cloud unterschieden (Abb. 9). Der fundamentale Unterschied zwischen diesen Ausprägungsformen besteht darin, dass eine Public Cloud ein Angebot eines Anbieters ist, bei dem eine Cloud-Infrastruktur von einer Vielzahl Kunden gemeinsam genutzt wird, also einen Shared Service darstellt. Die Private Cloud kombiniert Produkte und Services zu einem PSS im Sinne von Goedkoop. Das Angebot wird vom Kunden als Leistung konsumiert, womit ihm die Beschaffung von Hardware erspart bleibt. Aus betriebswirtschaftlicher Sicht fallen daher bei der Nutzung von Private Cloud-Angeboten keine Investitionsaufwendungen (CAPEX) an, sondern reine Betriebsausgaben (OPEX) (vgl. Abb. 11). Im Gegenzug dazu ist die "private Cloud" eine Cloud-Architektur, die ausschließlich von einer Firma oder einer Organisation beschafft und betrieben wird. In der Regel werden die entstehenden Leistungen durch eine Geschäftseinheit betrieben und anderen Geschäftseinheiten zur Verfügung gestellt (vgl. NIST, 2011). In den letzten Jahren haben viele Unternehmen die interne IT zu eigenständigen Geschäftseinheiten umgestaltet. Betrachtet man die "private Cloud" aus der Sicht des Gesamtunternehmens, so erfüllt diese streng genommen nicht die Eigenschaften eines PSS. Aus Sicht einer eigenständigen Einheit, die keine eigene IT betreibt und Cloud-Leistungen einer selbstständigen IT- Konzerneinheit zukauft, kann dies anders aussehen.

30 22 CLOUD-COMPUTING VOR DEM HINTERGRUND DER NACHHALTIGKEIT In der Praxis haben sich weitere Formen herausgebildet (vgl. Abb. 11). So bewegen sich die "Virtual Private Cloud", die "Managed Private Cloud" und die "Hosted Private Cloud" zwischen den beiden primären Ausprägungsformen (vgl. BITKOM, 2011, T-Systems, 2011). Berechtigung finden diese Zwischenformen primär aufgrund von Überlegungen der Datensicherheit und Systemverfügbarkeit. Wirtschaftliche Aspekte sprechen meist für die Nutzung einer Public Cloud (vgl. BITKOM, 2011). Der Vollständigkeit halber sei an dieser Stelle der häufig verwendete Begriff "Hybrid Cloud" eingeführt. Die "Hybrid Cloud" ist ein "Public Cloud" Angebot, welches auf Applikations-, Middleware- oder Infrastruktur-Ebene als Erweiterung zu herkömmlichen "On Premise" Rechenzentren oder zu "Private Clouds" dient. Angestrebt wird, heterogene Umgebungen aus firmenseitig erbrachten IT-Leistungen mit Public-Cloud-Angeboten von Serviceanbietern für den Nutzer homogen darzustellen (vgl. BITKOM, 2011). Die besondere Bedeutung liegt darin begründet, dass die Nutzer so ein flexibles Instrument nutzen können, welches in der Lage ist, Lastspitzen flexibel aufzufangen. Abbildung 11: Bereitstellungsoptionen und Zahlungsformen (eigene Darstellung) Die "Infrastruktur On Premise", also der Eigenbetrieb eines klassischen Rechenzentrums ohne den Einsatz von Virtualisierungstechnologien, stellt den traditionellen Gegenentwurf zur Public Cloud dar (Abb. 10). Um die Auswirkungen auf die Ökoeffizienz sinnvoll betrachten zu können, analysiert diese Arbeit primär diese beiden Gegenpole "Infrastruktur On Premise" versus "Public Cloud".

31 CLOUD-COMPUTING vor dem Hintergrund der Nachhaltigkeit Einordnung von Cloud-Computing in PSS Ausprägungsformen Tukker kategorisiert PSS in drei Hauptgruppen und in acht Untergruppen (vgl. Kapitel 2.3.1). Alle in Abbildung 11 genannten Cloud-Computing Ausprägungsformen sind als "ergebnisorientiertes PSS" / "Result oriented" einzugruppieren. Beim Cloud Computing erwirbt der Kunde in jedem der genannten Modelle das Anrecht auf eine konkrete Computing-Leistungen, ohne zu wissen, welche Produkte wie zur Leistungserbringung eingesetzt werden. Die zugrunde liegenden Produkte bleiben im Eigentum und im Besitz des Cloud-Service-Anbieters. Die drei von Tukker genannten Untergruppen von "ergebnisorientiertem PSS" (Abb. 5) Activity management, Pay per service Unit und Functional result können alle auf Cloud- Computing zutreffen. So trifft die Untergruppe "Activity management" auf die Zwischenformen (Abb. 11) "Virtual Private Cloud", "Managed Private Cloud" und "Hosted private Cloud" zu, da es sich hierbei um Outsourcingdienstleistungen handelt, bei denen der Anbieter kundenspezifische technische Anforderungen erfüllt, die sich näher an den zugrunde liegenden Produkten orientieren (vgl. BITKOM, 2011, Tukker, 2004). Die beiden Untergruppen "Pay per service unit" und "functional result" treffen in der Regel auf das Angebot einer "Public Cloud" zu. Bei allen Public Cloud Leistungsangeboten (IaaS, PaaS, SaaS) wird von den Anbietern eine konkrete Computing-Leistungen angeboten und in Form von Service-Level-Agreements (SLA) garantiert. Wie die Leistung erstellt wird, bleibt dem Anbieter überlassen. Für eine Vielzahl von Angeboten im Markt trifft zusätzlich die Kategorie "Pay per service unit" zu. Hierbei zahlt der Kunden nur die tatsächliche Nutzung der Computing-Leistungen - in der Regel auf Minuten- oder Stundenbasis (vgl. BITKOM, 2011).

32 24 ANWENDUNG GENERISCHER PSS-MECHANISMEN AUF CLOUD-COMPUTING-ANWENDUNGEN 4 ANWENDUNG GENERISCHER PSS-MECHANISMEN AUF CLOUD-COMPUTING- ANWENDUNGEN In diesem Kapitel werden die eher generischen Vorteile, die die Wissenschaft PSS zuspricht (vgl. Kapitel 2.4), auf die Praxis des Cloud-Computings angewandt und anhand von Beispielen überprüft. Aufgrund der in der Praxis vorherrschenden heterogenen Formen des Rechenzentrumsbetriebs und der unterschiedlichen Formen des Cloud-Angebotes werden in den folgenden Ausführungen nicht virtualisierte Rechenzentren - "Infrastruktur On Premise" mit der PSS- Anwendung "Public Cloud" verglichen. "Public Cloud "-Angebote stellen PSS-Anwendungen dar, die mögliche Ökoeffizienz-Potenziale am stärksten ausschöpfen. Für alle Zwischenformen wie z. B. virtualisierte Rechenzentren, Hosted Private Cloud- Angebote oder virtual private Cloud-Angebote bedeutet dies, dass je nach Ausprägung jeweils nur ein Teilnutzen zum Tragen kommt. 4.1 Effizienz steigernde Gestaltung und Produktion von Produkten Aus den Erkenntnissen der PSS-Forschung können Effizienz steigernde Effekte bereits bei der Gestaltung und Produktion von Produkten, die im Rahmen von PSS-Anwendungen eingesetzt werden, entstehen (Tabelle 1, ) Effizientere Produktangebote für Cloud-Anbieter Im Cloud Computing Markt, der sich in der Einführungsphase bzw. in Teilbereichen in der ersten Wachstumsphase befindet, ist bereits abzusehen, dass Effizienz steigernde Effekte bereits in der Produktionsphase der Produkte dieses PSS entstehen könnten. Cloud Computing stellt für die professionelle IT in Summe einen Paradigmenwechsel dar. Unternehmen, die heute noch ihre eigene IT in Form von Serverschränken, Serverräumen oder Rechenzentren betreiben, werden zukünftig vermehrt in Cloud-Angebote investieren, welche wiederum in der Regel in großen Rechenzentren produziert werden (vgl. Herrmann, 2010). Aus der Entwicklung der Serverstrukturen (Anhang 1a) ist ersichtlich, dass die Anzahl der großen Rechenzentren mit mehr als 5000 Servern zwischen 2008 und 2011 deutlich gestiegen ist und dies sicher nur der Anfang einer Entwicklung ist, sofern sich, wie prognostiziert, Cloud-Computing auch im professionellen Bereich auf breiter Basis durchsetzen wird (vgl. Zilch, 2011). Cloud-Anbieter sind also bestrebt, Server-Systeme einzusetzen, die für Sie einen optimalen Kompromiss aus Preis, Leistung und Ressourcenverbrauch darstellen. In großen Rechenzentren kommen meist Racks- oder zunehmend Blade-Systeme mit vielen Servern in einer Einheit zum Einsatz (vgl. Heise, 2011).

33 ANWENDUNG GENERISCHER PSS-MECHANISMEN AUF CLOUD-COMPUTING-ANWENDUNGEN 25 Bei Blade-Systemen bestehen die einzelnen Rechnereinheiten nur aus Einschubmodulen, die Prozessoren, Arbeitsspeicher und zum Teil Festplatten besitzen. Stromversorgung und Kühlung nutzen die Module gemeinsam. Neben einer hohen Flexibilität bzgl. Erweiterbarkeit, geringerem Verkabelungsaufwand und Materialeinsatz, liegt der große Vorteil im geringeren Energieverbrauch. Bladeserver konsumieren in Regel ca. 25% weniger Strom als herkömmliche Stand-alone-Server (vgl. Department of Energy Laboratories, 2011). Durch gemeinsam genutzte Kompontenten sparen Blade-Systeme rund 25% Gewicht ein (vgl. Umweltbundesamt, 2009). Blade-Systeme sind damit ein Beispiel dafür, dass Produkte, die eher größere Nutzer ansprechen, eine höhere Ökoeffizienz aufweisen können. Betrachtet man die Kundenstruktur im Servermarkt, so ist abzusehen, dass die Nachfrage vieler kleiner Kunden tendenziell zurückgeht (zumindest relativ zum Gesamtabsatz) und die Anzahl der Nachfrager mit hohem Beschaffungsvolumen zunehmen wird. Dies führt dazu, dass die Bedürfnisse der Cloud-Anbieter und der Nutzer großer Rechenzentren allgemein ein höheres Gewicht bei der Gestaltung der IT-Produkte erhalten werden. Die Entwicklung des wachsenden Segmentes der Blade-Systeme stützt diese These, da immer mehr Anbieter diesen Markt umkämpfen und stets ihre Produkte an die Anforderungen großer Kunden anpassen. Bereits heute bieten einige Hardwareanbieter spezialisierte Blade-Serverprodukte für Cloud-Anwendungen an. Cisco (Unified Computing System) und Fujitsu (Primergy Servern Produkte) bieten Produkte für Cloud-Anwendungen, die spezielle Vorteile in der Ökoeffizienz und im Management versprechen. Es ist aber festzustellen, dass alle führenden Hersteller von IT-Hardware spezielle Angebote für große Cloud-Betreiber entwickeln (vgl. experton Group, 2011). Dank einer engen Verzahnung zwischen Großkunde und Lieferant sind Überproduktionen, wie sie bei kleinteiligen Kundenstrukturen üblich sind, eher die Ausnahme, was wiederum eine effizientere Materialnutzung auf Herstellerseite zur Folge hat Optimierung der Verbräuche von Prozessoren In Servern und Computern im Allgemeinen spielt der Prozessor der Central Processing Unit (CPU) eine entscheidende Rolle für die Leistungsfähigkeit eines Computers. In einem typischen Server verbraucht die CPU ca. 31% der Gesamtenergie des Servers (vgl. Anhang 2). Aufgrund der zunehmen Nachfrage von Kunden, für die Ökoeffizienz ein wichtiges Beschaffungskriterium ist, arbeiten Anbieter wie der Marktführer Intel intensiv an der Entwicklung neuer energiesparender Prozessorgenerationen. So verspricht die Firma Intel für ihre neueste Xeon CPU Generation eine um 40% höhere Serverdichte in Racks und bis zu 50% mehr Rechenleistung pro Watt im Vergleich zur Vorgängergeneration (vgl. Intel, 2012). Als weiteres bedeutendes Unternehmen der Branche verspricht auch AMD, die Energieeffizienz seiner speziell für den Cloud-Markt optimierten Prozessoren verbessert zu haben (vgl. AMD, 2012). Auch wenn Cloud-Computing-Anwendungen und deren Betreiber ein wichtiger Treiber für die Steigerung der Energieeffizienz geworden sind, so unterliegt die Prozessorentwicklung weiteren Einflussgrößen, die sich positiv auf die Energieeffizienz auswirken. Zum einen

34 26 ANWENDUNG GENERISCHER PSS-MECHANISMEN AUF CLOUD-COMPUTING-ANWENDUNGEN fördert die weitere Verkleinerung der Prozessorstrukturen eine Energieeinsparung im Rahmen der normalen technologischen Entwicklung, zum anderen ist es im Bereich der Prozessoren für mobile Geräte essenziell, die Verbräuche weiter zu reduzieren, um bei mobilen Geräten wie Smartphones oder Tablet PC s längere Akkulaufzeiten zu erzielen. Technologien aus diesem Bereich fließen natürlich in alle Prozessorarchitekturen ein. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass die Anforderungen der Cloud-Service-Betreiber nach einer gesteigerten Ökoeffizienz zusammen mit einer wachsenden Marktbedeutung des Cloud-Ausrüstermarktes dazu führen, dass die generischen Effizienzkriterien der PSS-Literatur in der Praxis des PSS Cloud-Computing Bestätigung finden. 4.2 Effizienz steigernde Effekte durch geänderte Einsatzszenarien von Produkten Die Literatur beschreibt das Bestreben der Anbieter, die eingesetzten Produkte möglichst effizient zu nutzen als einen der wichtigsten PSS-bedingten effizienzsteigernden Faktoren. Dies ist damit zu erklären, dass PSS-Anbieter bestrebt sind, ihre Kosten zu senken, um Ihren Nutzen zu maximieren. Es wird also angestrebt, die beschafften und eingesetzten Produkte möglichst maximal über einen möglichst langen Zeitraum zu nutzen (vgl. Tabelle 1, Pos ). Zudem sind PSS-Betreiber bestrebt, bereits bei der Beschaffung neuer Komponenten die Nutzungskosten (total cost of ownership) möglichst gering zu halten, da die Betriebskosten direkt in die Berechnung der Wirtschaftlichkeit einfließen. Cloud-Service-Anbieter, die sich Ihrer ökologischen Verantwortung stellen, werden bestrebt sein, die eingesetzten Produkte - in diesem Fall Server, Netzwerkkomponenten, Software, Gebäude etc. - möglichst ökoeffizient zu nutzen. Dabei ist zu beachten, dass der effiziente Betrieb des Rechenzentrums das Kerngeschäft dieser Anbieter darstellt und nur hierdurch die Wirtschaftlichkeit und die Wettbewerbsfähigkeit des Unternehmens gesichert wird. Auf firmeneigene "On Premise" Rechenzentren trifft dies in der Regel nicht zu. Hier stellt die IT "nur" einen Kostenfaktor dar, ist aber in der Regel nicht für den gesamten Geschäftserfolg des Unternehmens verantwortlich. In den letzten Jahrzehnten ist die Zahl der kommerziell betriebenen Anwendungssoftware (Applikationen) in Rechenzentren sukzessive gestiegen. Im ähnlichen Maße, wie die Anzahl der betriebenen Applikationen zunahm, stieg auch die Anzahl der betriebenen physischen Server (vgl. Anhang 1). Die Steigerung der Serveranzahl liegt unter anderem darin begründet, dass IT-Spezialisten es vorziehen, nur eine Applikation auf einem Server zu betreiben, zwecks verbesserter Übersichtlichkeit und einfacherer Wartung. Weitere Gründe liegen darin, dass häufige Anpassungstätigkeiten reduziert werden sollen, die wirklich benötigten Kapazitären meist schwer abzuschätzen sind, weitere Puffer für eine steigende Nutzung berücksichtigt werden und IT-Budgets of unflexibel sind (vgl. Accenture & WSP, 2010). Als Folge davon werden klassische physische Server in der Regel nur mit 5 15 % ihrer maximalen Rechenkapazität ausgelastet (vgl. Eastwood, 2009). Forrester spricht sogar davon, dass 30% der

35 ANWENDUNG GENERISCHER PSS-MECHANISMEN AUF CLOUD-COMPUTING-ANWENDUNGEN 27 eingesetzten Server unbenutzt bleiben und so die durchschnittliche Nutzungsrate bei lediglich 3% liegt (vgl. Washburn, 2010). Ein Server der im Leerlauf, also ohne Nutzung weiterer Applikationen betrieben wird, verbraucht 70% des Stroms eines unter Volllast arbeitenden Servers (vgl. Abb. 12). Analog verhält es sich mit der emittieren CO 2 Menge, bei Nutzung eines durchschnittlichen erzeugten Stroms im deutschen Energiemix (Anhang 3). Abbildung 12: Darstellung der Beziehung Serverauslastung und Stromverbrauch (vgl. Accenture & WSP, 2010) Aus Ökoeffizienzgründen ist es folglich angeraten, einen Server möglichst hoch auszulasten. Um den Auslastungsgrad in der Praxis deutlich zu erhöhen, stellen die in Kapitel und besprochenen Techniken der Virtualisierung und des Overbookings ein probates Mittel dar Server-, Energie-Monitoring und Systemmanagement Grundlage aller Maßnahmen zu Steigerung der Ökoeffizienz ist ein detailliertes Wissen über die Zustände der einzelnen Komponenten im Rechenzentrum. In diesem Zusammenhang lassen sich die zwei Maßnahmengruppen Server-Monitoring und Energie-Monitoring unterscheiden. Das Server-Monitoring erfasst die Produktion der Computing-Leistungen und das Energie-Monitoring die Versorgung (vgl. BITKOM, 2008). Mit dem Server-Monitoring werden alle produktionsrelevanten Daten erfasst. So werden z. B. die Auslastungsgrade einzelner physischer oder virtueller Server ermittelt und Fehl- oder Nichtfunktionen identifiziert. Gerade Cloud-Computing-Anbieter sind bestrebt, die betriebene Hardware maximal auszunutzen (Abb. 12, Anhang 3) und trotzdem auch in Peakzeiten den "Quality of Service" und die mit den Kunden vereinbarten SLA s einzuhalten. Diese Gradwanderung mit

36 28 ANWENDUNG GENERISCHER PSS-MECHANISMEN AUF CLOUD-COMPUTING-ANWENDUNGEN maximaler Effizienz zu erreichen, stellt eine der Kernkompetenzen eines guten Cloud- Anbieters dar und ist zugleich die Basis für hohe Wirtschaftlichkeit und Wettbewerbsfähigkeit. Der Schlüssel dazu ist ein effizientes Server-Monitoring. Das Energiemonitoring wiederum erfasst physikalische Verbrauchs- und Zustandsdaten, die Rückschlüsse auf den Energieverbrauch einzelner Komponenten ermöglichen. Hierbei hat es sich als sinnvoll erwiesen, neben den direkten Stromverbräuchen auch die Temperaturen an verschiedenen Stellen des Rechenzentrums zu ermitteln (vgl. BITKOM, 2008). Die Summe dieser Daten dient dazu, die Betriebsabläufe nach den Gesichtspunkten der Ökoeffizienz zu optimieren. Diese Daten bilden die Grundlage für einen fortwährenden Kreislauf aus Monitoring, Visualisierung, Analyse und Optimierung (Anhang 4). Die Dokumentation der betriebenen Effizienzmaßnahmen stellt heute einen Zusatznutzen für Cloud-Service-Anbieter dar. Zum einen ist es abzusehen, dass regulatorische Maßnahmen seitens der Regierungen eingeführt werden, zum anderen dienen diese Daten dazu, umweltbewussten Kunden und sonstigen Stakeholdern Rechenschaft über die erreichte Ökoeffizienz in Form von CSR-Reports abzulegen (vgl. Tratz-Ryan et al., 2011) Virtualisierung Bei der Virtualisierung, die eine Basistechnologie von Cloud-Systemen darstellt, stellen die physischen Server nur noch die Basis für virtuelle Server dar. Es ist also möglich, eine Vielzahl von virtuellen Servern mit eigenem Betriebssystem und eigener Anwendungssoftware auf einem physischen Server zu betreiben. Im Gegensatz zu physischen Servern lässt sich ein virtueller Server in seinen Leistungsmerkmalen ohne Änderungen an der Hardware verändern und erweitern. So kann die Rechenleistung (virtuelle CPU), der Arbeitsspeicher (virtueller RAM) oder die Storagegröße (in der Regel Festplattenkapazität) des virtuellen Servers über die Virtualisierungssoftware verändert werden. Ferner ist es möglich, virtuelle Server im laufenden Betrieb auf andere physische Server zu verschieben. Hieraus ergeben sich vollkommen neue Möglichkeiten der Effizienzsteigerung. In der Praxis hat sich gezeigt, dass eine Steigerung der Serverauslastung um den Faktor 10 nicht unrealistisch ist. In einem konkreten Beispiel wurden 250 physische Server durch 25 physische Server mit 250 virtuellen Servern ersetzt (Abb. 13, Beispiel Insight). Unter Berücksichtigung anderer Server-Auslegung und Auslastung errechnet sich bei diesem Beispiel eine Einsparung des Stromverbrauchs von 88%. Zu einem ähnlichen Ergebnis kommt auch der "Green Calculator" der VMware mit der gleichen Anzahl von Servern (vgl. Abb. 12). Dank der nicht zu beschaffenden Serverhardware ergeben sich bei diesen Beispielen Kosteneinsparungen von rund 85 %.

37 ANWENDUNG GENERISCHER PSS-MECHANISMEN AUF CLOUD-COMPUTING-ANWENDUNGEN 29 Tabelle 2: Anwendungsbeispiel aufbauend auf Beispielen von Insight Inc. (Anhang 5) und VMware (Anhang 6) (eigene Darstellung) Einsparungspotenzial durch Servervirtualisierung Anwendungsbeispiel Einheit Insight VMware Serverkosten vor der Virtualisierung Server $ nach der Virtualisierung - 25 Server $ Einsparung % 86% 85% Stromverbrauch vor der Virtualisierung Server kwh nach der Virtualisierung - 25 Server kwh Einsparung % 88% 88% Kritisch anzumerken ist hierbei, dass diese Ergebnisse keinen Anspruch auf Allgemeingültigkeit besitzen, es kann aber als sicher angenommen werden, dass die Virtualisierung von Serverlandschaften erhebliche Effizienzpotenziale birgt Overbooking Beim sogenannten Overbooking machen sich Cloud-Service-Anbieter die Tatsache zur nutze, dass Kunden definierte Computing-Leistungen zwar gebucht haben, aber diese nicht voll ausnutzen. Diese Computing-Leistungen bestehen im Falle von IaaS in der Regel in einer definierten Anzahl von CPU-Kernen, GB RAM-Kapazität und GB Storage Kapazität; bei PaaS- und SaaS-Angeboten in der genutzten Anzahl von Softwarelizenzen. Betrachtet man die Summe der Kunden, ist ein erhebliches Delta zwischen erworbener Computing-Kapazität und real genutzter Kapazität festzustellen. Bei einer großen Summe von Kunden entsteht so Raum für das sogenannte Overbooking. Overbooking bedeutet, dass weniger physische Ressourcen zur Verfügung stehen, als logisch den Kunden zugeteilt wurden. Für das Management der Cloud-Infrastruktur bedeutet dies, dass ein professionelles Monitoring und Management vorhanden sein muss, in Verbindung mit der Möglichkeit, bei kollektiver Peaknutzung der Kunden ggf. zusätzliche Hardware einsetzen zu können. Kurzfristige Peaküberschreitungen stellen in der Regel kein Problem für den Kunden dar, da hierdurch nur eine Verlangsamung von Prozessen entstehen, aber keine Fehlfunktionen. In der Praxis erfolgt ein Overbooking von CPU-Leistung im Bereich von Faktor 5 7, für RAM bis zu einem Faktor 2 (vgl. Krogull, 2012). Für den Bereich der Storages raten die Experten eher davon ab, Overbooking zu nutzen.

38 30 ANWENDUNG GENERISCHER PSS-MECHANISMEN AUF CLOUD-COMPUTING-ANWENDUNGEN Cloud-Service-Anbieter sichern in der Regel zu, dass die gebuchten Ressourcen zur Verfügung stehen, aber die Flexibilität, jederzeit zusätzliche Leistungen "on demand" abfordern zu können, lassen sich zum Beispiel Amazon oder IBM extra durch Reservierungsangebote bezahlen (vgl. amazon, 2012). Für Cloud-Anbieter ist Overbooking einer der wichtigsten Aspekte bei der Kalkulation der Wirtschaftlichkeit. Riskiert ein Anbieter, das zugesicherte "Quality of Service"-Niveau durch einen hohen Overbooking-Faktor nicht einhalten zu können, geht er das Risiko möglicher Vertragsstrafen ein, sofern diese vereinbart sind. Geht er auf die sichere Seite, durch einen geringen Overbooking-Faktor, entstehen entsprechende Einbußen in der Wirtschaftlichkeit Power Usage Effectiveness (PUE) Der Betrieb einer Vielzahl von Servern, Netz- und Storage-Komponenten bedarf entsprechender Räumlichkeiten. Im kleinsten Fall eines Serverbetriebs handelt es sich um Serverschränke gefolgt von Serverräumen bis hin zu Rechenzentren mit vielen Tausend Servern. Der Einfachheit halber wird stellvertretend für alle Formen hier der Begriff Rechenzentrum verwendet. Diese Räumlichkeiten eines Rechenzentrums stellen dank Heizungs-, Lüftungs- und Klimatechnik optimale Betriebsbedingungen für die betriebenen Komponenten her. Der Stromverbrauch hierfür beträgt zwischen 20 und 60% der gesamten Verbräuche eines Rechenzentrums (vgl. GeSI / The Boston Consulting Group GmbH, 2009). Die Effektivität dieser Rahmeninfrastruktur eines Rechenzentrums wird mit der Power Usage Effectiveness (PUE) angegeben. Dieser PUE ist definiert als Verhältnis von Gesamtenergieverbrauch des Rechenzentrums zum Verbrauch der IT-Hardware. So bedeutet ein PUE-Wert von 1,5, dass 1 kwh für die Hardware einem Gesamtverbrauch des Rechenzentrums von 1,5 kwh gegenübersteht. Demzufolge werden 0,5 kwh für Kühlung, Heizung, Beleuchtung, Sicherheitsüberwachung etc. verbraucht. Während noch im Jahr 2007 der durchschnittliche Wert bei US Rechenzentren bei 1,97 lag, ist es heute möglich, Werte von 1,1 bis 1,2 zu erreichen (vgl. Rüdiger, 2012). Steht das Angebot von Cloud- Computing-Leistungen im Zentrum des Geschäftsmodells, so wie das bei Cloud-Service- Anbietern der Fall ist, wird dieser versuchen, diesen Wert möglichst gering zu halten. Anhand gezielter Maßnahmen der Effektivitätssteigerung wie Kalt- und Warmgänge, wärmere Betriebstemperaturen, Freiluftkühlung, Wasserkühlung etc. lassen sich gegenüber traditionellen Rechenzentren 40% Strom einsparen (vgl. Accenture & WSP, 2010). Allein die Erhöhung der Betriebstemperatur von 20,5 C auf 23,3 C führte bei KPMG zu einer Reduzierung der Kosten der Kühlung um 12,7% (vgl. Washburn, 2010). Eine weitere Option ist in den letzten Jahren aufgrund der weltweit immer besseren und preiswerteren Telekommunikations-Infrastruktur entstanden. Verfolgt ein Cloud-Anbieter konsequent Nachhaltigkeitsziele, so kann er den Standort seines Rechenzentrums nach Fragen der Ökoeffizienz ausrichten.

39 ANWENDUNG GENERISCHER PSS-MECHANISMEN AUF CLOUD-COMPUTING-ANWENDUNGEN 31 Gute Beispiele hierfür liefern die Firmen Facebook und Google, deren Geschäftsmodelle zwar nur in ihren Randbereichen Cloud-Services hervorbringen, aber trotzdem einen enormen Bedarf an Computing-Leistungen besitzen. Diese Firmen haben neue Rechenzentren in kühlen Regionen in Finnland und Norwegen errichtet. Aufgrund der klimatischen Gegebenheiten ist hier eine ressourcenschonende Kühlung mittels Wasser und Luft möglich. Zudem kann Strom aus regenerativer Wasserkraft genutzt werden (vgl. Heise online, 2011). Einen anderen Weg geht die Wissenschaft in Forschungsprojekten. Hier werden Möglichkeiten ausgelotet, die Abwärme von Rechenzentren zur Beheizung von Gewächshäusern oder als Wärmequelle für verfahrenstechnische Anlagen zu nutzen, um Rechenzentren dank der Nutzung von Synergien im Verbundsystem ökoeffizienter betreiben zu können (vgl. Witkowski et al., 2010). Die genannten Beispiele zeigen sowohl die mögliche Effizienzsteigerung einer PSS- Anwendung (analog Tabelle 1 2.1), als auch die zusätzlichen Möglichkeiten durch "economics of scale" (analog Tabelle 1 3.1). Kleinere Rechenzentren "On Premise" werden, wie der Name auch schon verrät, in der Regel im oder nahe beim Firmensitz betrieben und haben allein deshalb weniger Möglichkeiten, Verbundpotenziale oder kühlere Erdregionen zur Ökoeffizienzsteigerung zu nutzen Stromversorgung Neben der wichtigen Fragestellung, wie der Stromverbrauch der Infrastruktur reduziert werden kann, ist die Frage wie der verbrauchte Strom hergestellt wird, entscheidend für die Verbesserung der Ökoeffizienz eines Rechenzentrums. Im Rahmen ihrer Nachhaltigkeitsstrategie hat die Firma Fujitsu zusammen mit dem Fraunhofer Institut IZM und dem bifa Environmental Institute die Ökobilanz (Life Cycle Assessment), und als Teilmenge davon den CO 2 Fußabdruck (Carbon foodprint) für eines ihrer Servermodelle ermittelt (vgl. Abb. 14). Hierbei wurde ermittelt, dass die Nutzungsphase rund 52 % der gesamten CO 2 Belastung ausmacht, wenn man den durchschnittlichen deutschen Strommix zugrunde legt (vgl. Fujitsu, 2010).

40 32 ANWENDUNG GENERISCHER PSS-MECHANISMEN AUF CLOUD-COMPUTING-ANWENDUNGEN Abbildung 13: CO 2 Emissionen im Life Cycle eines Servers der Marke Fujitsu (Typ TX 300) bei 5 Jahren Nutzung, 30% Durchschnittslast und im deutschen Energiemix (vgl. Fujitsu, 2010) Für den Rechenzentrumsbetrieb ist also die Frage nach einer umweltschonenden Energieversorgung aus Ökoeffizienzgründen essenziell. In einer aktuellen Untersuchung der Stromquellen der führenden Cloud-Anbieter konnte Greenpeace feststellen, dass es erhebliche Unterschiede in Bezug auf die Versorgung von Rechenzentren mit erneuerbaren Energien gibt. Während Amazon, Apple und Microsoft im hohen Maße Strom aus Kernkraft und Kohle einsetzen, gehen Unternehmen wie Yahoo, Google und Facebook dazu über, ihre Rechenzentren mit erneuerbaren Energien zu betreiben. Aufgrund des öffentlichen Drucks legen immer mehr Cloud-Service-Anbieter die Quellen ihrer Energieversorgung offen (vgl. Greenpeace, 2012). Die weltweite Publikation der Ergebnisse durch Greenpeace und die gerade an Apple geäußerte Kritik dürfte die Sensibilität der Anbieter für das Thema deutlich erhöhen. Für die Planung von Rechenzenten bedeutet dies, dass einer der wichtigsten Standortkriterien die räumlich nahe Erzeugung von regenerativem Strom sein sollte und für CSR beflissene Unternehmen bereits heute schon ist. Hierdurch werden die CO 2 -Emissionen auf das Maß beschränkt, welches bei der Produktion regenerativer Stromerzeugungsanlagen entsteht. Hinzu kommt, dass durch die räumliche Nähe zwischen Produktion und Nutzung die Leitungsverluste des Transportes von Strom reduziert werden. Eine weitere Möglichkeit, die Stromproduktion umweltverträglicher zu gestalten, ist die Installation einer Photovoltaikanlage auf dem Gebäude des Rechenzentrums. Positiv hierbei ist, dass Rechenzentren gerade dann einen hohen Stromverbrauch aufweisen, wenn auch Photovoltaikanlagen ihre Peakleistung erreichen und so einen Teil des Stromes CO 2 neutral erzeugt werden kann. So sieht auch die Firma IBM in der Nutzung von Photovoltaikanlagen in Verbindung mit Rechenzentren eine weitere Möglichkeit zur Steigerung der Ökoeffizienz (vgl. Erneuerbare Energien, 2011).

41 ANWENDUNG GENERISCHER PSS-MECHANISMEN AUF CLOUD-COMPUTING-ANWENDUNGEN 33 Ein weiterer, eher wenig bedeutender Aspekt zur effizienteren Energienutzung, liegt in der Technik der Stromversorgung. Rechenzentren sind auf eine sichere 24/7 Stromversorgung angewiesen. Professionelle Rechenzentrumsbetreiber betreiben einen erheblichen Aufwand zur Sicherstellung eines 100%-Servicelevels. Erzielt wird eine unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) durch eine hohe Redundanz in den Komponenten und den Einsatz von Generatoren für die Notversorgung. Nachhaltigkeitsorientierte Rechenzentrumsbetreiber treiben Bestrebungen voran, die Wirkungsgrade der USV bei hoher Versorgungssicherheit zu steigern (vgl. BITKOM, 2008) Softwareengineering Werden wie im Falle von PaaS und SaaS definierte Softwareumgebungen als Cloud- Service-Angebot dem Kunden bereitgestellt, ergeben sich Einsparpotenziale dadurch, dass die eingesetzte Software optimal auf die Betriebshardware angepasst wird. Gerade für die vielen Softwareanbieter, die verstärkt in den Cloud-Markt drängen (vgl. Herrmann, 2010), ist es möglich und sinnvoll, bei der Entwicklung ihrer Software bereits Anpassungen für die Betriebsumgebung durchzuführen und so höhere Wirkungsgrade zu erzielen. Sofern die Entwicklungsmaxime einer breiten Hardwarekompatibilität unterschiedlichster Systeme nicht gewährleistet werden muss, können die Entwickler das komplette Potenzial der Software und der Hardware in Bezug auf Maximalleistung und Ökoeffizienz nutzen. Im Rahmen des EU-Projektes "GAMES" (Green Active Management for Energy in IT Service Centres) wird die Weiterentwicklung des Zusammenspiels von Software und Hardware in Rechenzentren vorangetrieben. Durch das Zusammenspiel einer ausgeprägten Sensorik und einem umfassenden Monitoring wird eine effizientere Abarbeitung von Algorithmen in den Softwarekomponenten ermöglicht. Erste Ergebnisse des Projektes zeigen, dass sich durch diese Maßnahmen 25% des Energieverbrauchs der Server einsparen lassen (vgl. Rüdiger, 2012). Zusammenfassend ist die Aussage zulässig, dass der Einsatz von Produkten im PSS-Cloud- Computing ein erhebliches Potenzial bietet, die Ökoeffizienz anhand der genannten Verfahren zu verbessern. 4.3 Skaleneffekte in der Nutzungsphase Einer der wichtigsten Punkte zur Steigerung der Ökoeffizienz von PSS-Anwendungen sind die "economics of scale" - Skaleneffekte (Tabelle 1, 3.1). Hierunter werden Effizienz- und Kostenvorteile verstanden, die aufgrund hoher Produktionsvolumina gleichgearteter Produkte entstehen, z. B. in der industriellen Produktion. Beispiele hierfür sind die Produktion von Kraftfahrzeugen oder von Produkten aus im Bereich der Telekommunikation. Wichtigstes Kriterium für den Aufbau großer Produktionsstätten ist die Reduzierung der Stückkosten. Dies wird möglich, durch einen für viele Produkte standardisierten Produktionsprozess (vgl. Baumol et al., 2012). Für ökologische Fragestellungen der Ökoeffizienz einer Produktion bedeutet dies, dass groß angelegte Produktionssysteme in eine deutlich geringere Schadstoffbelastung pro erzeugtem Gut münden. Maßnahmen des Umweltschutzes, der Energieeinsparung oder der Reduzierung des Ressourceneinsatzes sind in der Regel nur dann wirtschaftlich und operativ

42 34 ANWENDUNG GENERISCHER PSS-MECHANISMEN AUF CLOUD-COMPUTING-ANWENDUNGEN umzusetzen, wenn sie auf eine Vielzahl von Produkten Anwendung finden (vgl. Baumol et al., 2012). Beispielsweise rentiert sich die aufwendige ökoeffiziente Kühlung eines Rechenzentrums nicht, wenn dort nur wenige Server betrieben werden. Außerdem bietet eine Produktion im industriellen Stil komplett neue Möglichkeiten, Kreislaufsysteme mit eigenen institutionalisierten Geschäftsprozessen in Hinblick auf den ökologischen Nutzen aufzubauen. Betrachtet man die übliche Arbeitsweise in On Premise Rechenzentren jeder Größe, so ist diese eher mit einer Manufaktur als mit einer Produktion zu vergleichen. In professionellen Rechenzentren werden zwar definierte Verfahren zur Installation, Konfiguration und Dokumentation eingesetzt, trotzdem erfolgen die Arbeitsabläufe individuell, wenig rationalisiert und normiert. Durch die schnellen Innovationszyklen in der IT entstehen mit der Zeit heterogen gewachsene Infrastrukturen aus alter und neuer IT-Hardware, oft zudem auch von verschiedenen Herstellern. Hierdurch wird auch eine Ersatzteilbevorratung unmöglich, die nur durch teure Wartungsverträge mit den Herstellern aufgefangen werden kann. Zudem wird aufgrund der schnellen Innovationszyklen Flexibilität oft mit Ineffizienz erkauft. Gerade in klassischen, also nicht virtualisierten, Strukturen werden ältere Server entweder zu früh oder zu spät mit leistungsfähigeren Servern ersetzt (vgl. Krogull, 2012). Mit dem Aufkommen der PSS-Anwendung Cloud-Computing entstehen bei globalen Anbietern erstmalig industrielle Produktionsmethoden für IT-Service-Angebote (vgl. Plummer et al., 2008). Neben nationalen Anbietern bieten global tätige Anbieter wie z. B. Microsoft, Amazon, IBM oder Fujitsu Cloud-Computing-Dienste an. Diese betreiben riesige Rechenzentren in allen Erdteilen und vermarkten die Cloud-Computing-Leistungen global. Ein Beispiel hierfür stellen die Microsoft Azure Rechenzentren dar. Die Basis der Rechenzentren sind standardisierte Container. Dieses Containersystem ermöglicht eine standardisierte Produktion und eine dynamische Erweiterungsmöglichkeit im Betrieb eines Rechenzentrums um weitere Container binnen weniger Stunden (vgl. Mueller, 2009). Was dies in einer Praxisanwendung für die CO 2- Emissionen im konkreten SaaS- Anwendungsfall bedeutet, wurde von Accenture & WSP anhand einer Endkundennutzung der Programme Microsoft Exchange, Microsoft Sharepoint und Microsoft Dynamics CRM analysiert (vgl. Abb. 15). Nach den Vorgaben des Herstellers wurden Installationen für 100 (Small On-Premise), 1000 (Medium On-Premise), (Large On-Premise) Nutzer vorgenommen. Verglichen wurden diese Installationen mit einem vergleichbaren Angebot der Microsoft Azure Cloud.

43 ANWENDUNG GENERISCHER PSS-MECHANISMEN AUF CLOUD-COMPUTING-ANWENDUNGEN 35 Abbildung 14: CO 2 Emission bei Applikationsnutzung verglichen "On Premise" vs. Cloud-basierendem Betrieb (vgl. Accenture & WSP, 2010) Die Ergebnisse zeigen deutlich den Zusammenhang von CO 2 Emissionen und Größe des Rechenzentrums. Obwohl die Software in allen Fällen so wie vom Hersteller empfohlen betrieben wurde, wird deutlich, dass gerade kleine und mittlere Rechenzentren weniger effizient arbeiten. So entsteht bei gleicher Wertschöpfung, in diesem Fall der Möglichkeit zur Nutzung einer spezifischen Software, eine deutlich geringere Schadschöpfung. Damit ist die Ökoeffizienz im Falle der Cloud-Anwendung deutlich höher. Die genannte Studie verallgemeinert dieses Ergebnis auch auf andere Cloud-Service-Anbieter und Szenarien (vgl. Accenture & WSP, 2010). Das wichtigstes Kriterium für diese deutlichen Vorteile des Cloud-Service-Angeboten liegt in der Tatsache begründet, dass die Auslastung der IT-Hardware bei einem professionellen Cloud-Anbieter deutlich näher am Limit gefahren werden kann und Server effizienter betrieben werden (Anhang 1b) und zum anderen auch die Optimierungsmaßnahmen analog vorherig genannter Maßnahmen greifen. Die economics of scale stellen also ein Zusammenspiel vieler Einzelmaßnahmen dar. Diese Maßnahmen zu ergreifen, ist nur jenen Unternehmen wirtschaftlich möglich, die in der Lage sind, diese Kosten auf eine hohe Stückzahl physischer Produkte oder eine große Menge produzierter Dienstleistungen zu verteilen (vgl. Berndt, 2005). Die economics of scale bei der Produktion von Cloud-Dienstleistungen werden nicht durch eine singuläre Technik erreicht. Die economics of scale bereitet hingegen die Grundlage, dass ein strukturierter Prozess zur Steigerung der Ökoeffizienz überhaupt erst wirtschaftlich sinnvoll ist und mit personellen und finanziellen Mitteln ausgestattet wird. Schließlich lässt sich durch einen Mix mehrerer Verfahren und Technologien aber eine deutliche Steigerung der Ökoeffizienz erreichen.

44 36 ANWENDUNG GENERISCHER PSS-MECHANISMEN AUF CLOUD-COMPUTING-ANWENDUNGEN 4.4 Effizienz steigernde Effekte durch die Optimierung von Kreisläufen Die Wissenschaft verspricht, dass durch PSS im Vergleich zu einer reinen Produktnutzung eine Optimierung von Materialkreisläufen möglich sei (Abb. 1, Pos ). Zusammengefasst sieht die Wissenschaft positive ökologische aber auch ökonomische Faktoren dank verbesserter Wartung, geschlossener Kreisläufe, längerer Produktnutzung, verbesserter Prozesse etc Verlängerung der Nutzung von Hardware Vergleicht man den Hardwareeinsatz eines "On Premise" Rechenzentrum mit dem eines Cloud-Service-Anbieters, zeigen sich deutliche Unterschiede. Gerade bei kleineren Rechenzentren erfolgt eine Neubeschaffung von Serverkapazität in der Regel nur bei konkretem Bedarf. Alte Hardware wird situativ weiter betrieben, einem Upgrade unterzogen, anderweitig verwendet oder durch Neue ersetzt, so wie es die Situation erlaubt und den Verantwortlichen unter Berücksichtigung von Rahmenbedingungen wie Budget, Personalressourcen sinnvoll erscheint. Gerade in heterogenen, nicht virtualisierten Umgebungen, tendieren die Verantwortlichen dazu, möglichst neue Hardware einzusetzen, um hohen Konfigurationsaufwand und Inkompatibilität zu vermeiden (vgl. Krogull, 2012). Im Gegenzug dazu sind professionelle Cloud-Service-Anbieter aufgrund ihrer Größe bestrebt, eine Optimierung der Hardwarenutzung zu erzielen. So sind Cloud-Service-Anbieter, die ja in der Regel eine gewisse Größe aufweisen, in der Lage, den Lebenszyklus der eingesetzten Serverhardware zu managen und nach den Kriterien der Ökoeffizienz auszurichten. Cloud-Service-Anbieter unterteilen meist ihre Kundenangebote in verschiedene Leistungsklassen wie z. B. Gold-, Silber-, Bronze-Angebote (vgl. experton Group, 2011). Diese Angebote unterscheiden sich in der Leistung, definiert durch unterschiedliche SLA- Klassen. Der Kunde kann also entscheiden, welche Verarbeitungsgeschwindigkeit, welche Verfügbarkeit und welche Sicherheit das genutzte Cloud-Service-Angebot aufweisen soll. Damit liegt es auch in seinem Ermessen, welches Computing-Niveau der einzelne Anwendungsfall seiner Nutzung aufweisen soll. Cloud-Computing-Anbietern eröffnen sich so Möglichkeiten, ältere Server mit niedrigeren Leistungsklassen (SLA-Klassen) zu geringeren Preisen anzubieten (vgl. Krogull, 2012). Dies bedeutet, dass in der Regel neue Server dazu dienen, die hochwertigen Angebote abzubilden. Mit generationsbedingten neuen Hardwareanschaffungen und steigender IT- Leistungsentwicklung, werden diese im Laufe der Zeit für niederwertigere Dienste eingesetzt. In der Praxis wird dann ein neuer Server erst ein Gold -Angebot abbilden, dann ein Silver - Angebot und als letzte Nutzungsstufe ein Bronze -Angebot. Cloud-Service-Anbieter sind so in der Lage, ein effektives Management der Hardwaregenerationen unter Berücksichtigung von Kundennachfrage, Energieeffizienz und betrieblichen Überlegungen zu betreiben (vgl. Krogull, 2012).

45 ANWENDUNG GENERISCHER PSS-MECHANISMEN AUF CLOUD-COMPUTING-ANWENDUNGEN 37 Im Vergleich zu On Premise Rechenzentren ergeben sich für Cloud-Service-Anbieter so deutlich mehr Möglichkeiten, einen Betrieb über den gesamten Lebenszyklus der Serverinfrastruktur ökoeffizient zu gestalten und Server so lange zu nutzen, wie dies unter ökologischen und wirtschaftlichen Gesichtspunkten sinnvoll ist Aufbau von Materialflüssen Rechenzentren stellen ein komplexes Gebilde aus unterschiedlichen Komponenten dar. Sieht man von Gebäuden und ihrer Infrastruktur ab, kommen elektronische Komponenten aus folgenden Gruppen zum Einsatz: Informations- und Kommunikationstechnik: Server, Blades, Speicher, Netzinfrastruktur etc. Elektrik: Unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV), Stromverteilung, Notstromaggregate etc. Computer-Einhausungen: Racks etc. Kühlungs- und Klimatisierungssysteme Sonstige Infrastruktur, z. B. Brandschutz, Sicherheitstechnik, Eingangsschleusen, Leitstände, Doppelböden etc. (vgl. Umweltbundesamt, 2009, 10). Für die Produktion dieser Komponenten kommt ein breiter Mix unterschiedlicher Materialien zum Einsatz. Allein ein moderner Prozessor setzt sich aus über 45 Elementen zusammen (vgl. Umweltbundesamt, 2009). In Summe sind nach Berechnungen im Auftrag des Umweltbundesamtes ca Tonnen unterschiedlicher Materialien in deutschen Rechenzentren eingesetzt (vgl. Anhang 7). Hierbei spielen die verwendeten Metalle mit 72% die dominierende Rolle (vgl. Abb. 16). In der Gruppe Metalle dominieren die Elemente Eisen, Aluminium und Kupfer. Abbildung 15: Materialbestand IT in deutschen Rechenzentren nach Stoffgruppen (vgl. Hintemann et al., 2010)

46 38 ANWENDUNG GENERISCHER PSS-MECHANISMEN AUF CLOUD-COMPUTING-ANWENDUNGEN Bricht man diese Zahlen auf das einzelne große Rechenzentrum (> 5000 Server), wie sie von großen Cloud-Service-Anbietern betrieben werden, herunter, so werden durchschnittlich ca. 173 Tonnen Hardware (vgl. Anhang 8) eingesetzt. Bei einem Abschreibungszyklus der Hardware von 3 7 Jahren (vgl. Bundesfinanzministerium, 2012), der natürlich nicht der eigentlichen Nutzungsdauer entsprechen muss, bedeutet dies, dass in einem solchen Rechenzentrum Jahr für Jahr viele Tonnen Elektronikschrott entstehen. Diese Menge stellt aufgrund der wertvollen Rohstoffe einerseits einen hohen Wert dar, andererseits aber auch eine hohe Herausforderung beim Recycling, aufgrund der zahlreichen integriert eingesetzten Rohstoffe. Cloud-Service-Anbieter mit großen Rechenzentren sind daher gezwungen, den Lebenszyklus ihres IT-Inventars sorgfältig managen. Zwar sind Hersteller von elektronischer IT-Hardware nach Umsetzung der WEEE-Richtlinie in deutsches Recht verpflichtet, die von ihnen in Umlauf gebrachten Geräte nach der Nutzungsphase zum Recycling zurückzunehmen, aber bei hohen Rohstoffpreisen macht es ökonomisch für große Rechenzentrumsbetreiber keinen Sinn, diese Werte dem Hersteller kostenfrei zu überlassen. Cloud-Service-Anbieter werden also eine direkte Zusammenarbeit zwischen den Herstellern ihrer IT-Produkte anstreben, um Rohstoffkreisläufe optimal zum gegenseitigen Nutzen zu optimieren. Einige IT-Hersteller haben die Verwertung von alten IT-Produkten bereits als Geschäftsfeld für sich entdeckt und Angebote für ihre Großkunden entwickelt. So bieten die beiden Großen der Branche IBM und HP an, Altgeräte (auch von Dritten) von ihren Großkunden zurückkaufen, um sie wieder aufzubereiten und einer Weiternutzung oder einem ISO zertifizierten Recycling zuzuführen (vgl. Heise, 2012, Hewlett Packard, 2012). Dies kann sich für beide Seiten positiv auf die Wirtschaftlichkeit und die ökologische Nachhaltigkeit auswirken. Der Cloud-Service-Anbieter erhält eine maximale monetäre Kompensation für seine Altgeräte. Der Gerätehersteller oder andere weiterverwertende Unternehmen bekommen so größere Stückzahlen von IT-Produkten mit bekannter Historie, gleicher Ausstattung und hohem Wartungsgrad zur Weiterverarbeitung. Globale IT-Anbieter wie z. B. Hewlett Packard kennen die wichtigen Zukunftstrends: Unternehmen müssen sich ihrer sozialer Verantwortung stellen (so auch die Cloud-Service- Anbieter), weltweit werden Gesetze zur Wiederverwendung von Rohstoffen eingeführt, Rohstoffe werden immer teurer und der Nachschub seltener Erden kann problematisch werden (vgl. Hewlett Packard, 2012). Hinzu kommt ein weiterer Trend. Immer mehr Anbieter von Hard- und Software entwickeln eigene Cloud-Service-Angebote im Sinne PSS unter Einsatz eigener Technologie. Beispiele hierfür sind im Hardwarebereich die Firmen HP und Fujitsu, die sowohl Server und Blades herstellen als auch eigene IaaS-Cloud-Angebote entwickelt haben (vgl. Herrmann, 2010).

47 ANWENDUNG GENERISCHER PSS-MECHANISMEN AUF CLOUD-COMPUTING-ANWENDUNGEN 39 Wenn dieser Geschäftszweig eine kritische Masse innerhalb des Gesamtangebots des jeweiligen Herstellers erreicht, steht zu erwarten, dass ihm Know-how aus diesem Geschäftszweig dient, um Produkte optimal, d. h. unter Berücksichtigung der Ökoeffizienz auf den Anwendungsfall Cloud-Computing einzusetzen. All diese Entwicklungen führen dazu, dass Anbieter von IT-Hardware, vor allem die global tätigen, den Umgang mit Rohstoffen weiter optimieren werden (vgl. Abb. 17). Abbildung 16: Veränderter Umgang mit Rohstoffen durch Anbieter von IT-Equipment (eigene Darstellung) Neben den bereits erwähnten Reusekonzepte gibt es also genug Anreize, neue Recyclingverfahren zu entwickelt, um so die Recyclingquote zu erhöhen (vgl. Umweltbundesamt, 2009). Das Recycling von mengenmäßig bedeutenden Metallen wie Eisen, Kupfer, Aluminium, Nickel und Zink stellt heute ein verhältnismäßig geringes Problem dar. Anders sieht es mit den Metallen der seltenen Erden und im geringen Maße eingesetzte Metalle wie Beryllium, Indium, Tantal oder die Platingruppenmetalle aus. Diese in Produkten meist dissipativ verteilten Materialien sind nur schwer oder überhaupt nicht zu recyceln (vgl. Umweltbundesamt, 2009). Mit steigenden Preisen und weiterer Verkappung werden sich allerdings heute noch unrentable Verfahren zunehmend lohnen. Ein weiterer zu berücksichtigender Aspekt ist, dass die Produktion dieser Rohstoffe oft unter sehr problematischen ökologischen und sozialen Bedingungen erfolgt und nicht mit den CSR-Vorgaben der jeweiligen Hersteller zu vereinbaren ist (vgl. Öko-Institut e.v., 2011). Zudem stellt die angekündigte Verknappung der chinesischen Exporte - China produziert 97% der weltweit produzierten Menge an seltenen Erden - ein erhebliches Risiko für westliche IT-Produzenten dar (vgl. Wäger, 2010).

48 40 ANWENDUNG GENERISCHER PSS-MECHANISMEN AUF CLOUD-COMPUTING-ANWENDUNGEN Grund genug also, die eingesetzte Menge zu reduzieren oder nach alternativen Materialien zur Substitution dieser risikobehafteten Materialen zu suchen. Hierzu forschen die Hersteller in Verbindung mit unterschiedlichen Disziplinen der Universitäten an neuen Verfahren zur Substitution dieser Rohstoffe durch unproblematischere Materialien (vgl. Umweltbundesamt, 2009). Im Sinne von PSS lässt sich feststellen, dass Cloud-Computing in Verbindung mit weiteren Faktoren dazu führt, Recyclingkreisläufe zu optimieren und Recyclingquoten zu erhöhen und damit schlussendlich die Ökoeffizienz zu verbessern. Die generische Feststellung der Forschung, dass Kreisläufe durch PSS im Sinne der Ökoeffizienz optimiert werden können, wird auch beim PSS-Cloud-Computing bestätigt eine klare Nutzensteigerung gegenüber der reinen Produktnutzung. 4.5 Negative Aspekte durch die Nutzung von Cloud-Computing-Angeboten Die Nutzung von Public Cloud Services bedeutet, dass ein Nutzer vom Ort der Nutzung über einen Desktop-PC, Notebook, Tablet PC etc. über breitbandige leitungsgebundene oder mobile Telekommunikationsnetze (vgl. Abb. 8) auf eine Cloud-Infrastruktur zugreift und diese nutzt. Der Datentransfer der meist breitbandigen Datenverbindungen über Festnetze und Mobilfunknetze erzeugt ebenfalls, auch wenn dies oft nicht explizit genannt wird, einen nicht zu vernachlässigenden Strom- und Ressourcenverbrauch. So waren die Telekommunikationsunternehmen im Jahr 2007 für deutlich höhere CO 2- Emissionen verantwortlich als die Daten-Center (vgl. Anhang 10), wobei hierbei die Datenkommunikation aufgrund Cloud- Computing nur einen geringen Teil ausmachen dürfte (vgl. Cansfield, 2008). Konkrete Daten über die direkten Energieverbräuche in Verbindung mit der Nutzung von Cloud-Diensten liegen nicht vor. Zwar werden auch in der Telekommunikation Fragen der Ökoeffizienz der Leistungsproduktion diskutiert und Maßnahmen zur Effizienzsteigerung durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie gefördert (vgl. GeSI / The Boston Consulting Group GmbH, 2009), aber konkrete Daten zu Cloud-Computing werden nicht erfasst. Dies wird deutlich durch die Anfrage einiger Abgeordneten an die Bundesregierung im Oktober Diese musste bekennen, hierzu nur wenig Informationen zu besitzen, keine zu erfassen und auch keine Vorgaben bzgl. Ökoeffizienz machen zu wollen (vgl. Bundesregierung, 2011). Hochrechnungen von Accenture haben ergeben, dass die Ressourcen- und Energieverbräuche der notwendigen Telekommunikationsverbindungen ca. 10% der Energieverbräuche der Leistungserbringenden die Server darstellen (vgl. Accenture & WSP, 2010). Im Vergleich zu den Möglichkeiten der Effizienzsteigerung durch Cloud-Computing ist, schenkt man dieser Aussage Glaube, dieser Energieverbrauch zwar nicht zu vernachlässigen, würde aber unter Berücksichtigung der dokumentierten Einsparungspotenziale durch Cloud-Computing die Gesamteinschätzung nicht wesentlich beeinflussen.

49 ÖKOEFFIZIENZMESSUNG FÜR COMPUTING-LEISTUNGEN 41 5 ÖKOEFFIZIENZMESSUNG FÜR COMPUTING-LEISTUNGEN Für die konkrete Ermittlung eines Wertes zur Beurteilung vergleichender Ökoeffizienz bzw. zur Beurteilung von Veränderungen der Ökoeffizienz, bedarf es einer Definition von Zähler und Nenner. Wie in Kapitel 2.1 ausführlich behandelt, errechnet die Ökoeffizienz das Verhältnis von Wertschöpfung zur Schadschöpfung bei der Produktion von Gütern und Dienstleistungen. Was Wertschöpfung und was Schadschöpfung ist, hängt vom jeweiligen Anwendungsfall ab. Hierbei sind allerdings einige Kriterien zu berücksichtigen (vgl. Abschnitt 2.1). 5.1 Wertschöpfung Die unterschiedlichen Leistungen (Wertschöpfung) der Ausprägungsformen von Cloud- Computing (vgl. Kapitel 3.3) müssen bei einer Ökoeffizienzbetrachtung berücksichtigt werden. IaaS-Services stellen Computing-Leistungen in Form der Nutzungsmöglichkeit virtueller Server zu Verfügung. Die Wertschöpfung bemisst sich in Form der bereitgestellten Rechnerund Speicherleistung. Bei SaaS-, PaaS-Anwendungen steht die Nutzung einer Softwarelizenz in Vordergrund. Für die Berechnung von Computing-Leistungen von IaaS-Services, also die Wertschöpfung im Zähler der Ökoeffizienzberechnung, gibt es keine allgemeingültige Formel. Dies ist darin begründet, dass eine Vielzahl von Leistungskomponenten mit Ihren Parametern bei Computing-Leistungen zusammenwirken und die Bedeutung und Wichtung der einzelnen Parameter stark vom jeweiligen Anwendungsfall abhängt. Daher kann es keinen allgemeingültigen Leistungsindex für Computing-Leistungen geben. Einer der Ansätze, dennoch eine gemeinsame Basis zur Leistungsbeurteilung zu schaffen, ist der TPC-Wert des Transaction Processing Performance Council, der für unterschiedliche Hardwaretypen zum Leistungsvergleich ermittelt wird (vgl. TPC, 2012). Für die Handhabung im Rahmen der Cloud-Computing Ökoeffizienz-Berechnungen ist der TPC-Ansatz jedoch nicht sinnvoll, da für viele physische Server keine Bewertung vorliegt und ein Vergleich der Leistung eines physischen und die eines virtuellen Servers nicht sinnvoll möglich ist. Hierzu müssten die virtuellen wie die physischen Server einer Prüfung durch das Council unterzogen werden. Die Anbieter von Cloud-Services verwenden zur Beschreibung ihrer Leistungsfähigkeit in der Regel die Anzahl der (virtuellen) Prozessorkerne und die Taktung dieser Kerne in Megaherz. Diese Leistungswerte stehen in der Regel auch bei der Beschreibung von physischen Servern im Mittelpunkt der Leistungsbetrachtung, trotz der oben beschriebenen Unschärfen. Die Autoren Michels und Greinert empfehlen für den wirtschaftlichen Vergleich von On- Premise-Computingleistungen mit IaaS-Cloud-Computing-Angeboten den Service- Leistungswert (SLWR). Dieses Verfahren multipliziert die Anzahl der Rechnerkerne (in Stück) mit der Taktfrequenz (in MHz) zu einer Prozessorleistung (SLW). Addiert mit der Menge von RAM Speichern (in MB) entsteht der dimensionslose SLWR-Wert.

50 42 ÖKOEFFIZIENZMESSUNG FÜR COMPUTING-LEISTUNGEN Um einen Leistungswert mit einem Zeitbezug zu erhalten, z. B. den SLWR-Stunden- per p.a. Wert, nimmt man eine Multiplikation mit 8760 Stunden vor (bezogen auf 365 Tagen à 24 Stunden) (vgl. Michels et al., 2012). Diese Kalkulation weist aufgrund der genannten Faktoren eine Unschärfe auf, wird aber von den Autoren als ausreichend genau für finanztechnische Betrachtungen angesehen. Aufgrund der thematisch bezogenen, bereits beschriebenen Gesamtunschärfen bei der Betrachtung der vergleichenden Ökoeffizienzbetrachtung, kann diese Berechnungsart auch für diesen Anwendungsfall als ausreichend genau betrachtet werden. Der SLWR-Stunden Wert ist also zur Quantifizierung der Wertschöpfung bei der Berechnung der Ökoeffizienz nutzbar. Bei IaaS-Dienstleistungen wird neben der reinen Rechenleistung auch die Speicherleistung von Daten angeboten. Hier ist der Vergleich einfacher, da eine vergleichbare Wertbasis in Form der gespeicherten Bytes existiert. Bei den aktuellen Datenmengen bieten sie GigaByte (GB) und TeraByte (TB) als sinnvolle Größen an. Mit dem Zeitbezug versehen, entstehen so die Leistungseinheiten GB-Monate oder TB-Monate als Wertschöpfung (Zähler) der Ökoeffizienz (vgl. Michels et al., 2012). Da die Speicherung von Daten in Storage-Systemen nur ca 5% des gesamten Energieverbrauches ausmacht, scheint es verantwortbar, diese Wertschöpfung nicht explizit zu betrachten (vgl. Anhang 9), zumal das Optimierungspotenzial durch Cloud-Computing hier eher gering ist. Bei SaaS-, und PaaS-Anwendungen steht die Nutzung einer Softwarelizenz Vordergrund. Die Nutzer erhalten das Recht, die Funktionalität einer Software zu nutzen. Diese Leistung steht den Nutzern 24 Stunden an 7 Tagen, abzüglich üblicher Wartungsfenster, zur Verfügung. Die Wertschöpfung dieser Dienste besteht in der Nutzung einer Software / Applikation durch einen Nutzer (SaaS, PaaS) bezogen auf einen Zeitraum mit einem durchschnittlichen Nutzungsszenario. Zu berücksichtigen ist hierbei, dass jede Software eine unterschiedliche Auslastung der Server-, und Netzwerk-Hardware zur Folge hat und deshalb nur gleiche Szenarien zu vergleichen sind (vgl. Accenture & WSP, 2010). 5.2 Schadschöpfung Bei der Ökoeffizienzanalyse sind für die Berechnung eines sinnvollen Nenners die in Kapitel 2.1 ausgeführten Kriterien nach Brettebo zu berücksichtigen. Um dem Kriterium möglichst vieler Dimensionen gerecht zu werden, bietet sich die Ermittlung eines einzelnen Indexwertes an, der aggregiert die Schadschöpfung widerspiegelt. Dieser Wert sollte, wie in Kapitel 2.1 beschrieben, eine Vielzahl von Schadquellen gewichtet nach Schadschöpfung zu einem Indexwert zusammenfassen und Emissionen, Stoffverbrauch, Flächenverbrauch, Toxizitätspotenzial und Risikopotenzial in einem Wert darstellen. Der Wert würde dann die gesamte Schadschöpfung umfassen. Für ein Rechenzentrum, das eine Vielzahl von Hardware und Softwarekomponenten umfasst, bedeutet dies, dass entsprechende Ökobilanzen zu den einzelnen genutzten Produkten zur Verfügung stehen müssen.

51 ÖKOEFFIZIENZMESSUNG FÜR COMPUTING-LEISTUNGEN 43 Aufgrund der schnellen Entwicklungszyklen der Hard- und Software und des breiten Einsatzes unterschiedlichster Rohstoffe sind Ökobilanzen (LCA) sehr aufwendig. Die ISO 14040/44 bietet zwar eine normierte Basis für die Erstellung von Ökobilanzen, aber das Fehlen von öffentlich zugänglichen Datenbanken zur Erfassung der Schadstoffe insbesondere der CO 2 Emissionen (CO 2 Fußabdruck - PCF) macht die Erstellung von Ökobilanzen problematisch (vgl. Fujitsu, 2010). Dies wiederum widerspricht dem Kriterium einer praktischen Anwendbarkeit. Zudem fehlen internationale Standards der Darstellung der Schadschöpfung im Computing-Bereich. In der Regel sind die Unternehmen dazu übergegangen, sich bei der Schadschöpfung darauf zu konzentrieren, die emittieren CO 2 -Emissionen in einer Ökoeffizienzbetrachtung zu betrachten und ggf. an die Stakeholder zu kommunizieren. Diese Betrachtung verkürzt zwar die Betrachtung der Schadschöpfung erheblich und birgt das Risiko eines blinden Flecks, sie gewährleistet aber zugleich, dass der bedeutendste Faktor der Schadschöpfung zuverlässig ermittelt werden kann. Zum einen stellt die Rechenzentrumsinfrastruktur einen der größten Energieverbraucher eines Rechenzentrums dar (Anhang 9), zum anderen entstehen die meisten CO 2 - Emissionen eines Servers in der Nutzungsphase, betrachtet man den Carbon Footprint über den gesamten Life Cycle (Anhang 3). Hieraus wird deutlich, dass den Stromlieferanten mit ihren produktionsbedingten CO2- Emissionen eine herausragende Bedeutung zu Teil wird. Diese Betrachtung blendet allerdings alle umweltschädlichen Effekte, die in Verbindung mit der Produktion und Rohstoffgewinnung der eingesetzten IT-Hardware stehen, aus. Da ein breiter Mix aus Rohstoffen in der IT-Hardware eingesetzt wird (vgl. Anhang 7 - ohne Anspruch auf Vollzähligkeit), für den in der Regel keine Ökobilanzen vorliegen, scheint eine Konzentration auf wenige Stoffe sinnvoll. Eine Möglichkeit besteht darin, die umweltschädlichsten Materialien gewichtet mit ihrem Materialgewicht unter Berücksichtigung der Nutzungszeit im Nenner zu verwenden, sofern diese Daten vorliegen. Liegen praktisch keine Informationen über die Zusammensetzung der Produkte vor, kann als schlechteste Möglichkeit das leicht zu ermittelnde Gesamtgewicht und die prognostizierte Nutzungszeit der eingesetzten Hardware kumuliert quasi als Ressourcenverbrauch herangezogen werden. Da dieser Wert ein mögliches Recycling nicht berücksichtigt, entsteht das sogenannte Bonus-Malus-Problem (vgl. Schaltegger et al., 1999). Da die Recyclinquote eine entscheidende Größe in der Ökoeffizienz darstellt, ist es sinnvoll diese bei der Betrachtung als Bonus zu berücksichtigen (vgl. Abb. 18). Die Unschärfe bei der Gewichtsbetrachtung ist erheblich und birgt das Risiko in sich, dass z. B. das schwere, eher umweltverträglich zu gewinnende Eisen durch das deutlich schädlichere Aluminium ersetzt wird und so die Aussagefähigkeit sich weiter verschlechtert. Vorteil des Verfahrens ist es, dass z. B. eine Reduktion der Serveranzahl dank einer höheren Auslastung oder die Erhöhung der Recyclingquote eine bessere Ökoeffizienz ausweisen würde.

52 44 ÖKOEFFIZIENZMESSUNG FÜR COMPUTING-LEISTUNGEN 5.3 Ansatz zur Berechnung von Ökoeffizienz für Computing-Leistungen Trotz der beschriebenen Unschärfe in Zähler und Nenner ist es trotzdem als besser anzusehen, die beschriebene, in Abbildung 18 vorgeschlagene Berechnung zu nutzen, als überhaupt keinen Anhaltspunkt zu besitzen. Der Vorschlag verfolgt die getrennte Betrachtung von Emissionen in Form des wichtigsten Treibhausgases CO 2 und die des Ressourcenverbrauchs. Eine gewichtete Verrechnung zu einem Indexwert, würde die Aussagefähigkeit deutlich verschlechtern. Sollten Ökobilanzen für IT-Hardware gesetzlich verpflichtend werden und öffentlich zugänglich sein, sollte eine Substitution durch einen entsprechenden Indexwert wie in 5.2 beschrieben, erfolgen. Abbildung 17: Vorschlag zur praxisgerechten Ermittlung eines Ökoeffizienzwertes (eigene Darstellung)

53 ERGEBNISSE UND DISSKUSSION 45 6 ERGEBNISSE UND DISSKUSSION Die Recherchearbeit für diese Arbeit begann mit der Analyse existenter Publikationen, welche PSS in Beziehung zu Cloud-Computing setzen. Hierbei war festzustellen, dass sehr wenig Literatur zu dieser Themenkombination publiziert wurde. Auch die Behandlung der Fragestellungen, welchen Einfluss Cloud-Computing auf die Ökoeffizienz und den Umweltschutz hat, stellt eher ein Randthema im Rahmen der breit geführten Diskussion um Datenschutz und Sicherheit etc. dar. Aus dem Blickwinkel der technologischen Innovationsentwicklung stellt Cloud-Computing eine konsequente Zusammenführung und Weiterentwicklung existenter Technologien dar, ohne den expliziten Anspruch zu erheben, positive Effekte auf die Nachhaltigkeit zu besitzen. Effekte zur Steigerung der Ökoeffizienz und der Nachhaltigkeit sind eher zufällige Entdeckungen, wie Fichter diese Art von Innovationen bezeichnet, stellen aber kein explizites Ziel bei der Entwicklung der Innovation Cloud-Computing dar (vgl. Abb. 4). Betrachtet man Cloud-Computing aus dem Blickwinkel der geschäftlichen Nutzung der Technologie als Basis neuer Geschäftsmodelle und neuer Nutzungsformen, kann mit Recht von einer Revolution in der IT gesprochen werden (vgl. Abb. 7). Durch die Möglichkeiten von Cloud-Computing entstehen neue Geschäftsfelder und neue Geschäftsmodelle. Da Cloud-Computing-Services in immer höherem Maße nachgefragt werden (Anhang 11) und der Ort, an dem ein Rechenzentrum betrieben wird, für den Kunden oft zweitrangig ist, werden immer größere Rechenzentren entstehen, die diese Computing-Leistungen produzieren. Es ist zu erwarten, dass diese Entwicklungen dazu führen, dass Cloud-Services zunehmend in einem globalen, industriellen Prozess erstellt werden, wie wir es bisher nicht kannten. Erste Anzeichen belegen (vgl. Kapitel 4.3), dass wir gegenwärtig eine schleichende Revolution in der IT durch die Verbreitung von Cloud-Computing-Angeboten erleben. 6.1 Anwendung der generischen Mechanismen von PSS Der rote Faden, der sich durch diese Arbeit zieht, vergleicht, in wieweit die generischen Mechanismen zur Steigerung der Ökoeffizienz einer theoretischen Betrachtung der PSS- Forschung auf Cloud-Computing anzuwenden sind. Die zentrale Frage der Arbeit besteht darin, ob Cloud-Computing-Angebote - verglichen mit einer On Premise -Leistungserstellung - einen Beitrag zur Reduzierung der Umweltbelastung leisten und ob sie damit die Ökoeffizienz im beträchtlichen Maße steigern. Computeranwendungen sind heute aus keinem Unternehmen mehr wegzudenken. Sie erfüllen eine Vielzahl von Funktionen in unterschiedlichen Anwendungsfällen. Die Erstellung dieser Leistungen in Serverschränken, Serverräumen oder Rechenzentren erfolgt durch eine Vielzahl von Einzelkomponenten, die entweder direkt mit der Computing- Leistungserstellung (Server, Blades, Racks etc.) in Verbindung stehen oder indirekt für die

54 46 ERGEBNISSE UND DISKUSSION Kommunikation (Netzwerkelemente) oder für Infrastrukturleistungen (Gebäude, Kühlung, USV etc.) notwendig sind (vgl. Abb. 8, 10). Um dieser Arbeit eine weitergehende Aussagefähigkeit zu geben, wurden die Mechanismen zur Steigerung der Ökoeffizienz an exemplarischen Fällen dargestellt, mit dem Ziel, weitgehend allgemeingültige Aussagen treffen zu können. Die Darstellung in Abbildung 19 stellt zusammenfassend die Ergebnisse dieser Arbeit dar. Abbildung 18: Zusammenfassende Darstellung der generischen Ökoeffizienzeffekte durch Cloud- Computing (eigene Darstellung) Im oberen Teil der Darstellung werden die vier Obergruppen aus Tabelle 1 als Ausgangslage der Betrachtung genannt. Diese Ökoeffizienzmechanismen spricht die Wissenschaft PSS- Anwendungen generisch zu. Der mittlere Teil stellt die Effekte des Vergleiches traditioneller On Premise IT-Leistungen mit professionell erbrachten Cloud-Service-Angeboten dar.

55 ERGEBNISSE UND DISSKUSSION 47 So bietet die Nutzung von Virtualisierung und Overbooking erhebliche Effekte in der Steigerung der Ökoeffizienz aufgrund erhöhter Auslastung der Serverkapazitäten und damit besserer Wirkungsgrade der Hardware. Eine Folge davon ist auch die Reduzierung der genutzten Hard- und Software. Durch die Möglichkeit, unterschiedliche Servicelevel anzubieten, sind Cloud-Service-Anbieter in der Lage, die Nutzung der Serverhardware nutzbringend zu verlängern. Hierdurch kann Hardware eingepaart und Material und Fertigungsemissionen verringert werden. Cloud- Anbieter sollten allerdings durch ein gutes Management des Geschäftsprozesses Hardwaremanagement vermeiden, dass Effizienz steigernde Wirkungen durch den technischen Fortschritt nicht verschleppt werden, da die meisten Emissionen eines Servers in der Betriebsphase entstehen (vgl. Abb.14). Eine weitere Steigerung der Betriebseffizienz ist im erheblichen Maße durch Optimierungsmaßnahmen im Rahmen einer PUE Betrachtung zu erwarten. Primär werden hier die Aufwände der Kühlung von Servern reduziert. Induziert durch große Nachfrager und die allgemeine technische Entwicklung sind die Gestaltungsvorgaben der Hardwarehersteller zunehmend darauf ausgerichtet, neue Hardwaregenerationen nicht nur leistungsfähiger, sondern auch ökoeffizienter zu gestalten. Die neueste Generation von Prozessoren zeigt, wie hoch das Potenzial in diesem Bereich war und ggf. noch ist. Diesem Trend verschließen sich auch Softwarelieferanten nicht. Überraschenderweise schlummern auch in diesem Bereich noch erhebliche Einsparungspotenziale. Es ist zu erwarten, dass Softwarelieferanten, die ja auch immer öfter zu Cloud-Service-Anbietern mutieren, bestrebt sein werden, diese Potenziale zu heben. Vielleicht der wichtigste Punkt bei der Reduzierung der Umweltbelastung von Rechenzentren ist die Quelle der Energieversorgung. Der Einsatz von regenerativen Energien zur Stromerzeugung reduziert den Rohstoffverbrauch und die CO 2 Belastung von Rechenzentren erheblich, da in der Betriebsphase der höchste CO 2 -Ausstoß erfolgt. Als weiteren Punkt lässt sich feststellen, dass durch den Konzentrationsprozess und professionelles Hardwaremanagement großer Cloud-Service-Anbieter Materialkreisläufe effektiver und effizienter gestaltet werden können. Zwar liegen hierzu keine qualitativen Daten vor, aber der Effekt durch Cloud-Computing ist eher als gering einzuschätzen, zumal europaweite Elektronikschrottvorgaben für jede Art elektronischer Geräte eingeführt wurden. Bei jeder Innovation, die eine Verringerung von Umweltbelastungen verspricht, gibt es Teilbereiche, die wiederum eine zusätzliche Belastung der Umwelt zur Folge haben. Bei Cloud-Computing stellt dies der oft wenig beachtete Aspekt der zusätzlich genutzten Telekommunikationsinfrastruktur dar. Der Verbrauch der Telekommunionsanbieter steigt seit Jahren (vgl. Anhang 10) deutlich an. Gerade die Massenverbreitung mobiler Datenkommunikation ist hierfür maßgeblich verantwortlich. Cloud-Angebote, primär im Consumer-Bereich, befördern diese Entwicklung nicht unwesentlich.

56 48 ERGEBNISSE UND DISKUSSION Wesentlich ist, dass trotz unzureichender Datenlage über die ökologische Belastung durch Datenkommunikation die Steigerung der Ökoeffizienz dank Cloud-Computing deutlich höher zu sein scheint als deren zusätzliche Belastung. Angesichts der wachsenden Bedeutung von Cloud-Computing ist es aus gesellschaftlicher Sicht angeraten, diesen Bereich besser zu erforschen. 6.2 Berechnung eines Ökoeffizienz-Wertes Wie in Kapitel 5 ausgeführt, ist sowohl die Ermittlung der Wertschöpfung wie der Schadschöpfung aufgrund der Komplexität und der Vielschichtigkeit des Themas nicht trivial. Ohne eine Vereinfachung und Verkürzung der Berechnung ist es nach heutigem Informationsstand nicht möglich, sinnvolle Werte mit vertretbarem Aufwand zu ermitteln. Dies mag wissenschaftlich wenig befriedigend sein, stellt aber die einzige Möglichkeit für Unternehmen dar, sich dieser Thematik zu nähern. Selbst führenden Herstellern von IT-Hardware gelingt es aufgrund der hohen Anzahl von Fremdkomponenten nur unter größten Anstrengungen, Ökobilanzen für ihre Produkte zu erstellen (vgl. Fujitsu, 2010). Hier eröffnet sich sowohl für die Wissenschaft als auch für gesetzgeberische Instanzen ein breites Handlungsfeld. Die in Kapitel 5.3 vorgeschlagene Berechnungsweise eines Ökoeffizienzwertes stellt einen Kompromiss aus der verfügbaren Faktenlage, einer möglichen Umsetzung in der Praxis und der Aussagefähigkeit der Daten dar. 6.3 Zwischenfazit Aus den beschriebenen Aspekten lassen sich fünf Erkenntnisse quasi als Essenz herausarbeiten: 1) Monitoring und Systemmanagement sind wichtige Grundvoraussetzungen für sinnvolle Maßnahmen zur Steigerung der Ökoeffizienz in IT-Landschaften. 2) Virtualisierung und Overbooking sind die Voraussetzung, um Serversysteme mit maximaler Auslastung bei minimalem Energieverbrauch zu betreiben. 3) Der Betrieb von großen Rechenzentren stellt die Basis für eine Vielzahl von Optimierungsmöglichkeiten in Bezug auf Servermanagement, Rechenzentrumskühlung, Energiemanagement, Softwarereengineering etc. dar. Die economics of scale stellen die wichtigste Grundlage für eine hohe Ökoeffizienz dar. Große Rechenzentren produzieren mit geringerer Umweltbelastung als kleine. 4) Der Ort, an dem ein Rechenzentrum betrieben wird, ist entscheidend für die CO 2- Emissionen aufgrund des Kühlungsbedarfes des Rechenzentrums und der Verfügbarkeit regenerativ erzeugter Energie. 5) Zur Umweltbelastung der Produktion und Entsorgung von IT-Hardware liegen bislang nur wenige Daten vor; das Thema kann nur unzureichend und verkürzt behandelt werden.

57 ERGEBNISSE UND DISSKUSSION 49 Die Fragestellung, wie sich das PSS Cloud-Computing in Summe auf die Ökoeffizienz auswirkt, ist sehr differenziert zu behandeln. Vergleicht man eine durchschnittliche, nicht virtualisierte IT-Leistungsproduktion kleinerer und mittlerer Betreiber in Serverschränken, Serverräumen und kleinen Rechenzentren mit der Leistungserstellung großer Cloud-Service-Anbieter, ist eine Steigerung der Ökoeffizienz um Faktor 4 bis 10 sehr wahrscheinlich. Werden aber alle genannten technischen Optimierungsmöglichkeiten durch die kleinen und mittleren Betreiber ebenfalls genutzt, schrumpft der Vorteil großer Cloud-Service-Anbieter. Allerdings ist fragwürdig, ob dies für kleine und mittlere Betreiber wirtschaftlich sinnvoll ist. Auf der Mikroebene des einzelnen Unternehmens ist der Schluss zulässig, dass die Nutzung von Cloud-Computing-Services zu einer deutlichen Steigerung der Ökoeffizienz und damit die gleiche Wertschöpfung mit einer geringeren Schadschöpfung erzielt wird. Betrachtet man nun die Makroebene, würde sich somit die globale Umweltbelastung der IT- Nutzung beim konsequenten Einsatz von Cloud-Computing reduzieren. Die Praxis hat allerdings gezeigt, dass durch Rebound-, Mengen- und Wachstumseffekte die Optimierungen bei der Ökoeffizienz im Zeitablauf wieder zum Teil kompensiert oder sogar überkompensiert werden (vgl. Sachs, 2002). Unterstellt man, dass der Bedarf an Serverleistung weiterhin wächst (Anhang 1a) und die hohen Wachstumsraten der Umsätze von Cloud-Service-Betreibern wirklich eintreffen, wird es sicher zu einer Teilkompensation der ökoeffizienzbedingten Einsparungseffekte kommen.

58 50 HANDLUNGSEMPFEHLUNG FÜR UNTERNEHMEN 7 HANDLUNGSEMPFEHLUNG FÜR UNTERNEHMEN Die Definition von PSS stellt die Bedürfnisse des Kunden und nicht mehr ein Produkt und seine Leistungsfähigkeit in den Vordergrund (vgl. Goedkoop, 1999). Mit Cloud-Computing-Services wird aus Kundensicht ein entscheidender Schritt zur Auslagerung einer Funktion getätigt, die in der Regel keine Kernfunktion eines Unternehmens darstellt. Diese vorliegende Arbeit zeigt auf, dass die Ökoeffizienz der Produktion von IT-Leistungen bei ökologisch handelnden Cloud-Service-Anbietern deutlich höher ist, als sie es bei kleinen und mittleren Unternehmen sein kann. Die Substitution von On Premise Rechenzentren durch Cloud-Computing-Services ist also in den meisten Fällen ein Beitrag zum Umweltschutz und demzufolge ökologisch verantwortlich handelnden Unternehmen angeraten. Anders verhält es sich bei großen Unternehmen und Konzernen. Diese Unternehmen sind in der Lage, eigene IT-Service Bereiche zu unterhalten, die wiederum selbst eine Private- Cloud-Anwendung betreiben oder betreiben lassen können (vgl. Abb. 10). Diesen Rechenzentren stehen die gleichen Möglichkeiten offen wie großen Cloud-Service- Anbietern, sofern die gleichen economics of scale gegeben sind. Da es gerade in diesem Bereich nicht nur schwarz und weiß gibt, ist es für alle Unternehmensgrößen wichtig, überhaupt ein ökologisches Bewusstsein innerhalb der Organisation zu schaffen. Viele Maßnahmen mit erheblicher Wirkung sind einfach umzusetzen und stellen bereits eine deutliche Steigerung der Ökoeffizienz dar. So verspricht die Einführung von Virtualisierung in Verbindung mit einem effizienten Monitoring und der Umstellung auf nachhaltig erzeugten Strom bereits sinnvolle Schritte zu mehr Nachhaltigkeit. Ein in dieser Arbeit nicht berücksichtigter angrenzender Aspekt sind die eingesetzten Endgeräte der Nutzer. In der Regel befinden sich heute noch Desktoprechner und Notebooks mit verhältnismäßig viel Rechenleistung und hohem Energieverbrauch im Einsatz. In diesem Bereich entstehen durch die Nutzung von Cloud-Computing-Angeboten neue Möglichkeiten zur Ausrüstung der Nutzer mit sogenannten Thin Clients. Diese Geräte verfügen über weniger Leistung und deutlich geringeren Energieverbrauch, da diese die Applikationen aus der Cloud nur noch mithilfe eines Browsers widergeben müssen (vgl. Eastwood, 2009). Da die Optimierung der Ökoeffizienz nicht der alleinige Faktor zur Verbesserung der Nachhaltigkeit darstellt, sei hier noch kurz angerissen, welche Aspekte innerhalb des Themenkomplexes außerdem von Bedeutung sind. Die Nutzung von Cloud-Service-Angeboten bedeutet im Gegensatz zum On Premise - Betrieb die vollständige Abhängigkeit von einem Anbieter. Gerade bei der Verlagerung von kritischen Unternehmensprozessen und Unternehmensdaten in die Cloud ist die Wahl des Anbieters entscheidend.

59 HANDLUNGSEMPFEHLUNG FÜR UNTERNEHMEN 51 Auch wenn in der Regel die Kategorie Datenschutz und Verfügbarkeit der Dienste bei der Betrachtung der Nachhaltigkeit nur ein Randthema ist, so ist sie doch für Cloud-Computing eine zentrale Fragestellung. Sie dominiert die öffentliche Diskussion zum Thema der letzten Jahre nicht ohne Grund. Überlässt ein Unternehmen seine Unternehmens- und Kundendaten einem Dritten - in diesem Fall einem Cloud-Service-Anbieter, ist sicher zu stellen, dass die Daten sowohl vor Industriespionage geschützt sind als auch deutsche Datenschutzgesetze in Bezug auf die Auftragsdatenverarbeitung (ADV) eingehalten werden (vgl. BDSG, 11). Gerade international agierende Dienstleister, wie z. B. Amazon mit Rechenzentren außerhalb Deutschlands, werden diesen Ansprüchen oft nicht gerecht. Dieser Aspekt ist gerade für nachhaltigkeitsorientierte Unternehmen nicht zu vernachlässigen (vgl. Müller et al., 2011). Neben den genannten eher problematischen Aspekten sprechen aber auch weitere positive Nachhaltigkeitsaspekte für den Einsatz von Cloud-Computing-Services. Die deutliche Erhöhung der Ökoeffizienz und der Faktor des Overbookings lassen die Anbieter deutlich preiswerter produzieren, als dies in kleinen Einheiten möglich ist. Diese Kostenvorteile spiegeln sich in der Regel in den Preisen der Anbieter wieder. Eine wirtschaftliche Win-win- Situation für Anbieter und Kunden ist also wahrscheinlich. Außerdem sind der Entfall von Investitionsaufwendungen (CAPEX) durch die Nutzung von reinen Serviceleistungen, die deutlich gesteigerte Flexibilität in der Anpassung der benötigten Bedarfe, professionelles Sicherheitsmanagement und reduzierte eigene Personalaufwendungen wichtige Aspekte, die gerade in kleinen und mittleren Unternehmen für die Nutzung von Cloud-Computing-Services sprechen. Hiervon profitieren die Gewinnmargen, die Unternehmensliquidität und die Geschäftsvitalität dank höherer Flexibilität. Unternehmen, die sich das Ziel gesetzt haben, die Ökoeffizienz ihrer IT-Nutzung zu optimieren, stehen vor der Frage, wie eine Messung erfolgen kann, um Vorher- / Nachherund Soll-/Ist-Vergleiche durchzuführen zu können. Für den hier untersuchten Vergleich zwischen On Premise -Anwendung mit einem Cloud-Service-Angeboten bietet sich die vorgeschlagene Berechnung wie in Kapitel 5.3 beschrieben an. Auch wenn dieses Verfahren bereits eine starke Komplexitätsreduktion aufweist, so ist doch die offene Zusammenarbeit des Cloud-Service-Anbieters notwendig. Die Aussage dieser Kalkulation zeigt die CO 2 Emissionen pro SLWR-Stunde bzw. die Emissionen pro Nutzer einer Software pro Jahr. Für den Ressourcenverbrauch wird ausgewiesen, wie viel Material eingesetzt werden muss, und nicht durch Recycling wieder gewonnen werden kann, um eine SLWR-Stunde oder die Nutzung einer Software zu ermöglichen. Diese Daten können eine Basis für die Kommunikation zu den Stakeholdern des Unternehmens darstellen, zur Dokumentation der Maßnahmen zur Steigerung der Ökoeffizienz.

60 52 HANDLUNGSEMPFEHLUNG FÜR UNTERNEHMEN Unternehmen, die Cloud-Computing-Anwendungen nutzen wollen, bieten sich abschließend betrachtet viele Vorteile; sie sollten aber auch einige Risiken und Nachteile beachten. Es empfiehlt sich daher, gerade für nachhaltig agierende Unternehmen, Cloud Computing in strategische Überlegungen einzubinden und erste Schritte mit weniger unternehmenskritischen Anwendungen (mission critical) zu starten. Ebenso kann der Einsatz von Hybrid-Cloud-Angeboten einen sinnvollen Einstieg in die Thematik darstellen.

61 GESAMTFAZIT 53 8 GESAMTFAZIT Die Innovation Cloud-Computing stellt eine Revolution für die Nutzung von IT dar und schafft die Basis für eine Vielzahl neuer Geschäftsmodelle. Durch die Konzentration auf wenige große, global verteilte Rechenzentren treiben Cloud-Service-Anbieter zunehmend die Industrialisierung der Branche voran. Die entstehenden Cloud-Computing-Angebote stellen ein ergebnisorientiertes PSS- Angebot dar. Die generischen Mechanismen der PSS-Wissenschaft sind in hohen Maße auch auf Cloud-Computing anzuwenden. Da der Computingbereich sowohl in der Produktion als auch in der Anwendung ein hohes Maß an Vielschichtigkeit aufweist, ist es problematisch, konkrete allgemeingültige Aussagen zu den Einzelaspekten zu treffen. Allerdings lässt die Betrachtung der unterschiedlichen Pole On Premise und Public Cloud mithilfe exemplarischer Beispiele prinzipielle Aussagen zu. So wird deutlich, dass die Nutzung von Cloud-Computing-Services als Substitution kleiner und mittlerer IT-Landschaften in der Regel eine deutliche Verbesserung der Ökoeffizienz nach sich zieht. Große Konzerne können durch Privat-Cloud-Anwendungen in ähnlichem Maße wie Cloud-Service-Anbieter ihre Rechenzentren ökoeffizient betreiben. Die economics of scale, also die Größe von Rechenzentren ist zentrale Voraussetzung für eine Vielzahl möglicher Maßnahmen, die in dieser Arbeit besprochenen wurden. Erst durch Skaleneffekte sind viele Maßnahmen wirtschaftlich vertretbar. Aber auch unabhängig von ihrer Größe sollten Unternehmen, die ihre eigenen IT- Landschaften nicht aufgeben wollen, Maßnahmen wie z. B. Virtualisierung oder Umstellung auf regenerative Stromquellen nutzen, da diese Bereiche bereits eine merkliche Verbesserung der Ökoeffizienz versprechen. Die Mechanismen zur Steigerung der Ökoeffizienz von Rechenzentren lassen sich zusammenfassend auf wie folgt beschreiben: Die Auslastung der Hardware maximieren, die Betriebseffizienz steigern, die IT- Hardwaremenge auf das Nötige reduzieren und den benötigten Strom nachhaltig erzeugen. Die Dokumentation der Entwicklung der Ökoeffizienz gestaltet sich aufgrund einer sehr beschränkten Datenbasis als äußerst problematisch. Am zuverlässigsten lassen sich die CO 2- Emissionen des Betriebes ermitteln. Bezüglich der Umweltschäden der Produktion und der Entsorgung von IT-Hardware liegen nur vage Informationen vor. Die vorliegende Arbeit bestätigt, dass eine Steigerung der Ökoeffizienz im PSS- Anwendungsfall Cloud Computing, verglichen mit traditionellen On Premise - Rechenzentren, um den Faktor 4 10 im realistischen Bereich liegt. Das PSS Cloud- Computing legt aufgrund des geringeren Ressourcenverbrauchs und der damit verbundenen geringeren Betriebskosten auf Seiten der Cloud-Service-Anbieter den Grundstein für eine wirtschaftliche Win-win-Situation zwischen Anbieter und Kunden.

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69 ANHANG XV ANHANG Anhang 1) Anhang 2) Rechenzentren in Deutschland... XVI Typische Aufteilung des Energieverbrauchs eines Servers... XVII Anhang 3) Darstellung der Beziehung Serverauslastung und CO2 Produktion eines... Fujitsu PRIMERGY TX300S5-Servers bei deutschen Strommix... XVIII Anhang 4) Anhang 5) Anhang 6) Anhang 7) Betriebsoptimierung im Rechenzentrum... XIX Beispiel Serverkonsolidierung Insight... XX Beispiel Serverkonsolidierung VMware... XXI Gesamtbestand der Materialien in deutschen Rechenzentren... XXII Anhang 8) Ableitung Materialbestand eines durchschnittlichen deutschen... Rechenzentrums in Deutschland... XXIII Anhang 9) Entwicklung des Energieverbrauchs in Rechenzentren... Anteile einzelner Verbraucher... XXIV Anhang 10) Anhang 11) Anhang 12) CO2 Emissionen des ICT-Sektors in Gigatonnen CO2... XXV Cloud-Computing in Deutschland Investitionen und Ausgaben in Mio.... XXVI Umsatz mit Cloud-Computing in Deutschland... XXVII

70 XVI ANHANG Anhang 1) Rechenzentren in Deutschland Anhang 1a: Entwicklung der Serverstruktur in den Rechenzentren in Deutschland (vgl. Hintemann et al., 2012) Anhang 1b: Rechenzentren in Deutschland nach Größenklassen (vgl. Hintemann et al., 2010, 58)

71 ANHANG XVII Anhang 2) Typische Aufteilung des Energieverbrauchs eines Servers Typische Aufteilung des Energieverbrauches eines Servers (vgl. BITKOM, 2010)

72 XVIII ANHANG Anhang 3) Darstellung der Beziehung Serverauslastung und CO2 Produktion eines Fujitsu PRIMERGY TX300S5-Servers bei deutschen Strommix Darstellung der Beziehung Serverauslastung und CO2 Produktion eines Fujitsu PRIMERGY TX300S5-Servers bei deutschen Strommix (vgl. Fujitsu, 2010)

73 ANHANG XIX Anhang 4) Betriebsoptimierung im Rechenzentrum Betriebsoptimierung im Rechenzentrum (vgl. Riegel, 2011)

74 XX ANHANG Anhang 5) Beispiel Serverkonsolidierung Insight Beispiel Serverkonsolidierung Insight (vgl. Eastwood, 2009, 93)

75 ANHANG XXI Anhang 6) Beispiel Serverkonsolidierung VMware Beispiel Serverkonsolidierung VMware (vgl. VMware, 2012)

76 XXII ANHANG Anhang 7) Gesamtbestand der Materialien in deutschen Rechenzentren Gesamtbestand der Materialien in deutschen Rechenzentren (vgl. Hintemann et al., 2010, 58)

77 ANHANG XXIII Anhang 8) Ableitung Materialbestand eines durchschnittlichen deutschen Rechenzentrums in Deutschland Summe aller deutschen Rechenzentren Ableitung durchschnittliches großes Rechenzentrum mit >5000 Server (t) Kunststoffe Epoxy ,7 PVC ,5 sonstige Kunststoffe ,5 Glas/ Keramik 0,0 E-Glas ,8 SiO 407 1,9 Keramik ,7 Silizium 30,6 0,1 Metalle 0,0 Fe ,5 Cu ,6 AL ,1 Ni 18 0,0842 Sn 29 0,1357 Zn 6,7 0,0314 Pb 20 0,0936 Edelmetalle 0,0000 Au 0,215 0,0010 PT 0,012 0,0001 Pd 0,096 0,0004 Ag 0,965 0,0045 Ru 0,012 0,0001 sonstige 0,606 0,0028 Summe 173,8 Ableitung Materialbestand eines durchschnittlichen großen Rechenzentrums in Deutschland (eigene Darstellung in Ableitung von Hintemann et al., 2010) (t)

78 XXIV ANHANG Anhang 9) Entwicklung des Energieverbrauchs in Rechenzentren Anteile einzelner Verbraucher Entwicklung des Energieverbrauchs in Rechenzentren Anteile der einzelnen Verbraucher (vgl. BITKOM, 2010)

79 ANHANG XXV Anhang 10) CO2 Emissionen des ICT-Sektors in Gigatonnen CO2 CO2 Emissionen des ICT-Sektors in Gigatonnen CO2 (vgl. Cansfield, 2008)

80 XXVI ANHANG Anhang 11) Cloud-Computing in Deutschland Investitionen und Ausgaben in Mio. Cloud-Computing in Deutschland Investitionen und Ausgaben in Mio. (vgl. Zilch, 2011)