Quelle: www.researchgate.net, www.linkedin.com von Andreas Seidel, Hochschule Düsseldorf

Geht es nach den Vorstellungen der Digitalbranche, dann wird Deutschland bis zum Jahr 2030 knapp 70 % Energie oder etwa 330 Terawattstunden (TWh) mehr Strom verbrauchen, als in der Planung für die Energiewende vorgesehen.

Dass an ihren Zahlen etwas nicht stimmen kann, ist den offiziellen Energieplanern sehr wohl bewusst, so das Fazit einer Vielzahl von Gesprächen, die ich geführt habe, weil sie den zusätzlichen Strombedarf durch Digitalisierung in ihren Zukunftsszenarien schlicht ignoriert, stattdessen nur mögliche Energieeinsparungen durch Digitalisierung eingerechnet haben und diese sind, wenn man in die Quellen einsteigt, oft schön gerechnet: genauso wie in der Automobilbranche, wo die Verbrauchswerte von Fahrzeugen abenteuerlich gering ausgewiesen werden, hat sich die Praxis noch weitgehend unbemerkt auch in der Elektronikbranche durchgesetzt.

Wenn ich also einem überzeugten Digitalinnovator an dieser Stelle nur antworten kann, »ich verstehe, dein Konzept verbraucht Strom« dann liegt dies in dieser Betrachtung nicht an einer Digitalisierungsfeindlichkeit, sondern an einer simplen Denkweise, die zu Zeiten der Anti-AKW-Bewegung mit dem Satz – »Wieso brauche ich Kraftwerke, bei mir kommt der Strom doch aus der Steckdose« – auf den Punkt gebracht wurde.

Im ersten Teil meiner Untersuchung »Energie – Digitalisierung – Mobilität« (https://www.researchgate.net/publication/330215329_Energie-Digitalisierung-Mobilitat_Uber_die_Grenzen_des_digitalen_Wachstums) habe ich das Zusammenwachsen einer neuen Megainfrastruktur beschrieben. Im vorliegenden Beitrag habe ich aus den Wachstumserwartungen der unterschiedlichen Digitalisierungsbereichen auch Energieverbrauchszahlen abgeleitet. Dazu mein Appell, wenn die Branche sich zu einem glaubwürdigen Motor einer energieeffizienten Zukunft entwickeln will, dann muss sie zunächst bei sich selbst anfangen.

Dies heißt nicht notwendig digitaler Verzicht, aber zwingend deutlich effizientere Gesamtlösungen. Und: auch wenn es der Politik jetzt weh tut, wir brauchen ein Update der Energieszenarios. Denn auch die Politik will einen führenden Digitalstandort Deutschland. Dabei bin ich mir bewusst, dass diese Fakten zur Unzeit kommen, wo wir um einen Ausstieg aus der Kohleverstromung ringen und so auch vorschnell Wasser in den Mühlen von denen sein können, die diesen Ausstieg möglichst lange nach hinten verschieben wollen.

Eine andere Bestandsaufnahme

[Auszüge:] Zwar folgt daraus gerne die Feststellung: Digitalisierung wird „grün“, die Kehrseite ist aber, dass Gewerbe und Haushalte, die nicht in der privilegierten Situation sind nachhaltige Energie von Markt „wegzukaufen“, verstärkt auf die alten schmutzigen Kohlekraftwerke angewiesen sind, weil der Ausbau nachhaltiger Energieerzeugung diese Zuwachsgrößen schlichtweg nicht vorsehen. [Oder auch umgekehrt, wie in Österreich, wo den Haushaltskunden 100% Wasserstrom angeboten wird und die Industrie den Rest billiger einkauf] Hier hilft die Betrachtung nur des einen Sektors nicht weiter, sondern nur die Bewertung des gesamten Verbrauchspools. Auf einmal erscheint meine Sichtweise von Digitalisierung als informatisierter Energie bzw. Digitalisierung als Stromverbraucher nicht mehr so abwegig.

Da hilft es auch nicht mehr, dass sich Digitalisierung als der große Energiesparer feiern lässt, etwa wenn es im Smart Home dabei hilft, Energie zu sparen. Aber auch hier wird verschwiegen, dass die Digitalisierung im Smart Home zugleich auch Energieverbraucher ist. Alle Devices vom Sprachassistenten bis zur Überwachungskamera, zukünftig z.B. auch der Kühlschrank oder die Waschmaschine und alle benötigten Sensoren verbrauchen 24 Stunden am Tag und 7 Tage die Woche zunächst im Standbybetrieb Strom, ganz abgesehen von der zusätzlichen Menge der Daten, die übertragen, verarbeitet und gespeichert werden müssen. Was bezogen auf ein einzelnes Gerät, eine einzelne Anwendung noch marginal zu sein scheint, wird durch – entsprechend der Branchenerwartungen – millionenfachen Einsatz zu einem relevanten Problem. Was grundsätzlich unterschätzt wird, ist, dass wir immer mehr Bereiche kommerziell erschließen, in die die Digitalisierung Einzug hält. „Wenn sich künftig 3-D-Filme mit Virtual-Reality-Animationen durchsetzen, dann steigen die Datenmengen im Vergleich mit herkömmlichen DVD-Filmen um das 40-Fache an – und damit der Energieverbrauch.“ [siehe auch den Rebound-Effekt].

So hat z.B. der Fernseher der Zukunft durch neue Energielabel, etc. und die Vermeidung der klassischen Standby-Funktion vielleicht auch Energieeinsparungen, andererseits werden aber die Bildschirmdiagonalen immer größer und als digitales Endgerät bleibt es, statt in Standby-Funktion, aktiv mit dem Internet verbunden.

Die für die aktuelle Energieplanung maßgebliche Studie des Fraunhofer-Instituts für Zuverlässigkeit und Mikrointegration, für das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aus dem Jahr 2015, das gerade im Haushaltssektor gravierende Einsparpotentiale im digitalen Energieverbrauch der Haushalte prognostiziert, übersieht hier genau diese grundlegend andere Nutzungsweise der Endgeräte im Smart Home [siehe auch Rechnungshof Massive Kritik an Einführung von smarten Stromzählern].

Jüngere Studien ergeben, dass etwa zwei Drittel des Stromverbrauchs dieser Geräte im Standby-Zustand liegt. Apropos Standby: Diese Funktion hatte die EU-Kommission erst vor wenigen Jahren bei konventionellen elektrischen Geräten wegen dieser verdeckten Energieverschwendung verboten. Statt zwei oder drei von diesen stillen Verbrauchern bekommen wir beim Smart Home zukünftig vielleicht 20 und mehr in einem Haushalt und damit wird dann denkbar, dass sie die von ihnen versprochenen Energieeinsparungen im Haushalt bereits durch ihren Eigenstromverbrauch wieder kannibalisieren.

Somit bleibt, bis hierhin festzuhalten, dass auch der Digitalisierung der Betrieb von „Maschinen“ zugrunde liegt, die als physikalisches Grundprinzip Energie verbrauchen, weil auch dies ein physikalisch bislang nicht überwundenes Grundprinzip ist, dass es kein Perpetuum Mobile gibt. Weiterhin ist der Energiebilanz dieser Geräte auch der Energieverbrauch ihrer Produktion zuzurechnen. Meine Überlegungen zu einem radikalen Perspektivenwechsel von einer Outputbetrachtung des „Systems“ zu einer Inputbetrachtung erscheinen soweit zunächst statthaft, wobei ich bis jetzt noch nicht die besondere Notwendigkeit des Perspektivwechsels begründet habe.

Das digitale Wachstum

Die Tatsache des digitalen Wachstums ist an sich unbestritten und es ist an sich ein Schlüsselelement im Selbstverständnis der Branche. Bis 2025 soll die umlaufende, zu speichernde und zu verarbeitende Datenmenge knapp 170 Zettabyte (1 Zettabyte=1021 Bytes) erreichen, eine Verzehnfachung gegenüber 2015, dazu müssen auch die technischen Kapazitäten für Datenerfassung, -transfer, -verarbeitung und -speicherung erweitert werden. Im Internet der Dinge gibt es klare Vorstellungen über die Zunahme der dezentralen Devices und Sensoren. Dagegen ist die Zunahme des Energieverbrauchs durch diesen Ausbau wesentlich intransparenter.

Auch hier ist unbestreitbar, je mehr Daten erzeugt, übertragen, verarbeitet und gespeichert werden, desto größer ist auch der digitale Energiebedarf. 

Anhaltspunkte zum Energiebedarf der Digitalbranche

Im Frühjahr 2015 hat die britische Royal Society eine Konferenz ins Leben gerufen, die sich mit der Problemstellung befasste, dass das britische Internet bis 2035 so viel Strom verbrauchen würde wie das Land 2014 insgesamt produziert hat. Eine andere Studie kommt auf globaler Ebene zu einem gleichen Schluss.

Das „Programm“ der Energiewende

In der folgenden Überlegung konzentriere ich mich auf die deutsche Energiewende, die als ein grundsätzlich einheitlicher abgestimmter Prozess, ausgehend von einer Planungsbasis, dem Energieverbrauch 2015, Zielvorgaben macht, die auf den Vereinbarungen des Pariser Weltklimagipfels beruhen und darauf aufbauend mit einer Reihe eingegrenzter Handlungskorridore dargestellt werden kann. Im Mittelpunkt steht die Reduzierung klimaschädlicher Emissionen hin zu einer klimaneutralen Energieerzeugung und –-verwendung.

Das absolute Negativszenario dieser Entkopplung von Energieerzeugung und –verbrauch hat mittlerweile auch einen Namen gefunden: kalte Dunkelflaute. Eine Situation, in der durch Kälte ein erhöhter Energiebedarf entsteht und gleichzeitig durch fehlende Sonneneinstrahlung und Windstille nicht genügend Strom produziert werden kann.

Aus diesem Grund kommt im Energiesystem eine in ihrer Dimension grundsätzliche neue Komponente hinzu, die Energiespeicherung. Dabei ist es nicht damit getan, einfach ein paar große Lithiumbatterien als Reserve hinzustellen. Auch die überaus gut gemeinte Idee zukünftig die in E-Fahrzeugen eingesetzten Batterien als Energiereserve für solche Situationen einzusetzen geht ins Leere. Jüngere Untersuchungen haben gezeigt: um zwei Wochen kalte Dunkelflaute zu überstehen, müssten Batterien in einer Volumengrößenordnung von 18 Millionen Seecontainern aufgestellt werden zudem müssten sie für den Ernstfall dann auch vorgeladen sein (zum Vergleich, dies ist etwa das 1,8 fache des jährlichen Containerumschlags des Hamburger Hafens). Kurz gesagt, keine Alternative für einen Lösungspfad.

Bisher hat sich in den Expertenkreisen der Energiewende noch offenbar niemand Gedanken darüber gemacht, für die Szenarien 2030 bzw. 2050 einen eigenen Entwicklungspfad für die Digitalisierung anzulegen und regelmäßig fortzuschreiben, stattdessen ist sie in den Kategorien Industrie bzw. Gebäude (Haushalte, privater Verbrauch, Kommunen, etc.) enthalten und so in ihrer Eigendynamik nicht mehr transparent. Zwar gibt es z. B., Studien die besagen, dass bis zum Jahr 2020 der Stromverbrauch der Digitalisierung eine Größenordnung von 20 % der Stromproduktion erreichen wird. Die würde eine Zunahme um den Faktor 2,3 in nur fünf Jahren bedeuten, bedeuten, wobei der Höhepunkt der Digitalisierungswelle noch nicht absehbar ist – selbst bei optimistischen Annahmen über steigende Energieeffizienz der Digitalisierung. [Bei der Digitalisierung sprechen wir jedoch von einer exponentiellen Skalierung!] 

Aber bei den verschiedenen Untersuchungen zum Strombedarf der Digitalisierung sind die Start- und Ziel-Messpunkte jedes Mal unterschiedlich. Hinzu kommt auch noch ein grundsätzlich anderer Faktor: sind die Bereiche Industrie und Haushalte im klassischen Verbrauch in der Summe wesentlich standortstabil, so gibt es bei der Digitalisierung große auch globale Bewegungen. Hat vor ungefähr 3 Jahren eine Studie keine nennenswerte Zunahme von Cloud- und Datenservicerechenzentren in Deutschland erkennen können, so entstehen sie jetzt im Monatstakt. Allein für den Standort Frankfurt sind für das Jahr 2018 derzeit 8 neue Rechenzentren entweder schon fertiggestellt oder in Bau, die rechnerisch einen Stromverbrauch wie etwa 35.000 „Mehrpersonenhaushalte“ haben. 

Löst man nach den verfügbaren Ausgangsdaten den Stromanteil für Digitalisierung heraus, der im Ausgangsjahr 2015 bei ca. 45 TWh gelegen haben dürfte, belässt man das Einsparungspotential beim Rest von Industrie und „Gebäude“ und leitet für die Digitalisierung ein Zuwachsszenario ab, dass den mittleren Wachstumserwartungen der Branche entspricht, haben wird für 2030 plötzlich nicht mehr eine Reduzierung von 520 auf 470 TWh, sondern eine Erhöhung von 520 auf 800 TWh – oder anders formuliert eine Energielücke von 330 TWh aufgrund des Wachstums der Digitalbranche. Dabei sind schon zunehmende Energieeffizienzeffekte bei der Digitalisierung berücksichtigt. Diese Zahlen beruhen auf einem eigenen von mir erstellten Berechnungsmodell, das mittlerweile von mehreren Energieexperten validiert wurde.

Wir haben also ein Problem, weil das Wachstum der Digitalbranche in der Energiewende nicht vorkommt. Ein Teil der Problematik wird man vielleicht dadurch auffangen können, dass man den Aufbau von europäischen Datencenter-Kapazitäten als einen der Verbrauchstreiber den Nachbarländern überlässt und einfach nur als Nutznießer dieser Dienstleistungen auftritt [so wie das ja auch bereits im Stromsektor diskutiert und umgesetzt wird. Jeder will sich auf die anderen verlassen].

Ein Faszit

Das Bewusstsein für energieeffiziente Softwareentwicklung steckt gegenwärtig noch in den Kinderschuhen. Das heißt, viele Methoden stromsparender Softwareentwicklung sind vorhanden, sie passen nur nicht zu dem jahrzehntelangen Trend der Softwareentwickler, sich beliebig aus dem Produktivitätsfortschritt der Hardware zu bedienen.

Zur Person

Andreas Seidel (Jahrgang 1957) hat Betriebswirtschaft und Volkswirtschaftspolitik an der FH Düsseldorf studiert. Seit über 35 Jahren arbeitet er in den Bereichen Logistik und Supply Chain Management und dabei frühzeitig auf den Umbruch linearer Wachstumserwartungen auf gesamtwirtschaftlicher Ebene hingewiesen, u.a. in einer Reihe von strategischer Markt- und Risikostudien für verschiedene DAX-Unternehmen. Seit 2018 unterrichtet er in einen Lehrauftrag an der Hochschule Düsseldorf (HSD) University of Applied Sciences Supply Chain Management/Logistik 4.0 mit dem Schwerpunkt Steuerung der Versorgung in der Energiewende.

Weder Digitalisierung, noch Energie oder Verkehr lassen sich heute länger nur als die Summe ihrer eigenen Innovationen beschreiben, alle sind auf die Systemebene Infrastruktur im Sinne ganzheitlicher geplanter und realisierter (Daten-, Energie-, Verkehrs-) Netzwerke angewiesen.

Probleme werden nicht mehr durch das Denken in einem linearen Wachstum lösbar, d. h. vorhandene Systeme müssen auch in ihrer Grundstruktur infrage gestellt werden. Genauso wie die Versorgung mit elektrischer Energie jetzt auch vor einem grundlegenden Systemwandel steht, ist dies auch für digitale Infrastrukturen in letzter Konsequenz zu erwarten. Conny Dethloff weist in seinem Beitrag darauf hin: „Allerdings haben die Menschen mit dem Erkenntnisgewinn über die Natur auch begonnen, sich über diese hinweg zu setzten.“ Wir sind heute mit dem Fakt konfrontiert, dass diese Entwicklung so groß vorangeschritten ist, dass uns natürliche, physikalische Grenzen wieder einholen. Wir konnten in der Vergangenheit diese Grenzen zwar immer weiter verschieben, grundsätzlich aber nicht aufheben.

Infrastruktur verlässt den Bereich des Diskreten, weil sie nicht mehr einfach im Hintergrund passiert, ohne dass wir uns um sie Gedanken machen müssen. Genau das Gegenteil ist heute der Fall, weil sie tatsächlich alle anderen Entwicklungen in ihrer Entfaltung begrenzt. Und es zeichnet sich ab, dass es zukünftig nicht nur darum geht, diese Grenzen in einem klassischen Fortschrittsdenken weiter zu verschieben, sondern sie tatsächlich als limitierenden Faktor für unsere Entwicklungsbestrebungen anzuerkennen, dies wird aber konsequenterweise dazu führen, dass alle Lösungsstrategien die implizit auf der unbegrenzten Verfügbarkeit von Infrastruktur aufbauen selbst hinterfragt werden müssen. In der Tat haben wir es hier mit Komplexität zu tun, wie Dethloff umfassend methodisch beschreibt, eine Komplexität, die aber die Dimension der Digitalisierung bereits verlassen hat, weil sie als Infrastruktur – wie verdeutlicht – unmittelbar in viel weitere Handlungsfelder eingreift.

Anstehende Herausforderungen können nur noch transdisziplinär bearbeitet und bewältigt werden. Die hier genannte neue Mega-Infrastruktur wird sich nicht dadurch schaffen lassen, dass sich Experten aus den betroffen Teilbereichen Energie, Digitalisierung und Verkehr sich zusammensetzen und nach dem Prinzip eines kleinsten gemeinsamen Nenners einen Kompromiss finden. Langfristig wird es nicht ausreichen, in einer Form wie in klassischen Stadtplanungsprojekten vorzugehen, in denen „Psychologen, Soziologen, Verkehrsexperten, Architekten wie Ökonomen durch eine Anzahl von Vorgaben, die sie sich je gegenseitig machen, die Umsetzbarkeit des Projektes einschränken“. Die Aufgabenstellung ist vielmehr eine emergente: die neue Infrastruktur wird mehr sein müssen als nur die Summe ihrer Teile, erst recht als deren kleinster gemeinsamer Nenner.

Kommentar

Leider ist dieser Beitrag / die Studie erneut Wasser auf unseren Mühlen. Wir lügen uns auf allen Ecken und Enden selber in den Sack und verkennen, dass das in einem hoch komplexen System nicht folgenlos bleiben wird. Statt einmal fundiert über die Zusammenhänge nachzudenken, erleben wir vielerorts nur Aktionismus.

Auch wenn hier immer wieder betont werden muss, dass die Energiewende unverzichtbar ist, da die fossilen Energien einmal endlich sind, müssen wir doch kritisch hinterfragen, ob der eingeschlagene Weg wirklich der richtige ist. Der Stromverbrauch macht etwa 25% unseres Energieverbrauchs aus. Zwei Drittel wird in anderen Bereichen wie Verkehr, Wärme oder Industrie verbraucht. Dort, wo es aber die höchste Abhängigkeit und Kritikalität gibt, basteln wir ohne Rücksicht auf Verluste herum. Kohlestrom ist ein Auslaufmodell. Aber ist uns auch bewusst, dass wir damit (in Deutschland) gerade einmal rund 20 % des CO2 Ausstoßes reduzieren können? Dass wir aber mit dem kurzfristigen Aktionismus (Verlust der Momentanreserve) die Stabilität des gesamteuropäischen Verbundsystems aufs Spiel setzen, ist nur wenigen bewusst. Auch, dass es mit heutigem Wissen und der verfügbaren Technik technisch unmöglich ist, unseren sehr hohen Verbrauch rein auf erneuerbaren Energien sicherzustellen, weil die Frage der Energiebevorratung absehbar nicht lösbar ist. Da helfen auch mathematische Modelle nichts, wenn die Physik nicht mitspielt. Siehe auch den Beitrag: Die Energiewende – Fiktion und Wirklichkeit

Zum anderen muss hier einmal mehr auf Die Grenzen des Denkens und Die Grenzen des Wachstums verwiesen werden. Aber scheinbar schaffen wir es nicht, die Dinge wirklich durchzudenken und rechtzeitig daraus zu lernen, sondern müssen immer erst die Konsequenzen erfahren, um vielleicht daraus zu lernen.

Update 29.06.19: Die Digitalisierung soll helfen, Probelem zu lösen. Wirklich?