Programmcode ist die Sprache unserer Computer. Er erlaubt es Entwickler:innen, Computer, Smartphones und Rechenzentren dazu zu bringen, bestimmte Aktionen auszuführen. Konzentrieren wir uns bei einer nachhaltigen Digitalisierung darauf, Programmcode so zu schreiben, dass Endgeräte, Server und die IT-Infrastruktur weniger Energie verbrauchen, wird Software zu einem wichtigen Schlüssel für die Dekarbonisierung unserer IT.
Was genau mit „Software“ gemeint ist, hat sich in den letzten Jahrzehnten allerdings stark verändert. Schreibt ein/e Programmierer:in Code, führt das längst nicht mehr nur zu Aktionen auf dem Gerät, das die Programmzeilen ausführt. Betrachten wir nachhaltige Software, müssen wir in „verteilten Systemen“ denken. Also in miteinander vernetzten Geräten, die Rechenoperationen, gespeicherte Daten und mehr untereinander aufteilen. Um das besser zu verstehen, haben wir mit Teresa Zeck von der Gesellschaft für Informatik (GI) gesprochen.
Teresa Zeck ist Projektkoordinatorin bei ECO:DIGIT, einem gemeinsamen Projekt der Gesellschaft für Informatik, des Öko-Instituts und weiteren Partnern wie adesso SE, Siemens, und der Open Source Business Alliance. Gefördert wird es vom Bundesministerium für Forschung, Technik und Raumfahrt.
Wie misst man den CO2-Fußabdruck von Software?
„Wir haben eine Ökobilanz-Methodik für Software entwickelt. Grundstein dafür war, dass wir einen Zusammenhang zwischen der Software-Aktivität und der Umweltwirkung herstellen wollten“, beschreibt Teresa den Ansatz von ECO:DIGIT im Gespräch. Die Methodik von ECO:DIGIT verbindet also die Daten einer tatsächlichen Software-Nutzung mit den relevanten Umweltfaktoren. Ein Problem ist dabei allerdings, dass verteilte Systeme sehr viele unterschiedliche Rechenoperationen ausführen.
Wie sieht verteilte Software in der Praxis aus?
Veranschaulichen wir das mal an einem konkreten Beispiel:
Microsoft führte im Jahr 1989 die Software „Office“ ein, mit der sicherlich jede/r schon einmal gearbeitet hat.
Hätten Teresa Zeck und ihr Team früher den ökologischen Fußabdruck von MS Office messen wollen, hätten sie dafür lediglich den Energieverbrauch während der Nutzung messen und die Ressourcen der verwendeten Hardware nachvollziehen müssen. Über eine Allokation müssten die Forschenden dann noch herausfinden, wie viele Ressourcen die Software anteilig in der Praxis genutzt hätte.
Im Jahr 2026 gibt es Microsoft Office nur noch als Cloud-Anwendung. Hier müssten sie neben der zur Ausführung des Programms verwendeten Hardware und deren Stromverbrauch auch die Rechenoperationen mit einbezogen werden, die Microsoft an seine Azure genannten Rechenzentren auslagert. Inklusive einer Allokation und dem Einbezug der Ressourcen, die für den Betrieb dieser Rechenzentren aufgewendet werden müssen.
Zusätzlich müssten die Forscher:innen die Menge an Daten nachvollziehen, die die Software überträgt – und auch die dafür benötigten Ressourcen einrechnen.
Die Allokation der Rechenoperationen beschreibt Teresa Zeck daher als zentrale Herausforderung. Denn diese Plattformen werden von dem Dienst nicht vollständig für sich beansprucht, sondern je nach Aufgabe nur anteilig und zeitlich begrenzt. Um dennoch eine Ökobilanz zu errechnen, müssen daher „alle Glieder der digitalen Lieferkette bewertet und geeignet zugeordnet werden.“ Kurz gesagt: Für eine realistische Einschätzung der Ökobilanz muss man herausfinden, zu welchem Anteil ein Programm einen Computer oder einen Server auslastet.
Die Methodik von ECO:DIGIT betrachtet hierfür sogenannte „digitale Basisressourcen“. Teresa Zeck beschreibt diese als die Rechenoperationen, die Datenübertragungen, der Arbeitsspeicher und auch der permanente Speicher. „Diese Ressourcen ordnen wir dann den dahinterliegenden Hardwarekomponenten – also Endgeräten oder Netzwerkkomponenten – zu“.
Was zuerst eine Herausforderung war, ist für Teresa Zeck nun das Besondere an der Methodik. „Eben, dass wir uns nicht nur den Energieverbrauch und die Treibhausgas-Äquivalente anschauen, sondern auch die Ökotoxität, die Elektroschrottmengen, den abiotischen Ressourcenverbrauch – also metallische und mineralische Rohstoffe – sowie den Wasserverbrauch.“
Wie komplex eine ganzheitliche Betrachtung moderner Software ist, verdeutlichte in den letzten Jahren die Verbreitung KI-basierter Chatbots. Denn während die Entwickler:innen von Sprachmodellen bei der Ökobilanz meist nur auf den geringen Energieverbrauch einzelner Anfragen hinweisen, zeigt die Betrachtung eines gesamten Lebenszyklus ein deutlich negativeres Bild. Und dazu kommt natürlich: Ein geringer Energieverbrauch, millionenfach ausgeführt, schnellt unumgänglich in die Höhe.
Digitaler Zwilling für praxisnahe Messungen
Neben der Methodik konnte das Team von ECO:DIGIT auch eine Testbank für neue oder existierende Anwendungen entwickeln. Für die vier Anwendungsbereiche „Edge Computing“, „Cloud-Plattformen“ sowie für mobile Endgeräte und mobile Netzwerke bietet ECO:DIGIT Entwickler:innen und Software-Anbietern eine Möglichkeit, Programme auf ihre Ökobilanz hin zu überprüfen.
Die Forscher:innen erstellen dabei anhand von Nutzungsszenarien, dem geschriebenen Software-Code und den Plattforminformationen, auf denen die Software ausgeführt werden soll, einen digitalen Zwilling der Software. Für die aufgewandte Rechenleistung, die Netzwerkauslastung sowie für RAM- und Massenspeicher kann die Testbank dann Prognosen liefern. Entwickler:innen können die Umweltauswirkungen ihrer Software so nicht nur auf einzelnen Geräten, sondern bereits hochskaliert etwa für Cloud-Computing-Umgebung testen.
So könnten etwa Projekte wie Carbonara, die schon während des Schreibprozesses eine vorläufige Umweltbilanz anbieten, um Cloud- und Edge-Computing-Szenarien erweitert werden. ECO:DIGIT deckt zudem noch nicht alle Szenarien für die Veröffentlichung von Software ab. Mobile Endgeräte sowie mobile Netzwerke kann die Testbank aktuell noch nicht untersuchen.
Komplexe Systeme mit noch komplexeren Umweltfolgen
Diese praxisnahe und ganzheitliche Betrachtung verteilter Softwaresysteme zeigt allerdings auch: Die Ökobilanz moderner Softwaresysteme zuverlässig zu schätzen, ist eine äußerst komplexe Aufgabe. Und sie wird durch aktuelle Entwicklungen noch weiter erschwert. Denn abseits aller Superintelligenz-Versprechen sind KI-basierte CO2-Schwergewichte wie Chat-GPT oder Perplexity im Grunde genommen auch nur verteilte Softwaresysteme. Allerdings vertraut derartige Software massiv auf GPU-Leistung, da sie besonders viele Rechenoperationen gleichzeitig ausführen muss.
Wie sieht eine grüne digitale Zukunft aus?
Elektroschrott, CO2-Emissionen durch KI, Wasserverbrauch von Rechenzentren – aktuell scheint die ungezügelte Digitalisierung nicht mit einem gesunden Planeten vereinbar. Doch es gibt viele Lösungen für eine ökologische und faire Digitalisierung – wir haben sie recherchiert:
„Was unsere Methodik aktuell nicht berücksichtigt, ist die GPU-Bewertung. Das wurde erst einmal ausgelassen und generell deckt unser Forschungsprojekt nicht alle Komponenten ab“, antwortet Teresa Zeck auf die Frage nach der Messbarkeit von KI-Systemen. Hierfür hat das Foschungsteam ECO:DIGIT von Grund auf nach Open-Source-Standards gestaltet.
Die Hoffnung der Projektkoordinatorin ist dabei, dass „[ECO:DIGIT] dann von der Open-Source-Community weiterentwickelt und die Ansätze nach Projektende als Grundlage für neue Tools genutzt werden.“
Auch wenn das Projekt ECO:DIGIT im Mai 2026 endet, beantwortet die Methodik eine wichtige Frage. An welchen Stellen unserer digitale Welt sind die Ressourcenverbräuche besonders hoch? Je genauer wir die Ursachen für die negative Umweltbilanz digitaler Systeme kennen, desto besser können wir an nachhaltigen Lösungen arbeiten.
Seit Anfang März gibt es zudem darüber hinaus einen neuen ISO-Standard, der Anforderungen und Hinweise für nachhaltige Software zusammenfasst. Auch hier sind die Forschungen von ECO:DIGIT eingeflossen. Unternehmen können sich bei der Entwicklung ihrer Produkte an dem Standard orientieren, um die Umweltauswirkungen im Lebenszyklus ihrer Software zu minimieren.
Dieser Artikel ist Teil des Dossiers „Digital und grün – Lösungen für eine nachhaltige Digitalisierung“, in dessen Rahmen wir Lösungen für eine ökologische und faire Digitalisierung vorstellen. Wir danken der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU) für die Projektförderung!
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