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Informatik und die Energiewende – Alumni-Tag TU Dortmund: Vom Strombedarf der Digitalisierung bis zu smarten Netzen

Der Alumni-Tag der Informatik lockte auch dieses Jahr zahlreiche Besucher*innen an die TU Dortmund. Fotos (4): Jonathan Mahlendorf/ Alumni der Informatik Dortmund (e.V.)

Von Anna Lena Samborski

Die fortschreitende Digitalisierung verbraucht immer mehr Energie – auf der anderen Seite braucht es die Informatik, um die Herausforderungen der Energiewende zu meistern. Intelligente Stromnetze sind wiederum besonders anfällig für Hackerangriffe. Ist die Informatik nun Teil des Problems oder Teil der Lösung in Sachen Klimawandel? – Dieser Frage gingen drei Referent*innen bei dem diesjährigen Dortmunder Alumni-Tag (DAT) der Fakultät für Informatik der TU Dortmund nach.

Informatiker Alumni-Tag der TU Dortmund findet jährlich statt

Seit zehn Jahren widmet sich das Alumni-Netzwerk der Informatik der TU Dortmund am Alumni-Tag den drängenden Fragen an der Schnittstelle zwischen Gesellschaft und Informatik. In den letzten Jahren ging es um Themen der künstlichen Intelligenz, die Datenwirtschaft und Informatik als Machtinstrument.

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Der diesjährige Alumni-Tag beschäftigte sich mit dem nicht weniger wichtigen Thema „Informatik und die Energiewende“. Hierbei beleuchteten drei Referent*innen die Potentiale und die Herausforderungen der Informatik in diesem Spannungsfeld.

Ganz besondere Aufmerksamkeit erhielt Hugues Ferreboeuf mit seinem Vortrag „Warum wir das Internet neu desginen müssen, um den Klimawandel zu bekämpfen“. Ferreboeuf kommt von der gemeinnützigen Pariser Organisation „The Shift Project – the carbon transition think tank“. Dort leitet er das Projekt „Lean ICT“, das sich mit einer ökologisch nachhaltigen Digitalisierung beschäftigt.

Hugues Ferreboeuf: „Der Energieverbrauch im Digitalsektor explodiert“

Das Videostreaming ist für den enormen Anstieg von Datenverkehr und -speicherung hauptverantwortlich. Grafiken (2): The Shift Project

„Der Energieverbrauch im Digitalsektor explodiert“, bringt es Ferreboeuf auf den Punkt. Die Produktion der elektrischen Geräte, der Betrieb von Rechenzentren und der Netzinfrastruktur sowie die Endgeräte selbst: Für alles wird Strom gebraucht – Auch wenn es für die Endverbraucher*innen oft im Verborgenen bleibt.

Ferreboeuf und sein Team haben Bilanz gezogen: Der Stromverbrauch des digitalen Sektors steigt weltweit im Jahr um 9 Prozent – zunehmend. Dies entspricht aktuell einem Anteil von vier Prozent der gesamten globalen Treibhausgasemissionen.

Für das Jahr 2025 erwarten die Wissenschaftler*innen eine Zunahme auf acht Prozent. Kaum zu glauben: Dies entspräche dann den Emissionen aus dem weltweiten Verkehrssektor!

Den größten Energieverbrauch durch die Produktion der Geräte

Der enorme Stromverbrauch von Rechenzentren wird hier und da in den Medien diskutiert. Was viele jedoch nicht wissen: Den größten Energieverbrauch macht nach wie vor die Produktion der Geräte aus – nämlich ungefähr 45 Prozent des digitalen Sektors.

Referent Hugues Ferreboeuf reiste aus Paris an.

„Der Energieverbrauch eins Smartphones hängt nicht davon ab, wie viel ich es nutze, sondern davon, ob ich es kaufe oder nicht“, gibt Ferreboeuf dabei zu bedenken. Er und sein Team identifizierten vier Faktoren, die besonders stark zu dem steigenden Energieverbrauch bei der Digitalisierung beitragen.

Zunächst werden die Funktionen von Smartphones immer komplexer. Damit steigt zum einen der Strombedarf bei Betrieb. Jedoch ist auch hier die Produktionsphase entscheidend: Mehr Funktionen bedeutet mehr Hardwarekomponenten, die einen immer höheren Energieverbrauch bei der Herstellung bedeuten.

„Internet of things“: Weiterer Knackpunkt ist die immer stärker vernetze Lebenswelt

Ein weiterer Knackpunkt ist die immer stärker vernetze Lebenswelt: Vom Auto, über Kühlschrank bis hin zur vernetzten Haarbürste. „Bis jetzt waren elektronische Geräte dafür da, dass Menschen mit ihnen kommunizieren. Im ,Intenet of things‘ werden die Geräte untereinander kommunizieren. Und das bietet nahezu unbegrenzte Möglichkeiten für die Vernetzung“, so Ferreboeuf.

Es ist zu erwarten, dass die Anzahl der Geräte für das ‚Internet of things‘ (IoT) bis 2030 verdreifacht wird – und somit nahezu zwei Drittel der elektronischen Geräte ausmachen wird. Dazu zählt auch die fortschreitende Vernetzung in der Industrie – auch bekannt unter Industrie 4.0 oder als ‚Internet of industrial objects‘.

Und zu guter Letzt bedeuten mehr Geräte eben auch mehr Datenverkehr: Dabei steigt vor allem das Streamen von  „videos on demand“ explosionsartig um 25 Prozent pro Jahr – und macht rund 80 Prozent des Datenverkehrs aus.

Videostreaming: Enormer Stromverbauch für Nutzer*innen oft im Verbogenen

Fast 50 Prozent des Energiebedarfs entstehen in der Produktionsphase eines Elektrogerätes.

Zwar steigt die Energieeffizienz der Speicher- und Übertragungsmedien stetig – jedoch nicht so stark wie der Zuwachs an gespeicherten Inhalten. Dazu ist sich Ferreboeuf sicher, dass der Effizienzanstieg sich in Zukunft verlangsamen wird – wir kämen so langsam an die Grenzen der aktuellen Technik, so der Experte.

Der Anstieg von Videoinhalten ist für Ferreboeuf nicht verwunderlich: Die Datengeschäfte der Digitalunternehmen wie Google, Amazon, Facebook und Apple hängen schließlich davon ab, die Nutzer*innen möglichst lange auf den Plattformen zu halten – und das gehe schließlich mit Videoinhalten besonders gut.

Um es noch einmal zu verbildlichen: Der Strombedarf beim Streamen eines zehnminütigen Videos entspricht dem Betrieb eines Smartphones selbst über zehn Tage. Der Einfluss eines Videos ist somit 1500-mal so hoch wie durch den Stromverbrauch des Endgeräts ersichtlich.

Aufruf zur „Digitalen Schlichtheit“ und bewusster Digitalisierung

Es ist also kein Wunder, dass sich viele Nutzer*innen des enorme Strombedarfs der Digitalisierung nicht bewusst sind. Somit haben sich Ferreboeuf und das Shift Project zur Aufgabe gemacht, die Zivilgesellschaft, die Politik als auch Firmen zu informieren.

Dabei geht es ihnen nicht darum, die Digitalisierung rückgängig zu machen oder aufzuhalten. Viel mehr sprechen sie sich für eine „digital Sobriety“ (zu Deutsch etwa: Digitale Schlichtheit) aus. Es gehe zum Beispiel darum, sich zu überlegen, wie viele Videos und wie viele vernetze Geräte denn nun wirklich nötig seien.

Ferreboeuf berät außerdem Firmen zum Thema Digitalisierung: Wo macht „smart“ wirklich Sinn, wo ist es überflüssig und wie ist es mit dem Energieverbrauch vereinbar? Außerdem ruft er zu einheitlichen Regelungen auf europäischer Ebene auf.

Energiewende: Smarte Stromnetze stehen vor komplexen Herausforderungen

Doch die Informatik ist aus Klimasicht nicht nur Teil des Problems, sondern auch an vielen Stellen Teil der Lösung – wie zum Beispiel bei der Energiewende. Mit diesem Zusammenhang beschäftigt sich Professor Sebastian Lehnhoff. Lehnhoff ist Alumnus der TU Dortmund und hat zurzeit die Professur für Energieinformatik an der Universität Oldenburg inne.

Professor Sebastian Lehnhoff forscht zur Sicherheit in smarten Stromnetzen.

Durch die voranschreitende Energiewende werden immer komplexere Steuerungsanforderungen an Stromnetze gestellt. Denn wenige große Stromerzeuger wie Kohlekraftwerke sollen durch viele kleinere Ökostromerzeuger ersetzt werden.

Dazu ist die Stromerzeugung durch erneuerbare Energien abhängig von der Umwelt: Strom wird nicht dann erzeugt, wenn er gebraucht wird, sondern wenn Sonne oder Wind zur Verfügung stehen.

Für den Betrieb dieser hochkomplexen Stromnetze gewinnt die Informatik an immer größerer Bedeutung. Wobei Lehnhoff zu bedenken gibt, dass nicht jeder Schritt in die Digitalisierung unbedingt notwendig sei. Oft liege vielmehr ein genereller Digitalisierungstrend so wie das Bestreben nach dem Sammeln von Nutzerdaten zugrunde.

Viele Einfallstore und „Topziele“ für Hackerangriffe

Ein Schwerpunkt von Lehnhoffs Forschung liegt auf dem Aspekt der Sicherheit der immer stärker durchdigitalisierten Stromnetze. Denn die „smart grids“ bringen eine große Angriffsfläche für Hackerattacken mit sich. Lehnhoff bestätigt: „Sie sind ein Topziel für Angriffe“.

„Es gibt viele Einfallstore in diese kritische Infrastruktur“, ergänzt der Experte. Zudem kämen immer mehr automatische Angriffe vor, die mit Hilfe von künstlicher Intelligenz jede Schwachstelle finden. Lehnhoff resümiert:  „Wenn ein Staat da rein will, kommt er da rein.“

Somit plädiert Lehnhoff dafür, dass sich neben die Abwehr von Angriffen auf den Umgang mit einem eingetroffenen Schadensfall konzentriert wird. Dazu gehört für ihn unter anderem die Früherkennung von Eindringlingen im System ebenso wie ein ausgiebiges Backup-System.

innogy Direkt GmbH: Pilotprojekt  „Smart Energy Communities“

Als letztes stellte Linda Hein von innogy Direkt GmbH die Ideen des Unternehmens für eine nachhaltige Stromversorgung der Zukunft vor. In dem Pilotprojekt  „Smart Energy Communities“ testet das Unternehmen, wie Nachbarschaften ihren selbsterzeugten grünen Strom untereinander aufteilen können.

Linda Hein von innogy Direkt GmbH sieht die Zukunft der Stromversorgung in „Smart Energy Communities“.

So könnten kleine private Erzeuger – zum Beispiel mit einer Photovoltaikanlage – bei einer Überschussproduktion ihre direkten Nachbarn versorgen. Nur bei einem Strommangel oder Überschuss in dem lokalen Stromnetz findet ein Ausgleich mit dem regionalen Stromnetz durch grünen Strom von innogy direkt GmbH statt.

Auch hier spielen neuste Technologien der Informatik wie Big Data Management und künstliche Intelligenz eine große Rolle: Die Bilanzierung der Stromversorgung innerhalb der „Smarten Community“ muss engmaschig getaktet sei.

Außerdem werden das Stromangebot und die Stromnachfrage stetig prognostiziert. Des weiteren plant das Unternehmen für die nächste Projektphase das automatische Zu- und Abschalten von Geräten in Abhängigkeit der momentanen Stromverfügbarkeit.

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Weitere Informationen:

  • Homepage das Alumni-Netzwerks, hier:
  • The Shift Project (englisch), hier:
  • Projektbericht „Lean ICT“ (englisch), hier:
  • Institut Energieinformatik Universität Oldenburg, hier:

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