Nachhaltige Digitalisierung versus digitale Nachhaltigkeit

Matthias Stürmer referiert auf der Konferenz "Bits & Bäume" über digitale Nachhaltigkeit. In diesem Gastbeitrag gibt er eine Vorschau auf seinen Vortrag.

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(Bild: Miha Creative / Shutterstock.com)

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  • Prof. Matthias Stürmer
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Vom 30. September bis zum 2. Oktober 2022 findet in Berlin die Konferenz "Bits & Bäume" statt. „Bits & Bäume“ ist ein deutschlandweites zivilgesellschaftliches Bündnis. Die Auftaktkonferenz fand im Jahr 2018 statt. Heise online ist Medienpartner der diesjährigen Konferenz. In diesem Gastbeitrag gibt Prof. Dr. Matthias Stürmer einen Einblick in seinen Vortrag „Digitale Nachhaltigkeit oder nachhaltige Digitalisierung? Die zwei Seiten einer Münze“.

Die aktuelle Energiekrise zeigt, wie wertvoll Strom ist. So müssen auch wir uns vonseiten der Informatik die Frage gefallen lassen, was unser Anteil am globalen Elektrizitätsverbrauch ist. Dieser wächst ununterbrochen, denn bekanntlich gibt es im ICT-Sektor zahlreiche Stromfresser: Von Cloud-Computing Anwendungen in großen Rechenzentren, zur Übertragung von Video-Streams bei Online-Konferenzen oder für Social Media, der Betrieb von Kryptowährungen wie Bitcoin und andere Proof-of-Work basierte Blockchain-Anwendungen bis hin zur Energie-intensiven Modellbildung für maschinelles Lernen.

Ein Gastbeitrag von Prof. Dr. Matthias Stürmer

Matthias Stürmer ist seit 2021 Professor an der Berner Fachhochschule (BFH) und Leiter des Instituts Public Sector Transformation. Er hat 2020 an der Universität Bern zu digitaler Nachhaltigkeit habilitiert, unterrichtet dort die Vorlesung "Digitale Nachhaltigkeit" und leitet die Forschungsstelle Digitale Nachhaltigkeit am Institut für Informatik. Außerdem ist er seit 2009 Geschäftsführer der Parlamentarischen Gruppe Digitale Nachhaltigkeit in der Schweiz und Präsident des Open Source Fördervereins CH Open.

Wie viel elektrische Energie braucht die Digitalisierung nun tatsächlich? Der französische Experte für digitale Suffizienz, Frédéric Bordage von GreenIT.fr, geht davon aus, dass 2019 rund 1300 Terawattstunden (TWh) für die digitalen Endgeräte, Netzwerke und Rechenzentren verwendet wurden. Dies entspricht 5,5 % des globalen Stromverbrauchs. Problematisch ist dabei das große Wachstum des Strombedarfs des ICT-Sektors, der bis 2030 bis zu 20 % des globalen Elektrizitätsverbrauchs beanspruchen könnte. Gleichzeitig stellt dieser direkte Energieverbrauch der Digitalisierung bloß einen Bruchteil der grauen Energie dar, die für die Herstellung der Milliarden von Smartphones und Millionen von Laptops und Servers jährlich benötigt wird. Schätzungen gehen von 6800 TWh aus, die 2019 als Primärenergie für die Digitalisierung verwendet wurden, was zu 1400 Millionen Tonnen Treibhausgas-Emissionen führte – 3,8 % Anteil am globalen Emissionsausstoß.

Trotz dieser negativen Effekte der ICT auf die Umwelt schafft die Digitalisierung glücklicherweise auch zahlreiche neue Chancen, um ökologische und soziale Verbesserungen zu erreichen. So hat etwa dieses Jahr die von den Vereinten Nationen geleitete "Coalition for Digital Environmental Sustainability" (CODES) im sogenannten "Action Plan for a Sustainable Planet in the Digital Age" zahlreiche Beispiele dokumentiert, wie die digitale Transformation bereits heute einen wichtigen Beitrag zur nachhaltigen Entwicklung erbringt. So wird darin unter anderem beschrieben, wie die vom Umweltprogramm der Vereinten Nationen prämierte Alipay Mobile App "Ant Forest" Hunderte Millionen Nutzende motiviert hat, die Pflanzung von 122 Millionen Bäumen in China zu finanzieren. Es gibt viele weitere Möglichkeiten, Digitaltechnologien für die Förderung der nachhaltigen Entwicklung des Verkehrs, des Konsums, des Bausektors oder des Tourismus einzusetzen.

Folglich stellt sich die Frage: Ist die Digitalisierung somit einfach ein praktisches Werkzeug, um ökologische und soziale Aspekte der Nachhaltigkeit zu fördern? Ja, denn Daten und Anwendungen können beispielsweise helfen, wichtige Informationen über den Klimawandel zu sammeln und zu verbreiten und das Verhalten der Bevölkerung und der Wirtschaft in eine sinnvolle Richtung zu weisen. Gleichzeitig ist es notwendig, den erwähnten "Carbon Footprint" der wachsenden ICT-Nutzung und weitere problematische Folgen für die Menschen und die Umwelt zu reduzieren. Erst wenn beide Aspekte der Digitalisierung adressiert sind, wird diese einen positiven Nachhaltigkeitseffekt ausüben. Somit ist Digitalisierung dann nachhaltig, wenn das Potenzial der Digitalisierung für die nachhaltige Entwicklung ausgeschöpft ist und die negativen Effekte minimiert sind.

Neben dieser Perspektive der "nachhaltigen Digitalisierung" existiert noch eine grundlegend andere Dimension des Zusammenhangs von Nachhaltigkeit und Digitalisierung. Ausgangspunkt dieser Betrachtung ist die historische Brundtland-Definition der Nachhaltigkeit, nach der wir uns heute so verhalten sollen, dass auch künftige Generationen ihre Bedürfnisse befriedigen können. Dieses Nachhaltigkeitsverständnis verlangt also, nicht nur die materielle Perspektive des Lebens zu berücksichtigen, sondern auch immaterielle Aspekte einzubeziehen.

Immer schon spielte "Wissen" eine zentrale Rolle in unserer Welt. Wer Zugang zu Wissen hat, hat Macht. Dabei ist nicht nur das dokumentierte Wissen relevant, sondern insbesondere auch das nicht aufgeschriebene Wissen. Gemäß der Knowledge Management Theorie besteht "Wissen" denn auch aus explizitem und implizitem Wissen: Das explizite Wissen ist auf irgendeine Art extern festgehalten und kann deshalb analog oder digital übermittelt werden. Das implizite Wissen ("tacit knowledge") umfasst Fähigkeiten und Erfahrungen. Es steckt in den Köpfen der Menschen und kann deshalb nur mit großem Aufwand transferiert werden.

In der heutigen Informationsgesellschaft wird explizites Wissen praktisch nur noch digital erstellt, gespeichert und transferiert. Im Wesentlichen sind dies Daten, die mittels Software verarbeitet und über Netzwerke verbreitet werden. Gemäß der klassischen Wissenspyramide kann aus diesen Daten wiederum neue Information gewonnen und letztlich Wissen generiert werden.

Nun lässt sich bezüglich der Nachhaltigkeitsproblematik einwenden, dass digitale Wissensgüter wie Daten, Inhalte oder Algorithmen ja keine knappen materiellen Güter darstellen, da sie sich nicht abnützen und ohne Grenzkosten transferiert werden können. Anders ist dies bei den natürlichen Ressourcen: So muss zum Beispiel der Boden vor der Übernutzung oder die Luft vor einer übermäßigen Verschmutzung geschützt werden. Diese "Tragik der Allmende" beruht auf dem Mangel an Anreizen, sparsam mit den natürlichen Ressourcen umzugehen. Auch die humanen Ressourcen müssen geschützt werden, nämlich vor unfairen Arbeitsbedingungen, Ungleichbehandlung und anderen Menschenrechtsverletzungen. Als dritte Säule der nachhaltigen Entwicklung gilt die Wirtschaft. So müssen auch finanzielle Rahmenbedingungen berücksichtigt werden, wenn Maßnahmen zur nachhaltigen Entwicklung realisiert werden.

Der Vorteil von Wissensgütern ist, dass sie gemäß der bekannten Güterarten nicht rivalisierend sind und somit selbst bei vielfacher Verwendung keine Abnutzung entsteht. Allerdings gibt es dennoch eine Möglichkeit, künstliche Knappheit zu generieren: die Exklusivität. Es können ohne Weiteres ganze Personengruppen vom Zugang zu immateriellen Gütern ausgeschlossen werden. So verhindert das heutige Urheberrecht "by default" den freien Zugang zu Wissensgütern, da gemäß "Berner Übereinkunft" von 1886 alle Werke der Literatur und Kunst automatisch geschützt sind. Auch technische Restriktionen generieren exklusiven Zugang: Wissenschaftliche Publikationen werden typischerweise von den Verlagen durch entsprechende Zugriffsrechte geschützt, damit die Hochschulen Abonnements für Zeitschriften und Buchreihen kaufen. Oder proprietäre Software schränkt deren Anwendung auf eine bestimmte Anzahl Benutzer oder Rechenprozessoren ein. Und beispielsweise bei Büchern und anderen Medien wird mittels "Digital Rights Management" die unerlaubte Nutzung und Weiterverbreitung verhindert.

Durch das Urheber- und Patentrecht wurden in der Vergangenheit Barrieren geschaffen, damit ökonomische Anreize zu mehr Innovation führen. Technische Einschränkungen des Informationszugangs sind heute oftmals die Basis von Geschäftsmodellen und Unternehmertum. Kreatives Schaffen soll urheberrechtlich geschützt werden. Diese Selbstverständlichkeit ist tief in unserer heutigen Gesellschaft verwurzelt. Gemäß Artikel 27 der Menschenrechtserklärung besteht gar ein Menschenrecht auf geistiges Eigentum.

Das mag für die einzelnen Kulturschaffenden, Autoren oder Startup-Gründerinnen auch sinnvoll sein. Dennoch ist es gesamthaft betrachtet für die Gesellschaft von Vorteil, wenn Wissen geteilt wird. Als konkretes Beispiel zeigt der "Open Access"-Aufruf zu Beginn der COVID-19 Pandemie, dass es für die globale Bekämpfung des Virus nützlich war, alle Forschungsdaten und Erkenntnisse frei zugänglich zu machen. Bei der Diskussion über die Freigabe der Patente für die Impfstoffe war allerdings die Einheit von Zivilgesellschaft und Wirtschaft schon wieder zu Ende.

Die unterschiedliche Interessenlage von Gesellschaft und gewissen Akteuren der Unternehmenswelt ist auch bei den klassischen ökologischen oder sozialen Themen der Nachhaltigkeit keine Seltenheit. So haben beispielsweise Erdölfirmen wenig Freude an Einschränkungen bezüglich CO₂-Ausstoß oder Waffenhersteller kaum Interesse an Friedensbemühungen. Dennoch ist es aus Sicht der nachhaltigen Entwicklung sinnvoll, den Klimawandel zu bekämpfen und Kriege zu beenden.

Neben dieser politischen Diskussion gibt es im Rahmen der digitalen Transformation auch Themengebiete, die unterdessen einen hohen Konsens genießen – so beispielsweise, wenn es um staatliche Gelder für Daten und Software geht. Die noch vor wenigen Jahren radikal klingende Forderung "Public Money – Public Code" der Free Software Foundation Europe wird inzwischen von höchsten Regierungskreisen unterstützt. Das deutsche Bundesministerium des Innern hat beispielsweise mit "Open CoDE" kürzlich eine eigene GitLab-Plattform lanciert, welche die Freigabe und Weiterentwicklung von Behördenapplikationen ermöglicht. Und in der Schweiz hat das Parlament vergangene Woche mit deutlicher Mehrheit dem neuen "Bundesgesetz über den Einsatz elektronischer Mittel zur Erfüllung von Behördenaufgaben" (EMBAG) zugestimmt, das unter anderem eine gesetzliche Grundlage für die "open by default" Freigabe von Behördendaten und staatlicher Software schafft.

Ein ähnliches Ziel verfolgt die "Öffentliches Geld – Öffentliches Gut" (ÖGÖG) Kampagne von Wikimedia. Sie verlangt die freie Verfügbarkeit öffentlich finanzierter Bildungsinhalte und anderer Arbeitsergebnisse der öffentlichen Hand. Selbst die Vereinten Nationen haben in ihrer "Roadmap for Digital Cooperation" im Jahr 2020 die Förderung der "Digital Public Goods" auf ihre Agenda genommen. Darin wird explizit erwähnt, dass die Förderung von "open source software, open data, open AI models, open standards and open content" ein erklärtes Ziel der Vereinten Nationen ist.

Wie hängt nun all dies zusammen mit nachhaltiger Entwicklung? Das Konzept der digitalen Nachhaltigkeit versteht die "freie Verfügbarkeit von Wissen" aufgrund der fortschreitenden Digitalisierung nicht mehr nur als Mittel zum Zweck, sondern als eigenständige, schützenswerte Ressource. Der freie Zugang zu und die langfristige Weiterentwicklung von Digitaltechnologien wie Daten, Software oder Modellen der künstlichen Intelligenz ist, wie oben beschrieben, heute eine elementare Grundlage für die nachhaltige Entwicklung.

Eine systematische Darstellung von zehn Voraussetzungen für die Klassierung digitaler Wissensgüter als "nachhaltig" wurde 2017 im Nachhaltigkeits-Journal "Sustainability Science" und danach auf Deutsch in einem Schweizer IT-Magazin veröffentlicht. So müssen digital nachhaltige Güter einerseits qualitativ ausgereift, sicher, verständlich, fehlerfrei und Datenschutz-konform verfügbar sein. Andererseits ist die Transparenz der technologischen Grundlagen wie Quellcode, Spezifikation oder Rohdaten eine Voraussetzung. Bei Daten ist des Weiteren eine semantische Verknüpfung erforderlich, damit das digitale Wissen maschinell weiterverarbeitet werden kann. Daten und Systeme müssen dezentral redundant gespeichert sein beziehungsweise betrieben werden, damit keine Daten verloren gehen und die Plattformen ununterbrochen funktionieren können.

Eine weitere Voraussetzung für digital nachhaltige Güter ist die rechtliche Grundlage, eine "offene Lizenz", damit trotz Urheberrechtsschutz die Applikationen und Daten uneingeschränkt genutzt, verbreitet und weiterentwickelt werden dürfen. Und neben dem expliziten Wissen muss auch das implizite Wissen auf möglichst viele Menschen aus unterschiedlichen Organisationen verteilt sein, um Wissensabhängigkeit zu vermeiden. Verbesserungen müssen fortlaufend von allen fähigen Personen beigetragen werden können. Die Führung ("Governance") muss auf eine faire, transparente und effiziente Weise ausgestaltet sein, sodass es zu keinen Aufspaltungen der Community kommt. Die Finanzierung muss auf unterschiedliche Quellen verteilt sein, damit keine ökonomischen Abhängigkeiten entstehen. Und letztlich müssen digital nachhaltige Wissensgüter der nachhaltigen Entwicklung im Sinn der Nachhaltigkeitsziele dienen.

Dieses 2017 entwickelte Konzept der digitalen Nachhaltigkeit hat auch heute noch seine Gültigkeit, wenn auch neue Aspekte aufgrund der rasanten technologischen Entwicklung laufend hinzukommen. So schafft beispielsweise die stetig wachsende Anzahl frei verfügbarer digitaler Wissensgüter unterdessen auch ökologische Vorteile: Open-Source-Software, die schon mal programmiert wurden, kann auf GitHub wiederverwendet werden und spart so Arbeitszeit und damit Energieverbrauch aller beteiligter Personen. Oder komplexe Modelle für maschinelles Lernen, für deren Berechnung wie erwähnt enorme Mengen an Strom und Serverkapazitäten (graue Energie für Hardware-Herstellung) benötigt werden, können bei freier Zugänglichkeit weiterverwendet werden, ohne dass die Trainingsdaten erneut von Grund auf verarbeitet werden müssen. Hier spielt auch der wissenschaftliche Fortschritt mit: So basieren moderne neuronale Netze auf vortrainierten Transformer-Modellen (Pre-Training), die als generische Basis für viele unterschiedliche Aufgaben verfeinert trainiert werden können (Fine-Tuning).

Gleichzeitig erfordert das Konzept der digitalen Nachhaltigkeit auch eine stetige Weiterentwicklung, da neue Herausforderungen auftauchen. So zeigt es sich zum Beispiel, dass mit der wachsenden Freigabe von Daten als Open Data auch die Gefahr wächst, die Privatsphäre betroffener Menschen zu tangieren. Deshalb ist es sinnvoll, die Risiken der Deanonymisierung weiter zu erforschen. Oder die Nutzung von offen zugänglichen Sprachmodellen des maschinellen Lernens benötigt die Weiterentwicklung von Open-Source-Lizenzen, wie dies im Fall des Open AI Modell BLOOM als "Open & Responsible AI License" (OpenRAIL) geschehen ist. Offenheit des Codes und freie Weiterverwendung reichen nicht mehr aus, bei solch mächtigen Modellen der künstlichen Intelligenz braucht es künftig auch ethische Vorgaben für deren Verwendung, sogenannte "Use Restrictions".

Die Organisatoren der Konferenz haben im Vorfeld politische Forderungen formuliert. Die Ansichten des Autors spiegeln nicht notwendigerweise die Ansichten und Werte von "Bits & Bäume 2022" wider.

(mki)