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Kann Software die Umwelt belasten? Ja, meint das Umweltbundesamt. Bereits im Jahr 2000 veröffentlichte es deshalb das weltweit erste Umweltzeichen für Software, den Blauen Engel.

Es ist eines der Ärgernisse, an die sich Verbraucher hoffentlich nie gewöhnen und die sie auch nicht akzeptieren sollten: Ein Gerät, das viel Geld gekostet hat, lässt sich auf einmal nicht mehr nutzen, nur weil das notwendige Sicherheitsupdate nicht zur Verfügung steht, die neue Anwendungssoftware leistungsstärkere Komponenten braucht oder die Schnittstelle zu anderen Geräten nicht kompatibel ist. In all diesen und ähnlichen Fällen haben Verbraucher und die Verantwortlichen in Unternehmen und Behörden keine andere Möglichkeit, als die eigentlich funktionstüchtigen Geräte durch neue zu ersetzen. Das macht klar, welchen Einfluss die Software auf die Nutzungsdauer der Technik hat und wie sie damit im schlechtesten Fall Energie- und Rohstoffverschwendung provoziert.

Die größte Umweltbelastung durch Produkte der Informations- und Kommunikationstechnik (IKT) wie auch der Unterhaltungstechnik entsteht bei der Herstellung dieser Produkte. Immer noch hält sich hartnäckig das Gerücht, dass es für den Klimaschutz gut wäre, wenn man die vorhandene Technik durch energieeffizientere ersetzt. Für die erwähnten Produkte stimmt diese Aussage aber nicht, denn in der Herstellung entstehen wesentlich mehr CO₂-Emissionen als in der Nutzung.

Nun könnte man vorbringen, dass kurze Austauschzyklen nicht so schlimm seien, denn die Umweltbelastung lasse sich durch ein hochwertiges Recycling senken. In der Praxis existieren jedoch nicht für alle Metalle Recyclingverfahren, wodurch wertvolle Rohstoffe unwiederbringlich verloren gehen. Sie werden entweder in andere, ökonomisch rentablere Metalle eingeschmolzen oder landen als Schlacke auf dem Müll. Große Mengen Elektroschrott wandern auf die Deponie.

Software belastet die Umwelt

Bisher richtete sich das Augenmerk der Regulierung, der Forschung und der Herstelleraktivitäten ausschließlich auf die Hardware. Umweltkennzeichnungen, freiwillige Selbstverpflichtungen und gesetzliche Mindestanforderungen schufen die Grundlage dafür, dass Notebooks, Computer und Monitore in den letzten Jahren deutlich energieeffizienter wurden.

Eine ähnliche Erfolgsgeschichte lässt sich über Software nicht schreiben. Es gibt fraglos schlank programmierte Software, bei der eine lange Nutzungsdauer der Produkte im Konzept verankert ist. Das trifft aber bei Weitem nicht auf alle Softwareprodukte zu. Zu den negativen Beispielen zählt Software, für die man die Energieverwaltung des Computers deaktivieren muss, damit keine Daten verloren gehen, Programme, die sich durch Updates so aufblähen, dass sie nur noch sehr langsam auf Befehle reagieren oder häufig abstürzen, und Anwendungen, die mehr Energie verbrauchen als eigentlich notwendig wäre. Die Liste von schlechten Eigenschaften ließe sich leicht fortsetzen.

Halten wir fest: Es gibt Softwareeigenschaften, die die Umweltbelastung reduzieren. Das Design der Softwarearchitektur bestimmt, wie viel an Hardware und elektrischer Energie notwendig ist. Software kann sparsam oder verschwenderisch mit den Hardwareressourcen umgehen. Je nachdem, wie intelligent sie programmiert wurde, benötigt sie beispielsweise weniger oder mehr Prozessorleistung und Speicherplatz. Abbildung 1 stellt die verschiedenen Wirkungen dar, die Software direkt auf die Hardware und indirekt auf die Umwelt ausübt.

Abbildung 1: Wirkungsmodell der Software auf die Umwelt. Quelle: ETH Zürich

Der Weg auf der Suche nach wirkungsvollen Umweltkriterien war steinig und schwer. Es stellt sich die Frage, warum Software bisher unter dem Radar flog. Warum gibt es so wenig Forschung und Regulierung zu diesem Thema? Hierfür gibt es mindestens zwei entscheidende Gründe. Bei Software lässt sich der Zusammenhang zwischen Ursache und Wirkung sehr viel weniger gut erkennen als bei Hardware, was es erschwert überprüfbare Mindestanforderungen zu stellen. Das liegt an der Vielzahl von unterschiedlichen Softwareprodukten und Einsatzbereichen.

In einem Forschungsprojekt [1] hat das Umweltbundesamt zusammen mit dem Öko-Institut, dem Umwelt-Campus Birkenfeld der Uni Trier und der Universität Zürich zunächst eine Klassifizierung der diversen Softwareprodukte vorgenommen (Abbildung 2). Mit deren Hilfe und anhand eines detaillierten Wirkungsmodells, das die Wechselwirkungen zwischen Hard- und Software darstellt, ließ sich ein Kriterienkatalog [2] für nachhaltige Software entwickeln. Er führt insgesamt 76 Einzelkriterien auf, die er in drei Themenbereichen zusammenfasst: Ressourceneffizienz, Einfluss auf die Dauer der Hardwarenutzung und Nutzungsautonomie. Jedes Kriterium lässt sich über einen oder mehrere Indikatoren bewerten.

Abbildung 2: Klassifikation von Anwendungssoftware.

Im Rahmen dieser Forschung entstand eine Bewertungs- und Messmethodik, anhand derer man den Energiebedarf, die Inanspruchnahme von Hardwareressourcen sowie weitere umweltbezogene Eigenschaften von Software ermitteln kann. Für einen Test der Bewertungs- und Messmethode wurden Softwareprodukte mit gleicher Funktionalität aus vier Produktgruppen untersucht. Der Forschungsbericht dokumentiert alle Ergebnisse der Felduntersuchungen detailliert. Die ersten Ergebnisse machten deutlich, dass es teilweise erhebliche Unterschiede zwischen den Testkandidaten gibt. Bis hierher

Im Standardnutzungsszenario, bei dem die typischen Funktionen in einer definierten Abfolge automatisch ablaufen, treten die Unterschiede der Energieeffizienz zwischen den Softwareprodukten zutage, wie Abbildung 3 erkennen lässt. Der Energieverbrauch der ineffizienteren Software (unten) liegt bei dieser Messung viermal höher als der des Vergleichsprodukts (oben). Das ist vor allem vor dem Hintergrund relevant, dass die übermäßige Beanspruchung von Hardware dazu führt, dass die Programmausführung länger dauert. Im schlimmsten Fall kommt es dazu, dass der Anwender die vermeintlich langsame Hardware ausmustert und durch neue, schnellere ersetzt.

Abbildung 3: Exemplarisches Messergebnis zweier Textverarbeitungsprogramme.

Das erste Umweltzeichen

Auf der Grundlage der Forschungsergebnisse hat das Umweltbundesamt das Umweltzeichen Blauer Engel für Software entwickelt. Um für den Blauen Engel infrage zu kommen, muss Software beispielsweise auf einem mindestens fünf Jahre alten Computer noch laufen und Sicherheitsupdates für mindestens fünf Jahre sicherstellen, darf das Energiemanagement des Computers nicht behindern und muss die Datenformate offenlegen, sodass eine Weiternutzung der Daten möglich ist. Darüber hinaus muss der Antragsteller die Messergebnisse der Software zum Energieverbrauch und zur Inanspruchnahme der Hardwareressourcen vorlegen. Dafür hat das Umweltbundesamt eine Messmethode samt Software entwickelt, mit der sich die Energieverbrauchsdaten und die Hardwareauslastung ermitteln lassen. Die Anhänge der Vergabegrundlage [3] erklären die Methode und die Verbrauchsmessung im Detail.

Mit der ersten Version des Umweltzeichens liegen Anforderungen für lokale Anwendungssoftware vor, also für Software, deren Rechen- und Speicherleistung auf dem lokalen Computer stattfindet. Die Beschränkung auf Anwendungssoftware war notwendig, denn der Stand der Forschung reicht bisher nicht aus, um Anforderungen für weitere Softwarebereiche zu formulieren. Das Umweltbundesamt stellt den Anspruch, nur überprüfbare und ambitionierte Kriterien für den Blauen Engel zu empfehlen.

Der Geltungsbereich des bestehenden Blauen Engels wird derzeit in einem kürzlich gestarteten Forschungsvorhaben erweitert, sodass sich künftig auch verteilte Software und Applikationen für beispielsweise Smartphones oder Tablets zertifizieren lassen. Hier liegt die Herausforderung für die Forschung darin, die Umweltbelastung in der verteilten digitalen Infrastruktur (Rechenzentrum und Netze) zu ermitteln und eine Methode für deren Bewertung zu entwickeln.

Ausblick

Mit den bisherigen Forschungsergebnissen hat das Umweltbundesamt eine Tür geöffnet, die einen Blick auf die Umweltprobleme durch Software wirft. Dabei will die Behörde es jedoch nicht bewenden lassen. Die eigentliche Herausforderung besteht darin, bereits bei der Planung und Entwicklung von Software die richtigen Entscheidungen im Sinn der Umwelt zu treffen und optimierte Tools und Methoden anzuwenden, die eine umweltverträgliche Software zum Ergebnis haben.

Dazu soll das 2021 gestartete Forschungsvorhaben SoftAWARE einen Beitrag leisten. In seinem Rahmen überprüft das Umweltbundesamt zusammen mit der Sustainable Digital Infrastructure Alliance e.V. und dem Öko-Institut die Energie- und Ressourceneffizienz ausgewählter Programmiersprachen, Komponenten und Container-Klassen hinsichtlich ihrer Umweltverträglichkeit. Das soll Softwareentwickler in die Lage versetzen, energieeffiziente und hardwareschonende Software zu entwickeln. Das erfordert einerseits Informationen über den Energieverbrauch und die Hardwarebeanspruchung von Softwarekomponenten und Entwicklungswerkzeugen und andererseits Optimierungs- und Handlungsempfehlungen für einen verbesserten Energieeffizienzindex des Codes. Zusätzlich soll im nächsten Jahr ein Hackathon stattfinden, bei dem die Lösungen für gegebene Probleme gefunden und die energieeffizientesten Softwarelösungen ausgezeichnet werden sollen.

Mit den Ergebnissen des Forschungsvorhabens kann man zwar erst im Frühjahr 2023 rechnen, doch wird das Umweltbundesamt die interessierte Öffentlichkeit durch Workshops, Vorträge und Veröffentlichungen informieren. (jcb/jlu)