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Cloud Computing bringt Nachhaltigkeit voran

Nachhaltigkeit und Digitalisierung
Cloud Computing: so sinnvoll wie Carsharing

CO2-Bilanz: Cloud-und-Nachhaltigkeit
Durch Verlagerung der IT in die Cloud lassen sich Kohlenstoffemissionen um bis zu 96 % reduzieren – so die Berechnungen eines Anbieters. Bild: fovito/stock.adobe.com
Cloud Computing kann einen großen Beitrag zu mehr Nachhaltigkeit bieten. IT lässt sich damit effizienter betreiben und Services aus der Wolke helfen bei der Datenanalyse, um etwa die Energieverbräuche in der Fertigung zu reduzieren.

» Markus Strehlitz, freier Journalist in Mannheim

IT und Daten werden eine wichtige Rolle als Enabler von Nachhaltigkeitsinitiativen einnehmen – das ist eine der Kernaussagen eines Whitepapers des Beratungs- und Markforschungshauses IDC. Basis der von Microsoft unterstützten Studie ist eine Befragung von 150 Entscheidern aus sämtlichen Branchen der Prozessfertigung und der diskreten Industrie ab 500 Mitarbeitern in Deutschland, die für nachhaltigkeitsbezogene Maßnahmen und Strategien in ihren Unternehmen verantwortlich sind. 96 % der Befragten sind sich einig: IT ist essenziell für mehr Nachhaltigkeit. 67 % glauben sogar, dass eine umfassende Digitalisierung Voraussetzung für den Erfolg von Nachhaltigkeitsinitiativen ist.

IT ist großer Energiefresser mit ausgeprägtem CO2-Footprint

Warum das so ist, lässt sich in ein paar Punkten zusammenfassen: IT-Systeme helfen die Vielzahl an Daten, die für Nachhaltigkeit relevant sind, zu sammeln, zusammenführen und zu analysieren. Das wiederum bietet die Grundlage, um Nachhaltigkeitspotenziale im Unternehmen zu erschließen. Daneben ist die IT selbst ein großer Energiefresser mit ausgeprägtem CO2-Footprint. Eine effizientere Nutzung der entsprechenden Systeme trägt also ebenfalls zur Nachhaltigkeit bei.

Eine Möglichkeit für den effizienteren Betrieb bietet Cloud Computing. So können etwa Unternehmen, die ihre Fertigungsprozesse digitalisieren möchten, die dafür nötige Rechenpower aus der Wolke beziehen. Cloud-Anbieter stellen Infrastruktur oder Entwicklungsplattformen für die smarte Fabrik bereit. Anwenderunternehmen, die diese Dienste nutzen, entlasten nicht nur die IT-Abteilung im Haus, sondern reduzieren auch den Energieverbrauch des eigenen Rechenzentrums.

Rechenzentrumsbetrieb ist Kernkompetenz der Cloud-Provider

Das mag aus Nachhaltigkeitsperspektive zunächst wie eine Milchmädchenrechnung klingen. Schließlich wird der IT-Betrieb ja nur von den Servern im eigenen Haus auf das Rechenzentrum in die Cloud übertragen. Für die Umwelt scheint damit kaum etwas gewonnen.

Doch die Cloud bietet Vorteile – unter anderem in Sachen Effizienz. Dafür sorgt allein schon die gemeinsame Nutzung von Ressourcen. „Wenn wir als Cloud-Provider den IT-Bedarf unserer Kunden zusammen in unsere Infrastruktur aggregieren, können wir deutlich effizienter sein und eine sehr viel höhere Auslastung der IT erreichen“, erklärt Constantin Gonzalez, Principal Solutions Architect bei Amazon Web Services (AWS). Das lässt sich beispielsweise mit dem Effekt von Carsharing vergleichen. Sich ein Auto mit vielen Leuten zu teilen, ist nachhaltiger, als ein eigenes Fahrzeug zu unterhalten, das noch dazu die meiste Zeit auf dem Parkplatz oder vor der eigenen Garage steht.

Moderne Cloud-Technologie bietet Möglichkeit zur Verbesserung der Energieeffizienz

Hinzukommt, dass der Betrieb von Rechenzentren die Kernkompetenz der Cloud-Provider ist. Deren Geschäftsmodell konzentriert sich auf die Bereitstellung von IT-Dienstleistungen in großem Umfang. Eine Verbesserung der Energieeffizienz – und damit die Senkung der Stromkosten – kann sich direkt auf das Endergebnis auswirken.

Die Anbieter haben also schon allein aus diesem Grund ein Interesse, entsprechend optimierte Technik einzusetzen. Das bedeutet zum Beispiel, dass sie technisch aktuelle, besonders effiziente Servertechnologien verwenden. Und die darauf installierte Software ist speziell auf den Betrieb in der Cloud zugeschnitten. Um im oben genannten Vergleichsbild zu bleiben: Die Nutzer von Cloud-Diensten können also nicht nur den eigenen Fuhrpark reduzieren, sondern sind auch mit besonders energiesparenden Carsharing-Autos unterwegs.

Provider investieren in nachhaltigen Betrieb von Cloud-Diensten

Diese Entwicklung wird noch weiter voranschreiten. Laut dem Analystenhaus Gartner investieren die großen Provider – also die sogenannten Hyperscaler – aggressiv in den nachhaltigen Betrieb und die Bereitstellung von Cloud-Diensten. Innerhalb des kommenden Jahrzehnts oder noch früher wollen sie Netto-Null-Emissionen erreichen. Konkret bedeutet das, dass Amazon beispielsweise bis 2040 seinen CO2-Footprint auf Null bringen möchte. Und bis 2030 will die Cloud-Sparte AWS zu 100 % erneuerbare Energien nutzen. „Im Moment sieht es so aus, als würden wir dieses Ziel schon 2025 erreichen“, so Gonzalez. Andere Cloud-Anbieter haben ähnlich ambitionierte Ziele.

Entsprechend können diese auch Berechnungen vorlegen, welche Vorteile das Cloud Computing in Sachen Nachhaltigkeit bringt. So hat etwa AWS eine entsprechende Studie für europäische Unternehmen vorgelegt. Lasse man geschäftliche Anwendungen auf AWS statt in Firmenrechenzentren vor Ort in Europa laufen, dann könne der damit zusammenhängende Stromverbrauch um bis zu 80 % und die Kohlenstoffemissionen um bis zu 96 % reduziert werden. Voraussetzung sei, dass AWS 100 % des Stroms aus erneuerbaren Quellen beziehe. Für ein typisches deutsches Unternehmen kommt der US-Anbieter von Cloud-Computing-Services in der gleichen Studie auf eine potenzielle Energieeinsparung von 79 %, wenn Arbeitslasten in die Cloud verlagert werden.

Nachhaltigkeit braucht ganzheitlichen Datenansatz

Auch Microsoft hat die Effizienzvorteile der Cloud berechnet – und zwar anhand von vier Cloud-Anwendungen, die zusammen für den meisten Energieverbrauch in den hauseigenen Rechenzentren verantwortlich sind. Ziehe man hier ebenfalls die Nutzung erneuerbarer Energien in Betracht, sei die Microsoft Cloud bezüglich des CO2-Ausstoßes um 72 bis 98 % effizienter als herkömmliche Firmenrechenzentren.

Cloud Computing kann aber nicht nur den IT-Betrieb effizienter machen. Auch wenn IT als Werkzeug für mehr Nachhaltigkeit eingesetzt wird, sind Cloud-Konzepte sinnvoll. Denn wer sich im Unternehmen um das Thema kümmert, muss eine große Menge an Daten aus vielen unterschiedlichen Quellen betrachten und miteinander in Zusammenhang bringen. Dazu zählen etwa Informationen aus der Fertigung, von den IoT-Geräten (Internet der Dinge) einer Smart Factory ebenso wie Daten aus der Logistik, dem Vertrieb oder von den Lieferanten. So weisen die IDC-Experten in ihrem Whitepaper darauf hin, dass optimale Entscheidungen in Sachen Nachhaltigkeit nur mit einem umfassenden und ganzheitlichen Digitalisierungsansatz getroffen werden können, der möglichst viele Datenquellen berücksichtigt.

Cloud-Plattformen ermöglichen datenbasierte Zusammenarbeit mit Partnern

Dafür müssten sämtliche Daten, Dienste und Applikationen in einer gemeinsamen Umgebung integriert werden. „Ein solcher Plattformansatz verbessert nicht nur die Zusammenarbeit innerhalb von Unternehmen, sondern ermöglicht auch die intensivere, datenbasierte Zusammenarbeit mit externen Partnern“, heißt es in der Studie. Solche Plattformen müssten möglichst flexibel sein, um schnell an die sich permanent ändernden Anforderungen und Rahmenbedingungen angepasst werden zu können. Cloud-Architekturen stellen aus Sicht der IDC-Marktforschungsexperten dafür eine optimale Basis dar, „welche die notwendige Agilität bieten und sich flexibel skalieren lassen“.

Cloud-Provider bieten mit solchen Plattformen dann zum Beispiel die Möglichkeit, Daten aus der Lieferkette zusammenzuführen und diese damit transparenter zu machen – auch aus Nachhaltigkeitsperspektive. „Wir reden heute selbst bei Mittelständlern schon von mehr als 10.000 verschiedenen Lieferanten“, sagt Alexander Britz, Nachhaltigkeits-Experte bei Microsoft. „Das sind unglaubliche Datenmengen. Die können Sie mit normalen IT-Lösungen gar nicht managen.“ Doch dank Cloud-Computing entsteht quasi ein See – ein sogenannter data lake – in den die Datenströme hineinfließen und aus dem dann Wissen geschöpft werden kann.

Sensoren liefern entscheidende Informationen

So lassen sich auch speziell Daten aus der Fertigung analysieren. Sensoren an den Produktionsmaschinen liefern etwa Informationen, damit diese energieeffizienter betrieben werden können. Denn „man kann nichts verbessern, was man nicht messen kann“, erklärt Britz. Mit entsprechenden Services aus der Cloud lassen sich solche IoT-Daten auswerten.

Bosch hat etwa ein Energiedaten-Managementsystem entwickelt, das auf Microsofts Cloud-Plattform Azure läuft. Die Industrie-Kunden von Bosch können damit die Effizienz von Maschinen und Standorten bestimmen, vergleichen und optimieren. Zu den technischen Möglichkeiten der Plattform zählen die bedarfsorientierte Regulierung der Hallenlüftung, Abwärmenutzung aus diversen Bearbeitungsprozessen und das Abschaltmanagement der Anlagen.

Energy Platform von Bosch hilft bei nachhaltigem Betrieb von Anlagen

Die Lösung mit dem Namen Energy Platform stellt den Nutzern dafür bestimmte Cloud-Dienste der Azure-Plattform bereit. Mithilfe dieser Services lassen sich IoT-Geräte mit denjenigen Datenquellen verbinden, die gemessen und kontrolliert werden sollen – das sind beispielsweise vorhandene Zähler, Sensoren oder Maschinen. Diese Daten werden dann in der Energy Platform ausgelesen, miteinander verknüpft und analysiert.

Bosch nutzt die Plattform auch für seine eigenen Fertigungsstätten. Beispiel ist das Werk in Homburg wo eine Montagelinie für Dieseleinspritzventile optimiert wurde. Über intelligente Sensoren, die dort an Maschinen und Anlagen installiert sind, um den Energie- und Ressourcenverbrauch zu messen und an die Cloud zu übermitteln, ließen sich Möglichkeiten zur Energieeinsparung bei der Druckluftregulierung erkennen und anschließend umsetzen, heißt es.

Digitaler Zwilling wird zum Sustainable Twin

Mithilfe von IoT-Daten lässt sich auch ein digitaler Zwilling erstellen – also ein digitales Abbild einzelner Anlagen oder Produkte. Dieser könnte laut den Autoren des IDC-Whitepapers sogar noch um nachhaltigkeitsrelevante Aspekte erweitert und damit zum Sustainable Twin werden. „Die Informationen des Sustainable Twins können dann genutzt werden, um jederzeit den Zustand einzelner Assets zu beurteilen, Basis für weitere Maßnahmen wie Reparaturen oder Optimierungen zu sein und weitere Nachhaltigkeitsprojekte zu unterstützen.“

Laut Professor Berend Denkena, Sprecher des Präsidialausschusses der WGP (Wissenschaftliche Gesellschaft für Produktionstechnik) und Leiter des Instituts für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen (IFW), ist ein digitaler Zwilling aus mehreren Perspektiven interessant. Der Hersteller einer Werkzeugmaschine sammelt per Cloud-Service die Daten seiner Maschinen, die beim Anwender in den Werks-hallen eingesetzt werden. Daraus erzeugt er dann den Digital Twin, mit dem er Rückschlüsse auf die eigene Produktentwicklung ziehen kann. Zudem kann er seinen Kunden Dienste wie etwa eine vorausschauende Wartung anbieten. Das Unternehmen, das die Maschinen einsetzt, könnte den Digital Twin unter anderem nutzen, um „Taktzeiten realistisch zu berechnen und den Energieverbrauch optimal zu steuern“, so Denkena. Besonders hilfreich ist dabei, dass der Maschinenbauer die Daten aufgrund des Clouds-Ansatzes von vielen unterschiedlichen Anwendern sammelt. So entsteht eine große Datenbasis aus vielen verschiedenen Einsatzszenarien.

KI-Software entdeckt noch mehr Optimierungspotenzial

Bei allen Berechnungen und Datenanalysen liefert zunehmend auch künstliche Intelligenz (KI) wichtige Unterstützung. Je mehr Daten verfügbar sind, desto schwieriger lassen sich diese ohne eine solche Hilfe auswerten. Und auch bei den Optimierungen, die man nach der Analyse zum Beispiel in der Fertigung vornimmt, kommen entsprechende Systeme zum Einsatz. Britz hält KI daher für eine der Schlüsseltechnologien beim Thema Nachhaltigkeit: „Damit kann man noch mal signifikant mehr herausholen.“

Als Beispiel für den Mehrwert der KI nennt er den Betrieb der Microsoft-Gebäude in der Firmenzentrale in Redmond. Dort nutzt das Unternehmen eine IT-Lösung, die laut Britz dabei hilft, jedes Jahr 20 bis 25 % an Energie einzusparen. „Nachdem diese bereits einige Jahre im Einsatz war, haben wir eine KI-Software darüber laufen lassen. So konnten wir noch mal zusätzliche 15 Prozent an Energieeinsparungen realisieren.“

Künstliche Intelligenz ist aber keine triviale Angelegenheit. Entsprechende Systeme erfordern Know-how und Rechenleistung. Daher stellen Anbieter über die Cloud einfach zu nutzende KI-Services zur Verfügung. Diese sollen es auch Firmen ermöglichen, die Technologie zu nutzen, ohne selbst die entsprechende Expertise oder die nötige Infrastruktur aufzubauen. Diese können sie dann nutzen, um zu erkennen, wie effizient eine Maschine arbeitet, oder um Produktionsprozesse transparenter zu machen.

Nutzwertanalyse in der Cloud möglich

Auch Denkena glaubt, dass KI aus der Cloud viele Möglichkeiten eröffnet. Aber: „Ich plädiere immer dafür, dass man – auch beim Thema Nachhaltigkeit – erst mal die low hanging fruits erntet“, betont der Experte. Es gebe Möglichkeiten, den Energieverbrauch von Maschinen oder den Werkzeugverschleiß zu visualisieren, ohne hochkomplexe Modelle zu nutzen, für die man Rechenpower aus der Cloud benötigt. „Die Nutzwertanalyse wird in der Digitalisierung häufig vernachlässigt. Doch man sollte sich immer genau anschauen, wie hoch der Aufwand einer Lösung ist, und welchen Nutzen diese wirklich bringt“, sagt Denkena.

Nicht alles, was gemacht werden kann, muss also auch gemacht werden. Doch dass die Digitalisierung grundsätzlich wichtig für die Nachhaltigkeitsstrategie eines Unternehmens ist, bleibt nach Meinung von Experten wie den IDC-Analysten unbestritten. Diese stellen nämlich in ihrer Studie fest, dass Industrieunternehmen mit umfangreicher Digitalisierung Sustainability-Initiativen wesentlich schneller umsetzen – dank besserer Datenerfassung und -verarbeitung. Sie bräuchten dafür meist weniger als zwölf Monate, häufig sogar weniger als sechs Monate. Wenig digitalisierte Unternehmen benötigen dagegen laut IDC ein bis zwei Jahre.

Und wer diese Vorteile nutzen und in Digitalisierung investieren möchte, sollte die Möglichkeiten durch die Cloud zumindest mal durchrechnen. Es kann sich lohnen.


Rechen-Tool für den CO2-Footprint

Mit dem Emissions-Impact-Dashboard will Microsoft die Treibhausgasemissionen transparent machen, die mit der Nutzung der hauseigenen Cloud-Dienste verbunden sind. Unternehmen können die Auswirkungen der Cloud-Nutzung auf ihren CO2-Fußabdruck messen und nach Monat, spezifischem Service und Rechenzentrumsregion aufschlüsseln. Das Tool ermöglicht es Kunden zudem, ihre nicht in die Cloud verlagerten Rechenlasten einzutragen und eine Schätzung zu erhalten, wie hoch die möglichen Emissionseinsparungen durch eine Migration in die Cloud wären.

Das Analystenhaus Gartner erwartet, dass das Angebot von Tools zunehmen wird, die Unternehmen dabei helfen, ihre CO2-Emissionen durch die Nutzung von Cloud-Services zu berechnen.


Markus Strehlitz, Redaktion Industrieanzeiger
Bild: Tom Oettle

Mehr Offenheit wagen

Wenn Cloud-Provider behaupten, dass sich mit ihrem Angebot der Appetit des Energiefressers IT zügeln lässt, klingt das zunächst wenig glaubhaft – angesichts der riesigen Rechenzentren von Google, AWS, Microsoft & Co. Doch die Anbieter präsentieren konkrete Zahlen und eigene Tools, mit denen sich der CO2-Benefit durch die Verlagerung in die Wolke berechnen lässt. Das sollte Anlass sein, das in Deutschland immer noch stark vorhandene Ressentiment gegenüber der Cloud kurz beiseite zu schieben, und sich zumindest mal mit dem Konzept zu beschäftigen.

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