Nachhaltige IKT durch grüne Mikroelektronik

Alle großen Zukunftsmärkte wie KI, New Mobility oder Smart Homes basieren auf Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT) mit komplexen Auswirkungen auf das Klima. Denn neben direkten CO2-Emissionen durch die Herstellung, Nutzung und Entsorgung von IKT-Lösungen spielen ebenso indirekte positive oder negative Effekte sowie die Beeinflussung des Nutzerverhaltens eine Rolle.

Einer Studie des Kompetenzzentrums Green ICT @ FMD zufolge wachsen bis 2030 die CO2-Emissionen verursacht durch digitale Technologien um 50 Prozent. Auf der anderen Seite versetzen diese viele Unternehmen erst in die Lage ihre Nachhaltigkeitsziele umzusetzen. So zeigt eine Bitkom-Studie, dass durch IKT (mehrheitlich Cloud Computing) bei 77 Prozent der Befragten der CO2-Ausstoß insgesamt gesunken ist. Jeweils die Hälfte sieht im Internet of Things (IoT), Big Data und in der Automatisierung von Geschäftsprozessen Potenzial für mehr Klimaschutz. Und ein Drittel bescheinigt künstlicher Intelligenz im Rahmen von intelligentem Gebäudemanagement oder sich selbst optimierenden Steuerungen von Produktionsprozessen CO2-mindernde Effekte.

Hohe Emissionen in der Nutzungsphase

Trotzdem stellen IKT-Produkte sowohl in der Anwendung als auch in der Herstellung eine Belastung für die Umwelt dar. Die Experten vom Fraunhofer IZM sehen die absoluten CO2-äquivalenten Emissionen durch die IKT in den Anwendungsfeldern Telekommunikation, Rechenzentren und Haushalte bis 2030 auf etwa 30 Millionen Tonnen steigen.

Die Herstellung macht mit knapp 11 Millionen Tonnen CO2-Äquivalenten etwa ein Drittel der Emissionen aus, rund zwei Drittel (20 Millionen Tonnen) entfallen auf die Nutzungsphase. Das wären je nach Entwicklung vier Prozent der 2030 in Deutschland entstehenden Treibhausgasemissionen.

Zukünftige IKT-Einsparpotenziale

Den CO2-Fußabdruck verringern sollen der Green-ICT-Studie zufolge Sensor-Edge-Cloud-Systeme, energiesparende Kommunikationsinfrastrukturen und ressourcenoptimierte Elektronikproduktionsprozesse.

Moderne vernetzte IKT-Systeme verfügen zudem neben zentralen Datenverarbeitungsinfrastrukturen (Cloud) zunehmend Kapazitäten am Netzwerkrand (Edge). Dadurch ergeben sich Möglichkeiten zur Optimierung zwischen Cloud und Edge mit einhergehender Minimierung des Ressourcenverbrauchs bei der Nutzung. Zusätzliches Einsparpotenzial sehen die Forscher bei der Entwicklung von leistungsfähigen Netzwerken wie 5G und 6G, vor allem aber bei der Herstellung mikroelektronischer Bauteile.

Dort tragen modulare Produktionssysteme in Verbindung mit digitalen Werkzeugen, intelligenten Steuerungen und vernetzten Systemen für Maschinen und Anlagen sowie Technologien wie Leichtbau und additive Fertigung zu einer deutlichen Verminderung von Treibhausgasen bei.

Bildungsoffensive für nachhaltige Mikrochips made in Europe

Nicht vergessen darf man, dass die Entwicklung und Fertigung von nachhaltigen und energieeffizienten Mikrochips Ingenieure und Techniker braucht. Schon heute fehlt der Elektronik-Branche qualifiziertes Personal – europaweit liegen die Schätzungen bei 60.000 bis 150.000.

Um dem Fachkräftemangel entgegenzuwirken, haben sich sieben europäische Hochschulen mit weiteren acht Partnern aus der Industrie und Forschung in dem Projekt „GreenChips-EDU“ zusammengeschlossen.

Der Schwerpunkt der Studiengänge liegt auf dem Entwurf und der Fertigung von energieeffizienten Mikrochips und Elektroniksystemen. Der Bedarf in dem Bereich wächst, müssen sich Unternehmen doch für viele Anwendungen in den Bereichen mobile Kommunikation, KI, Rechenzentren oder autonomes Fahren zunehmend auch um die Entwicklung eigener Mikrochips kümmern. Standardprozessoren kommen dafür mangels Energieeffizienz und Wettbewerbsfähigkeit zunehmend weniger in Frage.

Die international harmonisierten Studiengänge erleichtern die grenzüberschreitende Anerkennung von Studienleistungen und fördern die Mobilität von Studierenden. In der vierjährigen Projektlaufzeit absolvieren 600 Studierende ein Bachelor- oder Masterprogramm. Neben den Studiengängen werden Angebote zur Weiter- und Höherqualifizierung von Fachkräften aus der Industrie entwickelt – die Bandbreite reicht von kurzen Workshops über Microcredentials bis hin zu MBA-Programmen.