Umweltauswirkungen der Digitalisierung im Technologiesektor

Einleitung

Der deutsche Technologiesektor ist sowohl in Bezug auf den jährlichen Umsatzerlös als auch die bereitgestellten Arbeitsplätze ein wichtiger Treiber der deutschen Wirtschaft. Viele Technologie-Unternehmen wollen von den großen wirtschaftlichen Potenzialen der Digitalisierung profitieren. Dabei rücken zunehmend die Synergie-Effekte zwischen Digitalisierung und Umweltschutz in den Vordergrund, welche etwa im Kontext der EU Kommission als sogenannte „digital and green twin transition“ für die Verknüpfung von wirtschaftlichem Fortschritt und Umweltzielen genutzt werden sollen [1]. Digitale Technologien können dabei beispielsweise zur Erhebung und Auswertung von Umweltdaten genutzt werden und sozial-ökologische Geschäftsmodelle im Bereich der Kreislaufwirtschaft beflügeln [2]. Eine Studie des Branchenverbands Bitkom prognostiziert mögliche Emissionsreduktionen von 102 Mio. Tonnen CO₂ bis zum Jahr 2030 durch Digitalisierung [3]. Gleichwohl birgt die Digitalisierung auch Risiken für die nachhaltige Entwicklung. Neben sozialen Herausforderungen, wie z. B. Tendenzen gesellschaftlicher Spaltung und Marktkonzentration, sind digitale Technologien mit ökologischen Kosten und möglichen Rebound-Effekten verbunden. In einem (Worst-Case-)Szenario für Deutschland, könnte sich etwa der Digitalisierungsbedingte Energie-Verbrauch nach Berechnung des Büros für Technikfolgen-Abschätzung des Bundestages bis 2030 um fast das Dreifache auf 58,5 TWh erhöhen [4]. Um die positiven Effekte der Digitalisierung zu befördern und negative Effekte abzumildern, ist eine umweltfreundliche Gestaltung der Digitalisierung unerlässlich.

Eine Vielzahl von Initiativen in Politik, Forschung und Wirtschaft hat in den vergangenen Jahren begonnen, sich der Themenschnittstelle zwischen Nachhaltigkeit und Digitalisierung zu widmen, wie etwa das transnationale UN Netzwerk „Coalition for Digital Environmental Sustainability (CODES)“, die „ICT for Sustainability“ (ICT4S) Forschungs-Community, die Plattform Industrie 4.0, welche Nachhaltigkeit als eine von drei Säulen der künftigen Industrie 4.0 definiert, oder die Green Software Foundation der sog. „Big Nine“. Die wissenschaftliche Bewertung verschiedener Nachhaltigkeitseffekte, wie etwa der direkten Energie- und Materialverbräuche digitaler Technologien gegenüber den maßgeblich durch ihre Anwendung ermöglichten Ressourceneinsparungen, ist jedoch von hoher Komplexität und daher mit starken Unsicherheiten behaftet. Entscheidungsträger:innen in Unternehmen und Politik fehlt es an gesicherten Erkenntnissen zur Steuerung der Nachhaltigkeitseffekte digitaler Innovationen in verschiedenen Technologiesektoren. Tabelle 1 skizziert die für grüne digitale Innovationen hilfreiche Unterscheidung von „direkten“ und „indirekten“ ökologischen Auswirkungen der Digitalisierung.

Der wissenschaftliche Diskurs um die Umweltauswirkungen der Digitalisierung ist vergleichsweise jung. Es gibt jedoch erste Studien, die sich systematisch mit den ökologischen Effekten, Potenzialen und Risiken der Digitalisierung sowie deren Gestaltungsmöglichkeiten befassen [7, 8, 9]. Parallel wächst das Verständnis über Nutzungseffekte digitaler Technologien für die Nachhaltigkeitstransformation in verschiedenen Bereichen der Industrie [10, 11, 12, 13]. In diesem fortlaufenden Erkenntnisprozess zeichnet sich jedoch bereits ab, dass es nicht ausreichen wird, lediglich auf die informierende und automatisierende Wirkung digitaler Technologien zu setzen. Das Momentum der digitalen Transformation sollte auch als Treiber der übergeordneten Transformation zu sozial-ökologischerem Wirtschaften genutzt werden.

Um die digitale Transformation des Technologiesektors erfolgreich umzusetzen, gilt es, sowohl die Technologie selbst sozial und ökologisch nachhaltig zu gestalten als auch die Auswirkungen ihrer Anwendung, den sog. „Handprint“, besser zu verstehen. Die Integration von Stakeholdern aus diversen gesellschaftlichen Gruppen mit verschiedenartiger Expertise kann auch für die Entwicklung und Steuerung digitaler Innovationen eine wichtige Rolle spielen, um diese in Einklang mit den Nachhaltigkeitszielen der Vereinten Nationen zu bringen [14].

Um ein besseres Verständnis für die erwähnten Nachhaltigkeitseffekte und Gestaltungsdimensionen zu schaffen, wenden wir uns zunächst der Frage zu, wie digitale Technologien in Unternehmen sowohl zum Umweltschutz eingesetzt als auch ihre negativen Effekte abgemildert werden können, und gehen dann im Folgenden näher auf die Umweltauswirkungen von digitalen Technologien selbst ein (direkte ökologische Effekte).

Klima- und Umweltschutz durch digitale Technologien

Wie digitale grüne Innovationen Wert für Unternehmen und für die Umwelt erzeugen, kann anhand der unterschiedlichen Informationsbegriffe der Wirtschaftsinformatik dargestellt werden [15]. Die gestaltungsorientierte Informatik zielt auf die Entdeckung und Entwicklung von Prinzipien und Artefakten, wie z. B. Daten, Systeme, Protokolle oder Anwendungen, zur Modellierung natürlicher und sozialer Phänomene und liefert daher substanzielle Beiträge zur Frage, wie grüne Wertschöpfung in Unternehmen aussehen kann. Neue Informationssysteme verändern die unternehmerische Praxis. Gestaltungsprinzipien für Energie-, Reporting- und Treibhausgas-Managementlösungen spielen hier eine wichtige Rolle, was die Genauigkeit, Nutzbarkeit und Nachvollziehbarkeit der implementierten Verfahren betrifft. Die hierzu bereits ausdifferenzierte Softwarelandschaft [16] kann helfen, die bekannten Barrieren der industriellen Datenraum-Initiativen zu überwinden und eine neue Datengrundlage für zukünftige Innovationen, wie z. B. zur Förderung der Kreislaufwirtschaft, zu legen.

Tabelle 1

Kategorisierung von direkten und indirekten Umweltauswirkungen von digitalen Technologien (i. A. an [5, 6])

Die Lösungen der Verhaltens- und Nutzer-orientierten Informatik zielen dagegen auf die Vertiefung unseres Verständnisses digitaler Innovation auf kognitiver und individueller Ebene ab. Aus dieser Perspektive fördert digitale Innovation die Verbreitung nachhaltiger Verhaltens- und Nutzungsmuster von Produzentinnen und Konsumenten. Grüne digitale Technologien fördern durch systematisches Monitoring und Analyse organisationsintern die für Produktinnovationen und Strategieentwicklung wesentlichen Sinngebungsprozesse. Dies fängt bei unternehmensweit auf Nachhaltigkeit getrimmten Treibern wie ERP- oder PLM-Systemen an, geht über neue Bewegungsmuster von Agenten in der automatisierten Produktion, bis zu Ressourceneffizienz-Funktionalitäten in Streaming- und Content-Plattformen. Dies eröffnet wiederum Handlungsspielräume und ermöglicht die Beteiligung von Mitarbeiter:innen in Transformationsprozessen. Die bestehenden Arbeitssysteme werden so für Reflektion geöffnet, welche dann – anpassbare, kontrollierbare und kollaborative digitale Systeme vorausgesetzt – auf die Veränderungen der Unternehmenspraxis wirken kann [17].

Die sozio-technische Perspektive hilft hingegen zu verstehen, inwiefern digitale Technologien im Zusammenspiel von Organisationen und Anspruchsgruppen – unter Berücksichtigung von Strukturen, Aufgaben, Prozessen, Strategien und Märkten – auf die Verbesserung des Managements der natürlichen und sozialen Ressourcen des Unternehmens, aber auch auf die Veränderung sozio-technologischer Infrastrukturen wirken [18]. Klassische Anwendungsfälle digitaler Technologien zielen dabei auf die Weiterentwicklung der Steuerung, Modellierung und Berechnung unternehmerischer und sektoraler Transformationspfade, aber auch der Ökobilanzierung ab. Zudem zeigen aktuelle Forschungsergebnisse, wie digitale Instrumente Unternehmen Orientierung geben können und somit helfen, die grüne und digitale Transformation zusammen zu denken und zu implementieren. Dabei helfen die innovativen Lösungen, zum Beispiel durch die Entwicklung nachhaltiger Geschäftsmodelle [19], die Findung der eigenen Position und Rolle in digitalen Ökosystemen [20] und die Analyse der inhaltlichen Überschneidungen zwischen Digital- und Nachhaltigkeitsmodellen [21, 22]. Integrative Arbeiten, die sich der Schnittstelle grüner und digitaler Transformation von Unternehmen im Kontext gesellschaftlichen Wandels widmen, sind allerdings selten und stehen vor der Herausforderung, Mechanismen gesellschaftlichen Handelns erklären zu müssen.

Klar ist, dass durch die Anwendung digitaler Technologien die Automatisierung (mit ihrer effizienzsteigernden Wirkung, Eco-Efficiency) und die Sichtbarkeit (mit ihrer Gerechtigkeit-fördernden Wirkung, Eco-Equity) von Wertschöpfungsprozessen zunimmt – und beides zusammen transformativ auf die Organisation der Wertschöpfung wirken kann (Eco-Effectiveness) [23]. Digitale Informationssysteme haben demnach das Potenzial, das Wirtschaften substanziell in Richtung ökologischer Nachhaltigkeit zu verändern. Beide Transformationsprozesse erfordern dabei grüne Informationssysteme und einen durch die digitale Transformation induzierten Bedarf zu strategischen Partnerschaften in Ökosystemen (Eco-Collaboration) [24].

Umweltauswirkungen von digitalen Technologien

Die Vielschichtigkeit der ökologischen Auswirkungen aus Produktion, Verbreitung und Nutzung digitaler Technologien erzeugt auch neue Fragestellungen für das Nachhaltigkeits- und Innovationsmanagement in Unternehmen hinsichtlich der Verantwortlichkeiten entlang verzweigter Lieferketten. Trotz bestehender Vorreiterunternehmen und -initiativen im Bereich der fairen Produktion, wie z. B. fairphone, Framework und MNTreform, gibt es in der Breite derzeit nur sehr wenige Unternehmen, die ökologisch nachhaltigere digitale Hardware anbieten. Kund:innen haben häufig nur die Möglichkeit, gebrauchte Produkte als nachhaltigere Alternative zu konventioneller digitaler Technologie zu kaufen. Die Nachhaltigkeitsauswirkungen des zunehmenden Einsatzes digitaler Technologien in nahezu allen Lebensbereichen – indirekte Nachhaltigkeitseffekte – können, in Anlehnung an Modelle zur theoretischen Beschreibung des Zusammenhangs zwischen Wirtschaftswachstum und Umwelt [25], mittels Technologie-, Skalen- und Struktur-Effekten kategorisiert werden. Technologie-Effekte umfassen die positiven und negativen Auswirkungen digitaler Technologien auf die Effizienz von Produkten, Prozessen und Organisationen, zum Beispiel durch schnellere und kostengünstigere Kommunikation mittels digitaler Technologien. Skalen-Effekte umfassen die Auswirkungen digitaler Technologien auf das Wachstum von Produktion und Konsum, zum Beispiel Nachfragegenerierung nach Produkten durch neue digitale Funktionen. Hierunter fallen auch Rebound-Effekte, welche eine durch Effizienz-Gewinne gesteigerte Nachfrage nach Energie und Ressourcen bzw. nach Gütern und Dienstleistungen beschreiben. Struktur-Effekte beschreiben die Auswirkungen digitaler Technologien auf die Organisation der Wirtschaft, zum Beispiel im Rahmen der Verschiebung der ökonomischen Wertschöpfung hin zu Dienstleistungen durch den Handel mit Daten. Die Messung und die Abwägung indirekter Effekte stellen jedoch aufgrund methodischer Unsicherheiten und mangelnder Daten eine Herausforderung dar [7, 26]. Wichtig ist daher zu beachten, dass digitale Produktinnovationen – aufgrund der charakteristischen Selbstreferentialität digitaler Technologien – hierarchisch organisiert sind.

Zusammenfassung und Ausblick

Eine umfassende grüne digitale Transformation bedarf erfolgreicher Innovationen auf jeder Ebene der digitalen Produkt-Architektur (Layered Modular Architecture): angefangen bei den Geräten mit ihren physikalischen und logischen Funktionalitäten, über den Aufbau grüner Übertragungswege und Protokolle, bis hin zu nachhaltigkeitsorientierten Anwendungslogiken und aussagekräftigen und integrierbaren Daten [27]. Innovation im Bereich grüner Technologien sollte zudem sowohl direkte als auch indirekte Umweltauswirkungen berücksichtigen und umfasst daher nicht nur die Weiterentwicklung, die Verbreitung und den Betrieb ressourceneffizienter, umweltfreundlicher digitaler Technologien selbst, sondern auch deren Anwendung von Nachhaltigkeitsperspektiven auf digitale Produkte, Strategien und Geschäftsmodelle von Unternehmen.

Die Digitalisierung im Technologiesektor verspricht relevante ökonomische, ökologische und auch soziale Potenziale. Die Identifizierung, Bewertung und Steuerung von Nachhaltigkeitseffekten digitaler Innovationen unterliegt dabei jedoch noch häufig vorrangigen Marktlogiken. Außerdem liegen Schwierigkeiten in der Steuerung von Nachhaltigkeitsinnovationen vor allem in der Komplexität der Systeme, fehlenden Daten zur Quantifizierung sowie in der qualitativen Bewertung von Nachhaltigkeitseffekten. Zu guter Letzt muss sich die Übertrag-, Adaptier- und Anwendbarkeit existierender Rahmenwerke für die Entwicklung nachhaltigerer digitaler Innovation auch für kleine und mittelständische Unternehmen verbessern.

Ein vielversprechender Ansatz für derart komplexe und ressourcenintensive Innovationsprozesse ist es, nachhaltige digitale Technologien unter Beteiligung diverser Anspruchsgruppen in – zumindest zeitweise – von dominanten Marktlogiken geschützten Räumen zu entwickeln (vgl. [28]). Durch ergebnisoffene, auf Nachhaltigkeit ausgerichtete Innovations- und Forschungsprozesse besteht die Chance, dass sich darin auch gesellschaftlich vielversprechende Innovationen entwickeln. Dazu zählen insbesondere jene Innovationen, die eine starke Nachhaltigkeitstransformation von Unternehmen unterstützen und die unbeabsichtigten Nebenwirkungen der Digitalisierung abmildern.