Digitalisierung nachhaltig gestalten

Wie verkleinern Sie den Fußabdruck Ihrer IT-Systeme?

26. November 2025 / Dipl.-Ing. Paul Weißenbach, Head of Research, Posedio GmbH

Der globale Anteil des Ressourcenverbrauchs von IT-Systemen steigt kontinuierlich. Möchte man den ökologischen Fußabdruck seiner eigenen digitalen Systeme reduzieren, sind viele Herausforderungen zu bewältigen.

Das Themenfeld ist umfangreich, unser Fokus für diesen Beitrag liegt auf dem ökologischen Fußabdruck von Software. Ziel ist es, die sogenannten „carbon unit costs“ zu senken, d.h. die auf CO₂-Äquivalente (CO₂e) umgerechneten Emissionen pro erbrachter Funktion zu reduzieren. Dieser Ansatz ist damit top-down: vom Nutzen über das Softwaresystem bis hin zum Deployment und den genutzten Compute-Ressourcen. Aspekte wie Rechenzentrumseffizienz (PUE), Hardwareeffizienz oder die CO₂-Intensität des verwendeten Strommixes werden wir heute nur tangieren.

Bevor wir uns mit Maßnahmen zur Reduktion beschäftigen, schauen wir uns die Herausforderung an, den CO₂e-Fußabdruck überhaupt zu bestimmen.

Herausforderung: Fußabdruck messen und zuordnen

Je detaillierter die Betrachtung, desto komplexer wird die Erfassung. Beim Training eines großen LLM, das ein gesamtes Rechenzentrum auslastet, lässt sich der CO₂-Fußabdruck noch vergleichsweise leicht bestimmen. Wobei sich hier schon hervorragend über die zugrunde liegende Strommix-Betrachtung (markt- oder länderspezifisch) diskutieren lässt.

Deutlich schwieriger wird es bei Servicelandschaften, bei denen sich mehrere Services (Cloud-)Ressourcen teilen. Um CO₂e-Kosten im Verhältnis zum tatsächlichen Nutzen zu erfassen, ist dann ein tiefes technisches Eintauchen erforderlich.

Die Erfassung erfolgt hier auf unterschiedlichen Ebenen – teilweise durch eigene Messungen, teilweise über externe Datenquellen. Moderne CPUs und GPUs stellen bereits Informationen zu ihrem Energiebedarf bereit, die einzelnen Prozessen zugeordnet werden können. Cloud-Provider bieten zunehmend Einblicke in den CO₂-Fußabdruck ihrer Ressourcen. Bei Virtualisierung und Container-Orchestrierung lässt sich nachvollziehen, welche virtuelle Maschine/Container wie viel CPU-Zeit und Speicher nutzen und reservieren. Auch Anwendungen selbst erzeugen Metriken, aus denen sich Rückschlüsse auf ihren Nutzen und die Nutzung anderer Services ziehen lassen. Die Netzwerkebene, etwa ein Service Mesh, liefert ergänzende Daten über Datenflüsse und Übertragungsvolumina.

Das Zusammentragen dieser Informationen ist bereits eine erhebliche Herausforderung, unter anderem weil die verfügbaren Tools in diesem Bereich sehr unterschiedliche Reifegrade aufweisen. Wenn alle Daten vorliegen, bleibt die Berechnung eines konsistenten Gesamtbildes komplex. Standards wie die Software Carbon Intensity Specification (SCI bzw. ISO 21031) liefern erste Orientierung, doch eine einheitliche Methodik hat sich in der Branche noch nicht etabliert.

Vollständig standardisierte und physikalisch exakte Werte sind daher schwer zu erreichen. Glücklicherweise sind sie auch nicht zwingend notwendig für die Bewertung der Effektivität von Verbesserungen.

Für viele Organisationen ist der Aufwand einer detaillierten Messung allerdings nicht realistisch oder wirtschaftlich sinnvoll. Wenn auch keine Integration in bestehende Kosten- und Nutzungsanalysen (z. B. FinOps) möglich ist, empfehlen wir besonders auf die Auslastung zu achten. Der Energieverbrauch von Compute-Ressourcen steigt nämlich nicht linear: bei nahezu keiner Auslastung können schon rund 50 % der maximalen Energie verbraucht werden. Die im Folgenden beschriebenen Maßnahmen zielen entsprechend oft darauf ab, die Auslastung zu erhöhen.

Herausforderung: Passende Maßnahmen finden und umsetzen

Die Möglichkeiten, Software nachhaltiger zu gestalten, sind vielfältig und hängen stark vom jeweiligen Systemtyp und den zugrunde liegenden Anforderungen ab. Eine Desktop-Anwendung unterscheidet sich von einem cloudbasierten Webservice. Bei Eigenentwicklungen bestehen zudem deutlich mehr Gestaltungsspielräume als bei zugekauften Lösungen. Hier einige Beispiele:

• Maßnahmen im Code: 
  Effiziente Algorithmen, schlanke Protokolle und kleine Nachrichtengrößen reduzieren den Ressourcenverbrauch. Software kann zudem flexibel auf äußere Bedingungen reagieren. Wenn der CO₂e-Anteil im Strommix steigt, können weniger aufwendige oder ungenauere Berechnungsverfahren verwendet werden. Genannt wird das „Demand Shaping“ und ist vergleichbar mit der Anpassung von Qualität bei Videoübertragung je nach verfügbarer Bandbreite, nur eben auf Basis des Strommix.
• Optimierte Softwarearchitektur: 
  Durch den Einsatz von Message Queues können Anfragen asynchron verarbeitet werden. Anstatt Server ständig mit freier Kapazität für eingehende Anfragen bereitzuhalten, werden Nachrichten zwischengespeichert und die verarbeitenden Services je nach Anfragemenge skaliert. So lässt sich die Systemauslastung optimieren.
  Nicht zeitkritische Batch Jobs können gezielt in Zeiten niedriger Strom-Carbon-Intensität ausgeführt werden („Demand Shifting“). Dazu wird die Ausführung dynamisch an die jeweilige Netzsituation angepasst, etwa durch automatische Skalierung der Rechenressourcen je nach Strommix.
• Deployment und Infrastruktur: 
  Auch hier sind die Möglichkeiten vielseitig: Eine deutlich verkürzte Startzeit eines Cold Standby ist eine Maßnahme, um ein dauerhaft aktives Hot Standby zu vermeiden und damit Energie und Kosten zu sparen. Andererseits lassen sich mit geeigneten Applikationsmetriken für die automatische Skalierung, speziell beim Herunterskalieren, die Ressourcenauslastung verbessern. Systeme können zudem auf null skaliert oder das Hosting dynamisch angepasst werden, etwa indem Anwendungen tagsüber bei hoher Auslastung in einem Kubernetes Cluster mit größeren Instanzen betrieben und nachts bei geringer Last auf Cloud Functions umgestellt werden. Eine weitere Möglichkeit sind Spot-Instanzen, also temporär verfügbare Rechenressourcen des Cloud-Providers, die bei Bedarf mit kurzer Vorwarnzeit beendet werden können und so zur besseren Gesamtauslastung der Infrastruktur beitragen.

Welche Maßnahmen geeignet sind, hängt von der jeweiligen Anwendung ab. Nachhaltige Systeme müssen neben ihrem Zweck natürlich auch nicht funktionale Anforderungen wie Wartbarkeit, Skalierbarkeit und Zuverlässigkeit erfüllen. Ein positiver Nebeneffekt: Viele Nachhaltigkeitsmaßnahmen, insbesondere im Cloud-Umfeld, senken nicht nur den CO₂-Fußabdruck, sondern auch die Betriebskosten.

Möchten Sie den CO₂-Fußabdruck Ihrer IT-Systeme gezielt reduzieren? Gerne unterstützen wir Sie als Experten bei der Entwicklung und Umsetzung geeigneter Maßnahmen.