Künstliche Intelligenz und Nachhaltigkeit

In einer Welt, die zunehmend von den Herausforderungen des Klimawandels und der Ressourcenknappheit geprägt ist, wird die Rolle der Technologie, insbesondere der Künstlichen Intelligenz (KI), immer wichtiger. KI hat das Potenzial, innovative Lösungen für einige der drängendsten ökologischen Probleme unserer Zeit zu bieten. Doch wie genau kann KI zur Förderung der Nachhaltigkeit beitragen?

Einer der bedeutendsten Beiträge der KI zur Nachhaltigkeit liegt in der Optimierung des Energieverbrauchs. Durch den Einsatz von KI-gestützten Systemen können Unternehmen ihren Energieverbrauch in Echtzeit überwachen und optimieren. Smart Grids, die auf KI basieren, ermöglichen eine effizientere Verteilung und Nutzung von Energie, wodurch Emissionen reduziert und Kosten gesenkt werden.

Bereits jetzt gibt es viele Anwendungen im Alltag, die die Energieeffizienz verbessern, wie zum Beispiel Photovoltaik-Überschuß-Strom, intelligente Lichtsteuerung in Büroräumen oder das smarte Laden von Notebooks und Smartphones.

KI kann auch dabei helfen, die Ressourcennutzung zu optimieren und Abfälle zu minimieren. In der Landwirtschaft werden KI-gestützte Systeme eingesetzt, um den Einsatz von Wasser, Düngemitteln und Pestiziden zu optimieren, was zu nachhaltigeren Anbaumethoden führt. In der Industrie unterstützt KI die Entwicklung von Kreislaufwirtschaftsmodellen, bei denen Abfälle als wertvolle Ressourcen wiederverwendet werden.

Generell geht es darum, dass wir mit den Ressourcen der Erde deutlich nachhaltiger umgehen. Wenn es dem Menschen durch KI-Systeme erleichtert wird, sich ressourcenschonender zu verhalten, dann sind wir einen Schritt weiter in Richtung Kreislaufwirtschaft. 

KI wird zunehmend zur Überwachung und zum Schutz der Umwelt eingesetzt. Satellitenbilder und Drohnen, die mit KI-Technologien ausgestattet sind, ermöglichen die präzise Überwachung von Waldflächen, Gewässern und urbanen Gebieten. So können Umweltschäden frühzeitig erkannt und geeignete Gegenmaßnahmen ergriffen werden.

Die Mobilität ist eines der großen Sorgenkinder der nachhaltigen Transformation. Die Emissionen in Österreich sind in diesem Sektor in den vergangenen Jahren weiter gestiegen, während in anderen Sektoren (z.B. Energie, Abfallwirtschaft) bereits eine Reduktion zu verzeichnen ist. 

Im Verkehrssektor trägt KI zur Entwicklung nachhaltiger Mobilitätslösungen bei. Autonome Fahrzeuge und intelligente Verkehrsleitsysteme können den Verkehrsfluss optimieren, Staus reduzieren und den Kraftstoffverbrauch senken. Darüber hinaus unterstützt KI die Integration von Elektromobilität und die Entwicklung neuer Konzepte wie Carsharing und Ride-Hailing (Tür zu Tür).

Eine der spannendsten Anwendungen der KI liegt in der Bewusstseinsbildung und Umweltpsychologie. KI kann dazu beitragen, das Umweltbewusstsein zu schärfen und nachhaltiges Verhalten zu fördern. Dies geschieht durch:

• Personalisierte Empfehlungen: KI-gestützte Apps und Plattformen bieten maßgeschneiderte Empfehlungen, die Menschen helfen, umweltfreundlicher zu leben. Beispielsweise können solche Anwendungen vorschlagen, wie man den Energieverbrauch zu Hause reduziert oder welche Produkte nachhaltiger sind.

• Gamification: Durch spielerische Ansätze, die auf KI-Technologien basieren, können Nutzer motiviert werden, ihre Verhaltensweisen zu ändern. Belohnungssysteme und interaktive Herausforderungen fördern das Engagement und machen nachhaltige Praktiken attraktiver und spannender.

• Nachhaltigkeits-Apps: Es gibt viele Apps, die Künstliche Intelligenz nutzen, um das Umweltbewusstsein zu fördern. Diese Apps analysieren das Verhalten der Nutzer und bieten individuelle Tipps und Challenges, die darauf abzielen, nachhaltiger zu leben.

Die Verbindung von KI und Umweltpsychologie eröffnet neue Perspektiven für die Förderung nachhaltiger Verhaltensweisen. Umweltpsychologen untersuchen, wie Menschen die Natur wahrnehmen und wie sie Entscheidungen in Bezug auf die Umwelt treffen. Durch die Integration von KI können diese Erkenntnisse praktisch angewendet werden, um positive Verhaltensänderungen zu bewirken.

• Verhaltensanalyse: KI kann große Datenmengen analysieren, um Muster im Verhalten der Menschen zu erkennen. Diese Erkenntnisse können genutzt werden, um gezielte Interventionen zu entwickeln, die darauf abzielen, nachhaltiges Verhalten zu fördern.

• Feedback-Schleifen: KI-gestützte Systeme können Echtzeit-Feedback geben, das Nutzern hilft, ihre Umweltauswirkungen zu verstehen und anzupassen. Zum Beispiel könnte ein Smart Home System Informationen darüber liefern, wie bestimmte Handlungen den Energieverbrauch beeinflussen.

• Empathie und Verbindung zur Natur: KI kann dazu beitragen, das Bewusstsein für die Schönheit und Bedeutung der Natur zu schärfen, indem sie immersive und interaktive Erlebnisse schafft. Virtuelle Realität und Augmented Reality, die durch KI verbessert werden, können Menschen dazu inspirieren, eine tiefere Verbindung zur Natur aufzubauen und sich stärker für deren Schutz zu engagieren. Und natürlichc soll dadurch die Motivation zur Bewegung in der Natur verstärkt werden - und dort am besten ohne ständig auf das Smartphone zu sehen ;-)

Die Einsatzmöglichkeiten und Vorteile der KI sind beeindruckend. Wie sieht es aber mit dem Energiehunger und den Treibhausgas-Emissionen aus?

Die Anfrage über Copilot ergibt:
Frage: Wie viel Energie benötigt eine Anfrage über Copilot und wie viel CO2 Emissionen werden dadurch produziert?

Antwort: Eine Anfrage über Copilot benötigt etwa 2,9 Wattstunden (Wh). Im Vergleich dazu verbraucht eine Google-Suchanfrage etwa 0,3 Wh, also etwa zehnmal weniger.

Was die CO2-Emissionen betrifft, so verursacht eine Anfrage bei ChatGPT etwa 0,0012 Kilogramm CO2. Das entspricht ungefähr 0,0029 Kilowattstunden (kWh). Der Gesamte Energieverbrauch und die daraus resultierenden CO2-Emissionen können je nach Anzahl und Komplexität der Anfragen variieren.

Quelle: ChatGPTs Stromverbrauch: Zehnmal mehr als bei Google | heise online

Die Anfrage über ChatGPT ergibt:
Die genaue Energiemenge und die CO2-Emissionen, die durch eine Anfrage an ein KI-Modell wie Copilot (oder ähnliche Systeme) entstehen, können variieren und hängen von mehreren Faktoren ab, darunter:

• Rechenzentrum: Die Energieeffizienz der Server, auf denen das Modell läuft.
• Modellgröße: Größere Modelle benötigen mehr Rechenleistung und damit mehr Energie.
• Anzahl der Anfragen: Wie viele Anfragen gleichzeitig bearbeitet werden.
• Energiequelle: Der CO2-Ausstoß hängt stark davon ab, ob die Energie aus erneuerbaren Quellen oder fossilen Brennstoffen stammt.

Allgemeine Schätzungen zeigen, dass eine einzelne Anfrage an ein großes KI-Modell zwischen 0,01 und 0,1 kWh Energie verbrauchen kann. Wenn wir annehmen, dass eine Anfrage etwa 0,05 kWh benötigt, können wir diese Zahl verwenden, um die CO2-Emissionen zu schätzen.
Um die CO2-Emissionen zu berechnen, benötigen wir den Emissionsfaktor für Strom. In Deutschland liegt dieser bei etwa 0,4 kg CO2 pro kWh (dieser Wert kann je nach Region und Energiequelle variieren).
Berechnung:

Für eine Anfrage mit einem Verbrauch von 0,05 kWh:

Das bedeutet, dass eine einzelne Anfrage an ein KI-Modell wie Copilot schätzungsweise etwa 20 Gramm CO2 erzeugen könnte.
Bitte beachte, dass dies nur eine grobe Schätzung ist und die tatsächlichen Werte je nach den oben genannten Faktoren variieren können.

Quellen:
Strubell, E., Ganesh, A., & McCallum, A. (2019). "Energy and Policy Considerations for Deep Learning in NLP". In Proceedings of the 57th Annual Meeting of the Association for Computational Linguistics. Link zur Studie

Umweltbundesamt (UBA) Deutschland: "Klimaschutz durch erneuerbare Energien" – Diese Berichte enthalten Informationen zu Emissionsfaktoren für verschiedene Energiequellen. Link zur UBA-Seite

International Energy Agency (IEA): "CO2 Emissions from Fuel Combustion" – Jährliche Berichte, die globale CO2-Emissionen und Emissionsfaktoren analysieren. 

Vergleicht man beide Anfragen, so ergibt ChatGPT ca. das doppelte an Energie und Emissionen im Vergleich zu Copilot. Die Quellenlage ist bei ChatGPT auch deutlich umfangreicher. Es empfiehlt sich deshalb, diese Werte zu verwenden.

Die Integration von Künstlicher Intelligenz in nachhaltige Praktiken bietet enorme Chancen zur Bewältigung globaler Umweltprobleme. Durch die Optimierung von Ressourcen, die Reduktion von Emissionen und die Förderung nachhaltiger Verhaltensweisen kann KI einen bedeutenden Beitrag zu einer nachhaltigen Zukunft leisten.

Dabei geht es auch darum, die Energieeffizienz der KI-Systeme selbst zu reduzieren und durch Ökostrom die Treibhausgas-Bilanz zu reduzieren. Der aktuelle Artikel erforderte ca. 10 KI-Suchanfragen (5 davon für die Infos zu den Emissionen). Das ergibt ca. 0,2 kg CO2. KI-Suchanfragen sollten deshalb zielgerichtet und nicht just-for-fun sein. Dennoch sollte einem bewusst sein, dass man mit der gleichen Verursachung an CO2-Emissionen mit einem Verbrenner-PKW gerade 1 km weit kommt.

Es liegt an uns, diese Technologien verantwortungsbewusst und zielgerichtet einzusetzen, um eine nachhaltige und lebenswerte Welt für kommende Generationen zu schaffen.

Artikel verfasst von Norman Schmid mit Unterstützung von Microsoft Copilot und ChatGPT
Bild durch Copilot generiert.