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Hardwarelebenszyklus – Erzeugung

Die erste Phase im Hardwarelebenszyklus, die Phase der Erzeugung, wird meist wenig beachtet, denn der Ressourcenaufwand bei der Produktion (und die Produktionsbedingungen ganz allgemein) sind dem Konsumenten nur schwer zugänglich zu machen. Man kennt möglicherweise das Produktionsland des Gerätes (und wahrscheinlich nicht das der enthaltenen Komponenten und Grundstoffe), möglicherweise geben Zertifikate Auskunft darüber, dass das Produkt frei von bestimmten Gefahrenstoffen ist, und man kennt den Preis des Produktes. Aus diesem lassen sich aber nur schwerlich Rückschlüsse auf den „Wert“ eines Produktes im Sinne der dafür eingesetzten Ressourcen ziehen.

Der Rohstoffeinsatz zur Erzeugung von IT-Hardware ist aber alles andere als unerheblich: Eine Studie aus dem Jahr 2003 [Kuehr und Williama, 2003] kommt beispielsweise zu dem Ergebnis, dass zur Erzeugung eines PCs mit Röhrenmonitor 22 kg unterschiedlicher Chemikalien, 240 kg fossile Brennstoffe und 1500 kg Wasser benötigt werden. Das sind also insgesamt 1,8 Tonnen Rohstoffe. Auch wenn man die technischen Entwicklungen der letzten Jahren berücksichtigt (Röhrenmonitore finden beispielsweise kaum mehr Verwendung), kann man doch davon ausgehen, dass der Rohstoffverbrauch größenordnungsmäßig gleich geblieben ist.

Keine Beachtung findet hier allerdings die Tatsache, dass bei der Produktion eine Reihe von Chemikalien benötigt werden, welche ihrerseits in der Erzeugung einen hohen Ressourcenverbrauch aufweisen. Außerdem erfordert die Produktion von elektronischen Bauelementen oft die Verwendung der sogenannten „Seltenen Erden“, bei deren Abbau es auch zu hohen Umweltbelastungen und zu großem Materialeinsatz kommt [OekoIns2011, 2011]. Dementsprechend gibt es andere Studien, die von „mindestens 16 bis 19 Tonnen an Ressourcenverbrauch pro PC“ ausgehen [Radtke und Siegel, 2000], der Energieverbrauch zur Erzeugung eines PCs wird auf 5300 kWh geschätzt [Radtke und Siegel, 2000]. Wenn man von einer durchschnittlichen Nutzungsdauer beziehungsweise Abschreibungsdauer von drei bis vier Jahren für IT-Komponenten ausgeht, wird ersichtlich, wie groß der Ressourcenverbrauch und dementsprechend auch der (negative) Einfluss auf die Umwelt ist. Im Vergleich dazu nimmt sich dann der Energieverbrauch während der Nutzungsdauer fast schon bescheiden aus.

Holistische Ansätze zur Bewertung des Lebenszyklus

Bei holistischen Ansätzen, wie sie in [Ranganathan und Chang, 2011] besprochen werden, wird die Auffassung vertreten, dass es notwendig ist, alle Ebenen eines Systems zu betrachten, von der Chipebene bis zur Rechenzentrumsebene, und alle Aspekte der IT, von der Hardware zur Software. Der Energiebedarf muss von der Nachfrageseite (Energieverbrauch während des Betriebes) wie auch von der Angebotsseite (Energie zur Erstellung eines Systems) betrachtet werden.

Es ist also notwendig, die Nachhaltigkeit eines Systems über den gesamten Lebenszyklus hinweg zu beurteilen. Dazu kann man das thermodynamische Maß des Exergieverbrauches heranziehen. Es kann nämlich gezeigt werden, dass Optimierungen des Exergieverbrauches über den Lebenszyklus hinweg relativ gut den Optimierungen basierend auf Kriterien des Umweltschutzes und der Nachhaltigkeit, wie zum Beispiel Emissionen und Verschmutzung, entsprechen [A. Shah, 2009].

In [Chang u.a., 2010] wurde der Exergieverbrauch aufgeteilt in

  • „Embedded Exergy“ (Zur Erzeugung eines Systems aufgewendete Exergie),
  • „Operational Exergy“ (der Exergieverbrauch während des Betriebes) und
  • Exergie, die zum Betrieb der Infrastruktur (Kühlung, Beleuchtung etc.) aufgewendet wird,
  • um den Exergieverbrauch über den gesamten Lebenszyklus hinweg zu modellieren. Mit dieser Methode kann unter anderem gezeigt werden, dass die Optimierung eines IT-Systems auf eine möglichst hohe Energieeffizienz während der Betriebsphase nicht notwendigerweise zu einer Optimierung des Exergieverbrauches über den gesamten Lebenszyklus hinweg führt.

    Im Sinne eines holistischen Ansatzes reicht es also nicht, die Nachhaltigkeit eines IT-Systems nur in Bezug auf die Betriebsphase zu optimieren, sondern es muss der Lebenszyklus aller beteiligten Komponenten und der damit einhergehende Exergieverbrauch in die Bewertung einbezogen werden.

    Hardwarelebenszyklus – Entsorgung

    Elektronikschrott oder „E-Waste“ macht ungefähr 5% des Müllaufkommens in den USA aus – und das bei einer jährlichen Steigerungsrate von 3 bis 5 Prozent. Weltweit fielen im Jahr 2006 ca. acht Milliarden Kilogramm Elektronikschrott an, von welchem nur 2% beziehungsweise 161 Millionen Kilogramm wiederverwertet wurde. IT-Komponenten enthalten viele gesundheitsschädliche Substanzen (beispielsweise Brom, Cadmium, Blei, PCB), welche bei nicht ordnungsgemäßer Entsorgung in die Umwelt gelangen. Dementsprechend sind Computer und IT-Komponenten für 40% des Bleis und 70% der Schwermetalle (z.B. Cadmium, Quecksilber) im Müll verantwortlich [Hobby u. a., 2009].

    Hier sei auch die Problematik des illegalen Müllexports aus den Industriestaaten in Entwicklungs- und Schwellenländer genannt. Beispielsweise exportieren allein die USA 80% ihres Elektronikschrotts nach China. Durch die stetig steigenden Mengen an diesen problematischen Abfällen der Industriestaaten haben sich mittlerweile globale „Recyclingzentren“ entwickelt, wie beispielsweise manche Landstriche Westafrikas (Z.B. in Nigeria) oder das Gebiet um Guiyu, dem größten Recyclinggebiet dieser Art in China [Ansari u. a., 2010]. Hier werden Altgeräte oft auf primitivste Art und Weise wiederverwertet, um an die vermarktbaren Rohstoffe zu gelangen. Diese Praxis führt zu massiver Umweltverschmutzung und auch Gesundheitsproblemen bei der örtlichen Bevölkerung, da die im Elektronikschrott enthaltenen oft hoch toxischen Inhaltsstoffe ungehindert freigesetzt werden [Tedre u. a., 2009].

    Da diese Problematik des Exports gefährlicher Abfälle von den reicheren zu den ärmeren Staaten natürlich nicht nur auf IT-Komponenten beschränkt ist, gibt es schon seit 1994 mit der „Basler Konvention“ ein internationales Vertragswerk, das diese Praxis in den Ländern, die die Konvention ratifiziert haben, illegal macht. In den USA gibt es darüber hinaus das sogenannte „Basel Action Network“, eine Organisation, die sich der Öffentlichkeitsarbeit in diesen Belangen verschrieben hat.

    In der Europäischen Union ist für 2014 eine Erweiterung zur WEEE-Direktive (Waste Electrical and Electronic Equipment) geplant, welche den Anteil des einer Wiederverwertung zugeführten Elektronikschrotts nach und nach auf 65% anheben soll – zur Zeit liegt der Wert in der EU bei ungefähr einem Drittel. Außerdem soll der illegale Müllexport stärker als bisher kontrolliert werden [BBC, 2012].

    Eine Verringerung der Menge an Elekronikschrott wäre natürlich durch die Verlängerung der Nutzungsdauer (Stichwort „Obszoleszenz“) und eine Erhöhung der Recyclingrate zu ermöglichen. In Zeiten der Verknappung von Rohstoffen (beispielsweise der seltenen Erden) wird gerade zweiteres auch wirtschaftlich immer sinnvoller: es gibt inzwischen eine Anzahl von Firmen, welche sich dem Recycling von E-Waste verschrieben haben. Die Rückgewinnung von Rohstoffen aus den Abfallprodukten der IT-Industrie hat eine Reihe positiver Auswirkungen: die Rohstoffe müssen nicht abgebaut werden – wodurch Schädigungen der Flora und Fauna in den Abbaugebieten vermieden werden – es ist nicht die energetisch aufwändige Verarbeitung von Erzen notwendig und schließlich landet der Müll nicht auf Deponien, wodurch die enthaltenen Giftstoffe keine Möglichkeit haben in die Umwelt zu gelangen [Greiner, 2008].

    In diesem Zusammenhang sei auch auf das „Cradle To Cradle“-Konzept verwiesen, welches biologische und technische Nährstoffkreisläufe zur Erreichung abfallfreier Produktionsprozesse propagiert [McDonough und Braungart, 2002].