Energieeffiziente IT und Green Software Development: So reduzieren Unternehmen Stromverbrauch und CO₂

Die Wahl der richtigen Technologien, Betriebssysteme, Programmiersprachen und Hosting-Modelle kann den Energieverbrauch in Rechenzentren und IT-Umgebungen erheblich senken. Gerade in Deutschland, wo Rechenzentren bereits bis zu 4 % des Stromverbrauchs ausmachen, lohnt sich ein strategischer Ansatz: KI-Workloads optimieren, effiziente Sprachen nutzen, Hardware bewusst wählen und Cloud-Ressourcen intelligent einsetzen. So lassen sich nicht nur Kosten sparen, sondern auch CO₂-Emissionen reduzieren – ein entscheidender Schritt für nachhaltige Digitalisierung in Unternehmen.

Allein in den USA verbrauchen Rechenzentren 4% des gesamten Energiehaushalts des Landes. Laut einer Studie des Lawrence Berkeley National Laboratory wird erwartet, dass der Anteil bis 2030 auf 8% bis 12% ansteigen könnte. Ein beträchtlicher Teil dieses Energieverbrauchs, oft bis zu 50%, geht auf die Kühlung zurück. Obwohl Techniken wie Hyperscaling und andere kluge Ansätze bereits zu Einsparungen geführt haben, bleibt die Frage: Geht da noch mehr?

Auch in Deutschland steigt der Energiebedarf von Rechenzentren spürbar. Aktuell verbrauchen sie rund 16–18 TWh Strom pro Jahr, was etwa 3–4 % des gesamten deutschen Stromverbrauchs entspricht. Studien des Borderstep Instituts prognostizieren, dass dieser Anteil bis 2030 auf 30–45 TWh anwachsen könnte – also auf bis zu 6–8 % des Strombedarfs in Deutschland. Ein erheblicher Teil des Energieverbrauchs entfällt dabei, ähnlich wie in den USA, auf die Kühlung der Systeme, die häufig 30–50 % der Gesamtenergie beansprucht. Mit dem zunehmenden Einsatz von Cloud-Infrastrukturen und KI-Workloads wächst damit auch hierzulande der Druck, Software, Infrastruktur und Architektur energieeffizienter zu gestalten.

Mit dem Boom generativer KI steigt der Energiebedarf von Rechenzentren spürbar an. Aktuelle Studien der Cornell University zeigen, dass KI-Workloads – insbesondere große Sprachmodelle – zu einem zentralen Wachstumstreiber werden. Während eine einzelne KI-Anfrage zunächst wenig Energie verbraucht (z. B. ca. 0,43 Wh pro Anfrage bei modernen Modellen), führt die massive Skalierung zu erheblichen Auswirkungen: Hochgerechnet auf Hunderte Millionen täglicher Anfragen entspricht der Strombedarf bereits dem jährlichen Energieverbrauch von rund 35.000 Haushalten.

Nicht nur die zunehmende KI-Nutzung erhöht den Energieverbrauch von Rechenzentren – überall, wo Software läuft, spielt die Wahl der Programmiersprache eine entscheidende Rolle. Laut dieser Studie und anderen Untersuchungen gibt es Hunderte von Programmiersprachen, die für unterschiedliche Einsatzzwecke optimiert wurden. Zu den beliebtesten gehören Python, JavaScript, Java, C++, C#, PHP, C, TypeScript, Ruby und Go – viele davon auch außerhalb der IT bekannt.

Die Wahl der Programmiersprache hat einen erheblichen Einfluss auf die Energieeffizienz und die Betriebskosten. Die Studie Energy Efficiency Across Programming Languages zeigt, dass es erhebliche Unterschiede im Energieverbrauch je nach Sprache gibt:

• C gehört zu den effizientesten Sprachen: Sie verarbeitet Aufgaben schnell und mit geringem Stromverbrauch.
• Python, eine interpretierte Sprache, kann für dieselbe Aufgabe deutlich mehr Energie verbrauchen als kompilierte Sprachen – in realen Tests wurden Unterschiede von mehreren Faktoren (z. B. 4× bis 75×) beobachtet.
• Java oder JavaScript liegen im Mittelfeld, da sie häufig auf virtuellen Maschinen ausgeführt werden, was Effizienz und Performance beeinflusst.

Diese Unterschiede wirken sich nicht nur auf den Energieverbrauch aus, sondern auch auf die Gesamtkosten im Betrieb: längere Laufzeiten bedeuten höheren Stromverbrauch, größere Kühlungsanforderungen und damit steigende Rechenzentrums‑Kosten. Unternehmen, die energieeffiziente Software entwickeln wollen, sollten daher die Programmiersprache strategisch auswählen und für rechenintensive Anwendungen optimierte oder kompilierte Sprachen in Betracht ziehen.

Green Software Development erweitert den Ansatz des Green Development speziell auf die Programmierung und Architektur von Anwendungen. Ziel ist es, Software so zu gestalten, dass sie möglichst wenig Energie verbraucht, ressourcenschonend läuft und gleichzeitig hohe Performance liefert. Dazu zählen etwa effiziente Algorithmen, schlanke Datenverarbeitung, optimierte Speicherzugriffe und die Nutzung energieeffizienter Programmiersprachen. Unternehmen in Deutschland können dadurch nicht nur den CO₂-Footprint ihrer IT senken, sondern auch Betriebskosten reduzieren und nachhaltige Softwarelösungen für Cloud, On-Premise oder hybride Umgebungen entwickeln.

Wer ist eigentlich pep.digital?

Lernen Sie die Köpfe hinter pep.digital kennen und erfahren Sie, wer wir sind, wie wir arbeiten, denken und ticken.

Mehr über pep.digital lesen

Auch die Wahl des Betriebssystems und Hardware spielt eine wichtige Rolle für die Energieeffizienz, sowohl in der lokalen Entwicklung als auch in der Produktivumgebung.

So hat sich beispielsweise gezeigt, dass Linux‑Server ohne grafische Oberfläche deutlich weniger Speicher und CPU‑Zyklen im Leerlauf benötigen als Windows‑Systeme, was zu einem geringeren Energieverbrauch führt – unter anderem weil weniger Hintergrundprozesse aktiv sind und das Betriebssystem schlanker arbeitet.

Im Desktop‑ und Entwickleralltag zeigen Vergleichstests: Windows benötigt im Idle‑Zustand deutlich mehr Arbeitsspeicher und CPU‑Ressourcen, zum Beispiel mehrere Gigabyte RAM im Vergleich zu deutlich niedrigeren Werten bei Linux‑Systemen, was sich auch in einem höheren Stromverbrauch niederschlagen kann.

Bei Apple‑Geräten mit Apple Silicon‑Chips (M‑Serie) spielt die enge Hardware‑Software‑Integration eine große Rolle für die Energieeffizienz. Tests zeigen, dass Geräte wie der Mac Mini mit M‑Prozessor im Standby‑Betrieb sehr geringe Leistungsaufnahme aufweisen – teils im einstelligen Watt‑Bereich – was die Effizienz besonders bei Dauerlast‑Szenarien verbessert.

Für Entwickler, CI/CD‑Pipelines und produktive Arbeitsumgebungen bedeutet das:

• Linux‑basierte Systeme können in vielen Szenarien zu niedrigerem Energieverbrauch führen, besonders auf Servern oder bei headless‑Setups.
• macOS auf Apple Silicon erzielt hohe Effizienz durch optimierte Treiber und Systemintegration.
• Windows‑Systeme sind in der Regel ressourcenstärker, was unter Last zu höherem Energiebedarf führen kann.

Insgesamt zeigt sich: Die Synergie zwischen Betriebssystem und Hardware beeinflusst maßgeblich den Energiebedarf – sowohl lokal für Entwickler als auch in produktiven Umgebungen. Unternehmen, die den Energieverbrauch ihrer IT reduzieren wollen, sollten diese Faktoren bei der Auswahl von Systemumgebungen, CI/CD‑Systemen und Server‑Setups mitberücksichtigen.

Ein weiterer wichtiger Faktor ist die Entscheidung zwischen Cloud-Hosting und On-Premise-Lösungen. Laut Studien kann Cloud Computing bis zu 93% energieeffizienter sein als lokale Rechenzentren. Unternehmen könnten durch den Wechsel zu Cloud-basierten Diensten zwischen 60% und 85% der Energiekosten einsparen.

Die Häufigkeit und das Intervall, in dem eine Anwendung genutzt wird, spielen ebenfalls eine Rolle bei der Entscheidung zwischen Cloud und On-Premise. Cloud-Lösungen bieten oft eine bessere Skalierbarkeit und Ressourceneffizienz, insbesondere für Anwendungen mit schwankender Nutzung.

Die Wahl der richtigen Technologien und Infrastrukturen für energieeffiziente Softwareentwicklung ist kein einfacher Schritt – sie hängt von vielen Faktoren ab. Zwar gehört C nachweislich zu den energieeffizientesten Programmiersprachen, doch Unternehmen sollten einen ausgewogenen Ansatz wählen, der Entwicklungsgeschwindigkeit, vorhandene Expertise und verfügbare Frameworks berücksichtigt.

Green Development bedeutet mehr als nur die effizienteste Sprache zu wählen: Es geht darum, eine Balance zwischen Umweltverantwortung, Kosteneffizienz und Produktivität zu finden. Das kann bedeuten, energieeffizientere Versionen von Sprachen zu nutzen, gezielt Code zu optimieren oder für besonders kritische Komponenten auf besonders ressourcenschonende Technologien zu setzen.

Green Software Development erfordert ein Umdenken in der gesamten Softwareentwicklung. Es eröffnet die Möglichkeit, innovative Lösungen zu schaffen, die sowohl umweltfreundlich als auch wirtschaftlich sind – und so aktiv zur nachhaltigen Digitalisierung beitragen. Unternehmen übernehmen so aktiv Verantwortung für ihre CO₂-Bilanz und fördern nachhaltiges Wirtschaften.

Auch die Wahl des Betriebssystems und die Entscheidung zwischen Cloud und On-Premise spielen eine zentrale Rolle. Linux-Systeme und macOS mit Apple Silicon punkten oft durch ihre Energieeffizienz, während Cloud-Lösungen in vielen Szenarien sowohl ökologische als auch ökonomische Vorteile bieten.