Nachhaltigkeit by Design berücksichtigen
Nachhaltigkeit by Design berücksichtigen
Nachhaltigkeit by Design berücksichtigen
Einleitung
Nachhaltigkeit by Design bedeutet in diesem Lernkurs: Umwelt-, Sozial- und Nutzungsziele werden nicht erst nachträglich geprüft, sondern schon bei der Gestaltung eines Produkts, eines digitalen Dienstes oder eines technischen Systems mitgedacht. Der Ausdruck wird hier didaktisch als Gestaltungsprinzip verwendet: Was soll das System leisten? Welche Ressourcen braucht es über seinen gesamten Lebenszyklus? Wer entscheidet nach welchen Regeln? Welche Folgen sind beabsichtigt, welche unbeabsichtigt? Und wie lässt sich das System später verbessern oder auch wieder abschalten?
Du arbeitest dabei nicht mit einer einzigen „magischen“ Nachhaltigkeitszahl. Stattdessen untersuchst Du mehrere Perspektiven: Nutzen, Energie, Rechenleistung, Hardware, Rohstoffe, Infrastruktur, Lebensdauer, Reparierbarkeit, soziale Folgen, Fairness, Sicherheit und Governance. Besonders bei digitalen Anwendungen und KI ist wichtig: Ein Dienst wirkt zwar immateriell, beruht aber auf realer Hardware, Netzen und Rechenzentren. Gleichzeitig kann Digitalisierung Prozesse auch effizienter machen oder neue gesellschaftliche und ökologische Lösungen ermöglichen. Ob der Gesamteffekt positiv ist, hängt vom konkreten Anwendungsfall, den Systemgrenzen und der Nutzung ab.
Das Schaubild zur Kreislaufwirtschaft hilft Dir, lineares „Nehmen – Herstellen – Nutzen – Wegwerfen“ mit einem zirkulären Ansatz zu vergleichen. Nachhaltigkeit by Design versucht, bereits bei Anforderungen und Konstruktion Möglichkeiten für längere Nutzung, Reparatur, Wiederverwendung und hochwertiges Recycling zu schaffen.
Zielgruppe und Zeitrahmen: Klasse 10, etwa 45–90 Minuten Kernunterricht. Die vertiefenden Aufgaben können als Hausaufgabe, Projekt oder zweite Stunde genutzt werden.
Am Ende kannst Du ...
- Systemdesign: ein technisches oder digitales System als Zusammenspiel von Bedarf, Software, Rechenleistung, Geräten, Netzen, Energie, Rohstoffen und Menschen beschreiben.
- Folgenabschätzung: ökologische, soziale und wirtschaftliche Folgen entlang des Lebenszyklus unterscheiden und Unsicherheiten benennen.
- Governance: Rollen, Regeln, Verantwortlichkeiten, Messgrößen und Stop-Kriterien für verantwortliche Entscheidungen formulieren.
- Evaluation: Alternativen mit transparenten Kriterien vergleichen, ohne unterschiedliche Wirkungen vorschnell in einer einzigen Zahl zu verstecken.
- Transfer: das Vorgehen auf einen neuen Fall übertragen und Deine Entscheidung nachvollziehbar begründen.
Kurze Aktivierung und Diagnose
Situation: Deine Schule möchte einen neuen digitalen Lernservice einführen. Er soll Texte erklären, Rückfragen beantworten und Übungen anpassen. Bevor Du etwas berechnest, entscheide für jede Aussage: „wahrscheinlich wichtig“, „kommt auf den Kontext an“ oder „eher nicht entscheidend“.
- Nutzungsdauer: Ob vorhandene Geräte weitergenutzt, repariert oder ersetzt werden können.
- Rechenleistung: Ob die Lernaufgabe ein großes KI-Modell benötigt oder mit einer kleineren beziehungsweise nicht-KI-basierten Lösung funktioniert.
- Energie: Wann und wo Strom gebraucht wird und aus welchem Strommix er stammt.
- Rohstoffe: Welche Hardware neu hergestellt werden müsste und welche kritischen Materialien darin stecken.
- Infrastruktur: Welche Netze, Server, Kühlung, Speicher und gegebenenfalls lokale Technik benötigt werden.
- Nutzen: Ob der Lernservice ein echtes Problem löst und wie dieser Nutzen überprüft werden kann.
- Fairness: Ob alle Lernenden vergleichbaren Zugang haben und ob unterschiedliche Gruppen benachteiligt werden könnten.
- Governance: Wer Daten, Ziele, Grenzwerte, Beschaffung und spätere Kontrolle verantwortet.
Diagnosefrage: Welche zwei Informationen fehlen Dir am meisten, um verantwortlich entscheiden zu können? Notiere sie. Gute Technikfolgenabschätzung beginnt oft nicht mit einer Antwort, sondern mit einer guten Frage.
Nachhaltigkeit als Systemdesign
Ein nachhaltiges System entsteht selten durch eine einzelne „grüne“ Komponente. Entscheidend ist, wie die Teile zusammenwirken. Betrachte deshalb zunächst eine einfache Systemkette:
| Ebene | Leitfrage | Typische Gestaltungshebel |
|---|---|---|
| Bedarf und Nutzen | Welches Problem soll wirklich gelöst werden? | Aufgabe vermeiden, vereinfachen, teilen oder zielgenauer erledigen |
| Software und Modell | Wie viel Rechenleistung ist für die geforderte Qualität nötig? | passende Modellgröße, effiziente Algorithmen, Caching, geringere Auflösung, weniger unnötige Wiederholungen |
| Daten | Welche Daten werden wirklich benötigt und wie lange? | Datensparsamkeit, Löschfristen, Vermeidung von Duplikaten, transparente Herkunft |
| Infrastruktur | Wo laufen Berechnung, Speicherung und Übertragung? | gute Auslastung, effiziente Kühlung, erneuerbarer Strom, Abwärmenutzung, bedarfsgerechte Kapazität |
| Hardware | Muss Neues angeschafft werden? | lange Nutzung, Reparatur, Aufrüstung, Wiederverwendung, standardisierte Ersatzteile |
| Rohstoffe und Kreislauf | Welche Materialien werden gewonnen, verarbeitet und später zurückgewonnen? | materialarme Konstruktion, Recyclingmaterial, Demontierbarkeit, Rücknahmesysteme |
| Menschen und Regeln | Wer profitiert, wer trägt Risiken und wer darf entscheiden? | Beteiligung, Fairness, Sicherheit, Datenschutz, Beschaffungsregeln, Audit und Beschwerdewege |
Eine Leiterplatte macht sichtbar, dass „digital“ immer auch materiell ist. Chips, Leiterbahnen, Speicher, Gehäuse und Akkus benötigen Rohstoffe, Fertigung, Transport und Energie.
Systemgrenzen: Was gehört zur Bewertung?
Eine Systemgrenze legt fest, welche Teile Du in Deine Untersuchung einbeziehst. Vergleichst Du nur den Strom während der Nutzung, kann eine neue sparsame Hardware gut aussehen. Beziehst Du Herstellung, Rohstoffe und Entsorgung ein, kann längere Weiternutzung besser abschneiden. Umgekehrt kann sehr ineffiziente Alttechnik bei langer und intensiver Nutzung einen Austausch rechtfertigen. Deshalb muss die Systemgrenze vor dem Vergleich transparent benannt werden.
Für digitale Systeme ist eine sinnvolle Lebenszyklus-Sicht:
- Herstellung: Rohstoffgewinnung, Bauteile, Chips, Geräte und Gebäude.
- Bereitstellung: Transport, Netze, Installation und Rechenzentrumsinfrastruktur.
- Betrieb: Rechnen, Speichern, Übertragen, Kühlen und gegebenenfalls lokale Endgeräte.
- Nutzungswirkung: Welchen tatsächlichen Nutzen erzeugt das System und verändert es Verhalten?
- Ende und Kreislauf: Reparatur, Wiederverwendung, Aufarbeitung, Recycling und Entsorgung.
Rohstoffgewinnung hat nicht nur ökologische, sondern auch soziale und wirtschaftliche Dimensionen. Das Bild zeigt handwerklichen Kobaltabbau in der Demokratischen Republik Kongo. Eine verantwortliche Bewertung fragt daher auch nach Arbeitsbedingungen, Lieferketten, Abhängigkeiten und fairer Verteilung von Nutzen und Belastungen.
Möglicher Nutzen: Technik als Mittel, nicht als Selbstzweck
Nachhaltigkeit by Design bedeutet nicht, Technik grundsätzlich zu vermeiden. Digitale Systeme können beispielsweise Wege und Material einsparen, Anlagen besser steuern, Fehler früher erkennen, Informationen zugänglicher machen oder Lernen individueller unterstützen. Ob daraus tatsächlich ein Umwelt- oder Gesellschaftsvorteil entsteht, muss jedoch am konkreten Fall geprüft werden.
Das Umweltbundesamt weist darauf hin, dass Digitalisierung Effizienzgewinne und Fortschritte für den Umweltschutz ermöglichen kann, eine sozial-ökologische Transformation aber nicht automatisch entsteht. Zusätzlicher Ressourcen- und Energiebedarf sowie Rebound-Effekte können Vorteile teilweise oder vollständig aufheben. Quelle: Umweltbundesamt – Digitalisierung und Klimaschutz.
Vier Nutzenfragen helfen gegen Technik-Automatismus:
- Welches konkrete Problem wird gelöst?
- Woran erkennen wir, dass die Lösung besser ist als der bisherige Zustand?
- Welche Alternative ohne zusätzliche Technik könnte denselben Nutzen erzielen?
- Welche neuen Belastungen entstehen durch die Lösung selbst?
Energie, Rechenleistung und Infrastruktur differenziert bewerten
Energieverbrauch ist nicht dasselbe wie Klimawirkung. Für Klimafolgen ist unter anderem relevant, wann und wo Strom verbraucht wird, wie der Strom erzeugt wird und welche Emissionen bereits in Hardware und Infrastruktur stecken. Auch Wasserbedarf, Flächen, Rohstoffe und lokale Netzauswirkungen können wichtig sein.
Rechenleistung ist nicht dasselbe wie Nutzen. Mehr Rechenoperationen können bessere Ergebnisse ermöglichen, müssen es aber nicht. Für eine einfache Klassifikations-, Such- oder Übungsaufgabe kann ein kleines Modell, ein regelbasiertes Verfahren oder eine klassische Datenbank genügen. Für andere Aufgaben kann ein leistungsfähigeres Modell einen deutlich höheren Nutzen erzeugen. Nachhaltigkeit by Design sucht deshalb die kleinste ausreichende Lösung statt automatisch die größte verfügbare.
Effizienz ist nicht dasselbe wie absolute Einsparung. Wenn einzelne Anfragen effizienter werden, aber die Nutzung stark zunimmt, kann der Gesamtverbrauch trotzdem steigen. Dieser mögliche Rebound-Effekt muss in einer Folgenabschätzung berücksichtigt werden.
Rechenzentren bündeln Server, Speicher, Netztechnik, Stromversorgung und Kühlung. Das Umweltbundesamt betont, dass nicht nur effiziente Technik, sondern auch gute Auslastung und eine am Bedarf orientierte Infrastruktur zählen. Die häufig verwendete Kennzahl PUE beschreibt vor allem das Verhältnis zwischen Gesamtenergie des Rechenzentrums und IT-Energie; sie bildet weder den gesamten Lebenszyklus noch den tatsächlichen Nutzen eines digitalen Dienstes allein ab. Quelle: Umweltbundesamt – Rechenzentren.
Die Internationale Energieagentur schätzte den weltweiten Stromverbrauch von Rechenzentren für 2024 auf rund 415 TWh beziehungsweise etwa 1,5 Prozent des globalen Stromverbrauchs und modellierte für 2030 im Basisszenario rund 945 TWh. Das ist eine Szenariorechnung, keine sichere Vorhersage. Entscheidend sind unter anderem Effizienzfortschritte, Verbreitung von KI, Art der Anwendungen und Ausbau der Energieinfrastruktur. Quelle: IEA – Energy and AI.
Als Beispiel für Datenunsicherheit berichtete das Umweltbundesamt für frühere Schätzungen zum Jahr 2020 eine sehr breite Spanne von etwa 200 bis 1.000 TWh. Die Zahlen stammen aus anderen Jahren und Methoden und sind deshalb nicht direkt mit neueren IEA-Werten gleichzusetzen. Gerade dieser Unterschied zeigt, warum Quellen, Systemgrenzen und Annahmen mitgelesen werden müssen. Quelle: Umweltbundesamt – Green IT.
Mini-Mathematik: transparente Vergleiche statt Scheinpräzision
Für eine Schulentscheidung fehlen oft vollständige Ökobilanzdaten. Dann kannst Du eine Mehrkriterienanalyse nutzen. Wichtig: Punkte ersetzen keine Messdaten. Sie machen nur sichtbar, wie eine Entscheidung zustande kommt.
| Kriterium | Leitfrage | Bewertungsvorschlag |
|---|---|---|
| Nutzen | Verbessert die Lösung nachweisbar Lernen oder Teilhabe? | 0 = kaum, 1 = gering, 2 = mittel, 3 = hoch |
| Herstellung und Rohstoffe | Wie viel neue Hardware wird benötigt? | 0 = sehr hoher Neuaufwand, 3 = vorhandene Technik reicht |
| Betrieb | Wie hoch sind Energie-, Netz- und Speicheraufwand im Verhältnis zur Aufgabe? | 0 = sehr hoch, 3 = niedrig und bedarfsgerecht |
| Lebensdauer | Ist Reparatur, Aufrüstung und Weiterverwendung möglich? | 0 = schlecht, 3 = sehr gut |
| Fairness und Zugang | Können alle Betroffenen sinnvoll teilnehmen? | 0 = starke Hürden, 3 = guter Zugang |
| Governance | Gibt es klare Regeln, Verantwortliche, Kontrolle und Stop-Kriterien? | 0 = unklar, 3 = sehr gut geregelt |
Mathematischer Schritt: Lege Gewichte fest, zum Beispiel je 1 bis 3. Multipliziere Bewertung × Gewicht und addiere die Ergebnisse. Wiederhole die Rechnung mit veränderten Gewichten. Wenn sich die Rangfolge sofort ändert, ist die Entscheidung sensitiv und sollte nicht als eindeutig ausgegeben werden. Unterschiedliche Kategorien wie Kilowattstunden, Euro, Rohstoffrisiken und Fairness dürfen dabei nicht so behandelt werden, als seien sie naturwissenschaftlich direkt austauschbar. Die Punktzahl dient der Diskussion, nicht als „wahre“ Nachhaltigkeitszahl.
Hardware, Rohstoffe und Kreislauf
Bei Smartphones, Tablets, Notebooks und Servern entstehen Umweltwirkungen nicht nur im Betrieb. Das Umweltbundesamt weist bei Smartphones und Tablets darauf hin, dass die Produktion im Lebenszyklus besonders relevant ist und viele wertvolle Edel- und Sondermetalle enthalten sind. Lange Nutzung, Reparierbarkeit, austauschbare Komponenten und getrennte Sammlung können deshalb wichtige Hebel sein. Quelle: Umweltbundesamt – Smartphones und Tablets nachhaltig nutzen.
Reparatur kann Nutzungsdauer verlängern, muss aber technisch, wirtschaftlich und sicher möglich sein. „Reparieren“ ist daher keine pauschale Antwort: Bei Sicherheitsproblemen, fehlenden Ersatzteilen oder extrem ineffizienter Technik kann eine andere Lösung sinnvoller sein.
Der Global E-waste Monitor 2024 von ITU und UNITAR berichtet für 2022 weltweit 62 Millionen Tonnen Elektroschrott; 22,3 Prozent wurden dokumentiert formal gesammelt und umweltgerecht recycelt. Die Zahl ist global aggregiert und sagt noch nichts über ein einzelnes Gerät aus. Für Entscheidungen ist wichtiger, warum Abfälle entstehen, wie lange Geräte genutzt werden, wie gut sie reparierbar sind und welche Materialien tatsächlich zurückgewonnen werden können. Quelle: ITU/UNITAR – Global E-waste Monitor 2024.
Drei Strategien: Suffizienz, Effizienz, Konsistenz
- Suffizienz: Vermeide unnötige Nachfrage. Frage zuerst: Muss diese Funktion überhaupt digital oder KI-basiert sein? Muss jedes Gerät neu gekauft werden?
- Effizienz: Erreiche einen sinnvollen Nutzen mit weniger Energie, Rechenzeit, Daten, Speicher oder Material.
- Konsistenz: Gestalte Stoff- und Energieströme so, dass sie besser zu regenerativen und zirkulären Systemen passen, etwa durch erneuerbaren Strom, reparierbare Produkte und hochwertige Kreislaufführung.
Diese Strategien ergänzen sich. Nur Effizienz kann durch mehr Nutzung teilweise aufgezehrt werden; nur Recycling kann den Rohstoffbedarf neuer Geräte nicht vollständig ersetzen; nur Verzicht kann sinnvollen technischen Nutzen verhindern. Systemdesign sucht eine begründete Kombination.
Governance: Regeln für gute Entscheidungen
Governance meint hier die Regeln, Rollen und Entscheidungswege rund um ein System. Bei einer schulischen digitalen Lösung kann das bedeuten:
| Frage | Beispiel einer guten Regel |
|---|---|
| Wer entscheidet? | Schulleitung, Schulträger, IT-Verantwortliche, Lehrkräfte und Lernende werden passend beteiligt. |
| Wer misst? | Zuständige Personen dokumentieren Nutzung, technische Ausfälle, Energie- oder Kostenindikatoren und Lernnutzen. |
| Wer darf Daten sehen? | Zugriffe sind nach Rollen begrenzt; personenbezogene Daten werden nur verarbeitet, wenn dies erforderlich und rechtlich zulässig ist. |
| Wann wird nachgebessert? | Vorab werden Termine und Schwellen für eine Evaluation vereinbart. |
| Wann wird gestoppt? | Bei fehlendem Nutzen, unvertretbaren Risiken, Sicherheitsproblemen oder dauerhaft schlechter Bilanz kann das System pausiert oder beendet werden. |
| Wie werden Betroffene gehört? | Es gibt verständliche Information, Feedbackwege und nachvollziehbare Entscheidungen. |
Für KI gilt zusätzlich: Ein erzeugter Vorschlag ist kein Beweis. Nutze KI-Ergebnisse als Hypothesen oder Arbeitsmaterial, prüfe Quellen, schütze sensible Daten und behalte wichtige Entscheidungen beim Menschen. Verantwortlicher KI-Einsatz stärkt Human Agency: Du sollst begründet entscheiden können, nicht bloß eine Ausgabe übernehmen.
Evaluation und Folgenabschätzung
Eine gute Evaluation fragt nicht nur „Funktioniert es?“, sondern mindestens:
- Wirksamkeit: Wird der beabsichtigte Nutzen erreicht?
- Ressourcen: Welche Energie, Rechenleistung, Geräte, Rohstoffe und Infrastruktur werden benötigt?
- Lebenszyklus: Welche Folgen entstehen in Herstellung, Betrieb, Wartung und End-of-Life?
- Verteilung: Wer profitiert, wer trägt Kosten oder Risiken?
- Sicherheit und Fairness: Welche Gruppen oder Situationen könnten benachteiligt werden?
- Rebound: Führt eine billigere oder bequemere Nutzung zu deutlich mehr Gesamtverbrauch?
- Unsicherheit: Welche Annahmen sind schwach belegt und welche Daten fehlen?
- Alternativen: Gibt es eine einfachere, langlebigere oder nicht-digitale Lösung mit gleichem Nutzen?
Die UBA-Methode KPI4DCE zeigt beispielhaft, dass für Rechenzentren mehrere Wirkungskategorien gemeinsam betrachtet werden können, darunter Rohstoffaufwand, Treibhausgasemissionen, kumulierter Energieaufwand und Wasserverbrauch, und dass Herstellung der Informationstechnik sowie Betrieb einbezogen werden können. Quelle: Umweltbundesamt – KPI4DCE.
Governance durch Regeln und Recht
Nachhaltigkeit by Design ist nicht nur freiwillige Moral. Politik setzt Rahmenbedingungen. Die EU-Verordnung über Ökodesign für nachhaltige Produkte nennt unter anderem Haltbarkeit, Reparierbarkeit, Energie- und Ressourceneffizienz, Recyclinganteil, Wiederaufarbeitung, Recyclingfähigkeit und Umweltfußabdruck als mögliche Produktparameter. Quelle: Verordnung EU 2024/1781.
Die EU-Richtlinie zur Förderung der Reparatur wurde 2024 verabschiedet; die Mitgliedstaaten mussten sie in nationales Recht übertragen und ab 31. Juli 2026 anwenden. Sie ergänzt Ökodesign-Regeln, die Reparierbarkeit und Ersatzteilverfügbarkeit stärken sollen. Quelle: Europäische Kommission – Right to Repair.
Gemeinschaftskunde- und Wirtschaftsfrage: Welche Nachhaltigkeitsziele sollten durch Gesetz vorgegeben werden, welche durch Markt und Beschaffung entstehen und welche sollten Nutzende selbst entscheiden? Begründe mit Chancen und Risiken.
Realistische Anwendungssituation: KI-Lernservice an der Schule
Ausgangslage: Eine Schule der Sekundarstufe möchte für Jahrgang 10 einen digitalen Lernassistenten einführen. Er soll vor allem Textfragen beantworten, Feedback zu selbst geschriebenen Erklärungen geben und Übungsaufgaben variieren. Bild- und Videogenerierung sind für den Zweck nicht erforderlich. Die vorhandenen Notebooks funktionieren grundsätzlich, einige Akkus sind schwach. Die Schule kann reparieren, Geräte weiterverwenden, einen externen Cloud-Dienst nutzen oder eigene Rechentechnik anschaffen. Budget, Datenschutz, Wartung und Fortbildung sind begrenzt.
Drei bewusst unvollständige Entwürfe:
| Entwurf | Beschreibung | Offene Fragen |
|---|---|---|
| A – Weiterverwenden + Cloud | Bestehende Notebooks bleiben im Einsatz; ein externer textbasierter Dienst wird nur für ausgewählte Aufgaben genutzt. | Energie und Rechenaufwand pro Nutzung? Datenschutz? Auslastung des Anbieters? Lernnutzen? Vertrags- und Löschregeln? |
| B – Neue leistungsstarke Geräte lokal | Alle Lernenden erhalten neue leistungsfähige Geräte; ein größeres Modell läuft möglichst lokal. | Herstellungsaufwand? Lebensdauer? Reparierbarkeit? tatsächlicher Leistungsbedarf? Stromverbrauch? Wartung? |
| C – Teilen + kleine lokale Infrastruktur | Vorhandene Endgeräte werden repariert; eine geteilte lokale Rechenlösung unterstützt nur Aufgaben, für die KI nachweisbar nützlich ist. | Anschaffungs- und Wartungsaufwand? Auslastung? Lebensdauer? Sicherheitskonzept? Was geschieht bei Lastspitzen? |
Dein Auftrag in 20–25 Minuten:
- Formuliere zuerst zwei messbare Lernziele. Beispiel: „Lernende verbessern die Qualität einer Begründung nach einer Feedbackrunde.“
- Markiere bei jedem Entwurf mindestens drei fehlende Informationen. Erfinde keine Zahlen, wenn Daten fehlen.
- Lege Deine Systemgrenze fest: mindestens Herstellung, Betrieb, Netze beziehungsweise Infrastruktur, Lebensdauer und Nutzen.
- Wähle sechs Bewertungskriterien und begründe ihre Gewichtung.
- Entwirf eine vierte Option D, die Stärken kombiniert oder unnötige Funktionen weglässt.
- Formuliere zwei Governance-Regeln und ein Stop-Kriterium.
- Entscheide vorläufig. Gib an, unter welcher neuen Information Du Deine Entscheidung ändern würdest.
Wichtig: Es gibt hier absichtlich keine fertige Musterlösung. Eine starke Lösung zeigt, welche Daten fehlen, wie Zielkonflikte behandelt werden und warum die Entscheidung unter den gewählten Annahmen vertretbar ist.
Fächerübergreifende Bezüge
| Fach | Beitrag zum Thema |
|---|---|
| Informatik | Algorithmen, Daten, Modellgröße, Rechenleistung, Softwareeffizienz, Systemarchitektur und verantwortlicher KI-Einsatz |
| Mathematik | Mehrkriterienanalyse, Gewichtung, Sensitivitätsanalyse, Größenordnungen, Szenarien und Unsicherheit |
| Technik | Reparierbarkeit, Modularität, Energieversorgung, Kühlung, Materialwahl und Wartung |
| Deutsch | Quellenkritik, Argumentation, begründete Entscheidung, verständliche Dokumentation und Gegenargumente |
| Wirtschaft | Lebenszykluskosten, Beschaffung, Anreize, externe Kosten, Kreislaufwirtschaft und Geschäftsmodelle |
| Geschichte | Entwicklung von Massenproduktion, Konsumgesellschaft, Elektrifizierung, Digitalisierung und Umweltpolitik |
| Ethik | Verantwortung, intergenerationelle Gerechtigkeit, globale Lieferketten, Fairness und Zumutbarkeit |
| Gemeinschaftskunde | Regulierung, Beteiligung, Governance, öffentliche Beschaffung und Interessenkonflikte |
90-Minuten-Unterrichtspfad
| Zeit | Phase | Aktivität |
|---|---|---|
| 0–8 Minuten | Aktivierung | Diagnose: Welche Informationen braucht eine nachhaltige Technikentscheidung? |
| 8–20 Minuten | Einführung | Systemgrenze, Lebenszyklus und drei Strategien Suffizienz – Effizienz – Konsistenz |
| 20–35 Minuten | Visualisierung | Systemkarte aus Bedarf, Software, Rechenleistung, Infrastruktur, Hardware, Rohstoffen und Menschen erstellen |
| 35–60 Minuten | Anwendung | KI-Lernservice in Gruppen analysieren und Option D gestalten |
| 60–72 Minuten | Evaluation | Mehrkriterienvergleich mit Gewichtung und Sensitivitätscheck |
| 72–82 Minuten | Selbstkontrolle | Quiz oder Lückentext; Fehler begründen und korrigieren |
| 82–90 Minuten | Transfer und Reflexion | Vorgehen auf einen neuen Fall übertragen; Entscheidung mit Bedingungen formulieren |
45-Minuten-Variante: Aktivierung 5 Minuten, Einführung 10 Minuten, Anwendungssituation 20 Minuten, Transfer-Exit-Ticket 10 Minuten. Quiz und weitere Aufgaben als Hausaufgabe.
Transferwerkzeug: sechs Fragen für neue Fälle
Nutze für ein neues Produkt, eine KI-Anwendung, ein Verkehrssystem oder eine Schulentscheidung immer diese sechs Fragen:
- Zweck: Welches Problem wird gelöst und woran erkenne ich echten Nutzen?
- System: Welche Hardware, Software, Daten, Netze, Energie, Rohstoffe und Menschen gehören dazu?
- Lebenszyklus: Was passiert vor, während und nach der Nutzung?
- Folgen: Welche Umwelt-, Sozial-, Wirtschafts-, Sicherheits- und Fairnesswirkungen sind möglich?
- Governance: Wer entscheidet, misst, korrigiert und stoppt?
- Alternative: Welche einfachere oder langlebigere Lösung könnte denselben Zweck erfüllen?
Wenn Du diese sechs Fragen auf einen neuen Fall anwenden und Deine Unsicherheiten offenlegen kannst, hast Du den Kern von Nachhaltigkeit by Design verstanden.
Interaktive Aufgaben
Quiz: Teste Dein Wissen
Was unterscheidet Nachhaltigkeit by Design am deutlichsten von einer nachträglichen Umweltprüfung? (Nachhaltigkeitsziele werden schon bei Anforderungen und Gestaltung berücksichtigt) (!Nachhaltigkeit wird erst nach der Nutzung gemessen) (!Nur der Stromverbrauch im Betrieb wird betrachtet) (!Jede digitale Lösung wird grundsätzlich vermieden)
Warum reicht der Stromverbrauch allein nicht aus, um die Klimawirkung eines digitalen Dienstes zu bewerten? (Strommix Herstellung Infrastruktur und Nutzungszeitpunkt können die Wirkung verändern) (!Weil Stromverbrauch bei digitalen Diensten nie messbar ist) (!Weil nur Rohstoffe und nie Energie eine Rolle spielen) (!Weil Klimawirkungen ausschließlich vom Preis abhängen)
Eine Schule besitzt noch funktionsfähige Notebooks und erwägt neue Geräte nur für einen KI-Dienst. Was ist der sinnvollste erste Schritt? (Prüfen welcher Nutzen und welche Rechenleistung wirklich nötig sind und ob Weiterverwendung reicht) (!Sofort die leistungsstärksten Geräte kaufen) (!Nur den Kaufpreis vergleichen) (!Recycling der alten Geräte als einzige Nachhaltigkeitsmaßnahme planen)
Wie sollte eine Prognose zum zukünftigen Energiebedarf von Rechenzentren interpretiert werden? (Als szenarioabhängige Abschätzung mit Annahmen und Unsicherheiten) (!Als garantierter Messwert der Zukunft) (!Als Wert der unabhängig von Nutzungsverhalten gilt) (!Als reine Marketingangabe ohne möglichen Erkenntniswert)
Was beschreibt die Kennzahl PUE bei Rechenzentren am ehesten? (Das Verhältnis von Gesamtenergie des Rechenzentrums zu Energie der IT) (!Die vollständige ökologische Lebenszyklusbilanz) (!Den gesellschaftlichen Nutzen eines digitalen Dienstes) (!Die Recyclingquote aller Serverkomponenten)
Warum muss eine Systemgrenze vor einem Vergleich benannt werden? (Weil Ergebnisse davon abhängen welche Lebenszyklusanteile und Infrastrukturen berücksichtigt werden) (!Weil dadurch alle Unsicherheiten verschwinden) (!Weil danach keine Quellenprüfung mehr nötig ist) (!Weil nur so eine einzige richtige Gewichtung entsteht)
Was beschreibt einen möglichen Rebound-Effekt? (Eine effizientere Einzelnutzung führt durch viel stärkere Nutzung trotzdem zu mehr Gesamtverbrauch) (!Ein Gerät wird repariert und dadurch länger genutzt) (!Ein Server wird besser ausgelastet und weniger Hardware wird benötigt) (!Eine Anwendung erreicht ihr Lernziel mit weniger Rechenleistung)
Welche Maßnahme gehört am klarsten zur Governance eines schulischen KI-Systems? (Verantwortliche Messgrößen Überprüfungstermine und Stop-Kriterien festlegen) (!Nur einen schnelleren Prozessor einbauen) (!Jede Aufgabe automatisch durch KI lösen lassen) (!Die Herkunft von Daten grundsätzlich ignorieren)
Wie vergleichst Du zwei technische Alternativen am fairsten? (Mit denselben transparenten Kriterien Systemgrenzen und dokumentierten Annahmen) (!Mit jeweils unterschiedlichen Kriterien die zur bevorzugten Lösung passen) (!Nur anhand einer besonders großen Einzelzahl) (!Nur anhand der neuesten verfügbaren Technik)
Was ist beim Transfer auf einen neuen Fall der beste Start? (Zweck Nutzen und Systemgrenze klären bevor Lösungen bewertet werden) (!Zuerst ein möglichst großes Modell auswählen) (!Zuerst eine Endpunktzahl festlegen und danach Kriterien suchen) (!Zuerst alle alten Geräte ersetzen)
Memory
| Systemgrenze | legt fest welche Teile in der Bewertung berücksichtigt werden |
| Lebenszyklus | betrachtet Herstellung Nutzung und Ende eines Systems |
| Rebound | kann Effizienzgewinne durch zusätzliche Nutzung teilweise aufzehren |
| Governance | ordnet Regeln Rollen Verantwortung und Kontrolle |
| Suffizienz | vermeidet oder reduziert unnötige Nachfrage |
| Effizienz | erreicht einen Zweck mit geringerem Aufwand |
| Konsistenz | richtet Stoff- und Energieströme stärker an Kreisläufen und Regeneration aus |
| Folgenabschätzung | untersucht mögliche erwünschte und unerwünschte Wirkungen vor einer Entscheidung |
Drag and Drop
| Ordne die richtigen Begriffe zu. | Thema |
|---|---|
| Systemgrenze | Was wird in die Untersuchung einbezogen? |
| Reparierbarkeit | Kann ein defektes Bauteil sinnvoll ersetzt werden? |
| Sensitivität | Ändert sich das Ergebnis stark bei anderen Annahmen oder Gewichten? |
| Rebound | Steigt die Gesamtnutzung nach einer Effizienzverbesserung? |
| Governance | Wer entscheidet kontrolliert korrigiert und stoppt? |
| Nutzen | Wird das eigentliche Problem nachweisbar besser gelöst? |
Kreuzworträtsel
| Rebound | Wie heißt der Effekt wenn Effizienz durch mehr Nutzung teilweise aufgehoben wird? |
| Ecodesign | Wie heißt die umweltorientierte Produktgestaltung mit einem international gebräuchlichen Begriff? |
| Governance | Welcher Begriff bezeichnet Regeln Rollen und Entscheidungswege? |
| Rohstoffe | Welche materiellen Ausgangsstoffe werden für Hardware benötigt? |
| Effizienz | Wie heißt das Prinzip einen Zweck mit geringerem Aufwand zu erreichen? |
| Reparatur | Welche Maßnahme kann die Nutzungsdauer eines defekten Geräts verlängern? |
LearningApps
Lückentext
Offene Aufgaben
Leicht
- Systemkarte: Zeichne für einen Streamingdienst oder Lernchat eine Systemkarte mit Endgerät, Netz, Rechenzentrum, Energie, Rohstoffen und Menschen. Markiere zwei Stellen, an denen Designentscheidungen Ressourcen sparen könnten.
- Quellencheck: Vergleiche eine Aussage zur Umweltwirkung digitaler Technik aus zwei Quellen. Notiere Autor, Jahr, Systemgrenze, Messwert oder Szenario und offene Unsicherheit.
- Reparaturblick: Untersuche ein vorhandenes Gerät ohne es zu öffnen. Welche Hinweise auf Reparierbarkeit, Austauschbarkeit, Lebensdauer und Updateversorgung findest Du?
- Nutzenfrage: Wähle eine digitale Funktion aus Deinem Schulalltag und formuliere ein messbares Ziel, an dem Du erkennst, ob die Funktion wirklich nützt.
Standard
- Mehrkriterienanalyse: Vergleiche zwei schulische Technikoptionen mit sechs Kriterien. Lege Gewichte offen und teste, ob eine andere Gewichtung die Rangfolge verändert.
- Rebound-Szenario: Beschreibe ein Beispiel, bei dem eine effizientere digitale Technik zu mehr Gesamtnutzung führen könnte. Entwickle eine Maßnahme, die den Rebound begrenzt.
- Governance-Entwurf: Entwirf für einen schulischen KI-Dienst Regeln zu Zuständigkeit, Datenschutz, Quellenprüfung, Sicherheit, Evaluation und Abschaltung.
- Kreislaufdesign: Gestalte ein fiktives Lern-Tablet so, dass Reparatur, Aufrüstung, Wiederverwendung und Recycling erleichtert werden. Begründe vier konkrete Konstruktionsentscheidungen.
Schwer
- Folgenabschätzung: Untersuche die Einführung eines KI-Tools an einer Schule aus ökologischer, sozialer, wirtschaftlicher und ethischer Perspektive. Benenne Gewinner, mögliche Belastete und fehlende Daten.
- Beschaffungsrat: Simuliere eine Sitzung aus Schulleitung, IT, Lernenden, Eltern, Schulträger und Anbieter. Entwickelt gemeinsam fünf Muss-Kriterien und drei Kann-Kriterien für eine nachhaltige Beschaffung.
- Szenarioanalyse: Entwickle drei Zukunftsszenarien für dieselbe digitale Lösung: hohe Nutzung, hohe Effizienz und knappe Energie- oder Rohstoffverfügbarkeit. Prüfe, welche Designentscheidung in allen drei Szenarien robust bleibt.
- Transferfall: Übertrage das gesamte Sechs-Fragen-Werkzeug auf einen neuen Fall wie Smart City, E-Mobilität, Wärmepumpe, Streaming, Robotik oder digitales Schulbuch. Triff eine bedingte Entscheidung und benenne ausdrücklich, welche neue Evidenz Deine Entscheidung verändern würde.
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Lernkontrolle
- Systemvergleich: Zwei Lösungen liefern denselben Nutzen. Lösung A braucht neue Hardware, Lösung B deutlich mehr laufende Rechenleistung. Entwickle eine Entscheidungsstrategie, die Herstellung, Betrieb, Lebensdauer und Unsicherheit gemeinsam betrachtet.
- Quellenkritik: Eine Schlagzeile nennt einen sehr hohen Energieverbrauch für „eine KI-Anfrage“, eine andere einen deutlich kleineren Wert. Erkläre, welche methodischen Informationen Du brauchst, bevor Du die Zahlen vergleichst.
- Governance-Transfer: Für ein neues digitales Schulwerkzeug gibt es noch keine Regeln. Formuliere Verantwortlichkeiten, zwei Messgrößen, einen Überprüfungstermin und ein Stop-Kriterium.
- Fairnesskonflikt: Eine ressourcensparende Lösung funktioniert nur auf neueren Geräten. Entwickle zwei Designänderungen, die Umweltwirkung und Zugang gemeinsam verbessern.
- Rebound-Prüfung: Ein Dienst wird pro Nutzung halb so rechenintensiv, die Zahl der Nutzungen steigt aber stark. Beschreibe, welche Daten Du erheben würdest, um den Gesamteffekt zu bewerten.
- Entscheidung unter Unsicherheit: Du musst handeln, obwohl wichtige Daten fehlen. Formuliere eine vorläufige Entscheidung, ihre Annahmen, ein Monitoring und die Bedingung, unter der Du die Entscheidung revidierst.
Reflexion
- Welche Nachhaltigkeitswirkung wird in Diskussionen über digitale Technik Deiner Meinung nach zu oft sichtbar gemacht, welche zu wenig?
- Wann ist „mehr Technik“ gerechtfertigt, obwohl dadurch zusätzlicher Ressourcenverbrauch entsteht?
- Welche Entscheidung sollte bei KI-Systemen niemals vollständig automatisiert werden, weil menschliche Verantwortung zentral bleibt?
- Was bedeutet für Dich eine faire Verteilung von Nutzen, Kosten und Risiken zwischen heutigen Nutzenden, Beschäftigten in Lieferketten und zukünftigen Generationen?
Lernnachweis
Für einen überzeugenden Lernnachweis zu Nachhaltigkeit by Design berücksichtigen solltest Du zeigen, dass Du:
- einen neuen Fall mit einer klaren Systemgrenze strukturieren kannst,
- Nutzen und Ressourcenaufwand getrennt und anschließend gemeinsam beurteilen kannst,
- Energie, Rechenleistung, Hardware, Rohstoffe und Infrastruktur differenziert behandelst,
- mindestens zwei plausible Alternativen vergleichst,
- Quellen nach Autor, Aktualität, Methode, Systemgrenze und Unsicherheit prüfst,
- eine transparente Gewichtung oder Priorisierung vornimmst,
- Governance-Regeln mit Zuständigkeit, Evaluation und Stop-Kriterium formulierst,
- Fairness, Sicherheit und Human Agency berücksichtigst,
- eine Entscheidung als begründete und gegebenenfalls revidierbare Entscheidung formulierst,
- erklärst, welche neue Information Deine Position ändern könnte.
Quellen und Materialien
- Umweltbundesamt: Grüne Informationstechnik – Green IT – Überblick zu Chancen, Energie-, Ressourcen- und Datenunsicherheiten der Digitalisierung.
- Umweltbundesamt: Rechenzentren – Auslastung, PUE, Ressourcen- und Energieeffizienz.
- Umweltbundesamt: KPI4DCE – mehrdimensionale Umweltbewertung von Rechenzentren.
- Umweltbundesamt: Digitalisierung und Klimaschutz – Chancen, Belastungen und Rebound-Risiken digitaler Transformation.
- Internationale Energieagentur: Energy and AI – Szenarien zum Energiebedarf von Rechenzentren und Unsicherheiten.
- ITU und UNITAR: Global E-waste Monitor 2024 – globale Daten zu Elektroschrott und Recycling.
- Umweltbundesamt: Smartphones und Tablets nachhaltig nutzen – Lebenszyklus, Produktion, längere Nutzung und Recycling.
- EU-Verordnung 2024/1781 über Ökodesign für nachhaltige Produkte – Produktparameter wie Haltbarkeit, Reparierbarkeit und Ressourceneffizienz.
- Europäische Kommission: Richtlinie zur Förderung der Reparatur – europäischer Rechtsrahmen für Reparatur.
- Wikimedia Commons: Circular economy – freie Medien zur Kreislaufwirtschaft.
- Wikimedia Commons: Electronic waste – freie Medien zu Elektroschrott.
Quellenregel für Lernende: Verwende bei neuen Zahlen möglichst Primärquellen oder nachvollziehbare Fachberichte. Notiere Jahr, Bezugsgröße, Region, Systemgrenze und Methode. Eine große Einzelzahl ohne diese Angaben ist kein guter Entscheidungsgrund.
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