Groene software: minder energie = minder CO2-uitstoot

Dit is blog 10 in de blogreeks over Green IT.

​​Stel, je downloadt een nieuwe app en je batterij loopt plotseling veel sneller leeg. Oorzaak: slecht geprogrammeerde software. Dat is in het klein wat zich ook voordoet op grote schaal: in datacentra en het internet. Slecht geprogrammeerde of verkeerd gebruikte software draagt bij aan de CO2-voetafdruk van de ICT-sector. Hoe? Dat leggen we je in deze blogreeks over groene software uit. Deze blog is de eerste van dit nieuwe thema.

Groene software-ingenieurs

Groene software is een groeiend aandachtsgebied dat klimaatwetenschap, softwareontwerp, energievraagstukken, hardware en datacentraontwerp samenbrengt. (1) Steeds meer software-ingenieurs richten zich op het coderen of aanpassen van bestaande software om zowel het energieverbruik als de daaruit voortkomende CO2-uitstoot te verminderen. We gebruiken hier bewust de term ‘software-ingenieurs’ in plaats van ‘softwareontwikkelaars’, omdat software continu kan worden vergroend, niet alleen bij het ontwikkelen van nieuwe software. (2)

Groene software-ingenieurs richten zich niet alleen op het programmeren van software, maar kijken naar de invloed van software op de hele keten, inclusief de gebruikte hardware en de ervaring van de gebruikers.

Samen leren en ontwikkelen

Dat is de missie van de in 2019 opgerichte Green Software Foundation (GSF), waar inmiddels 58 organisaties en bijna 1100 software-engineers bij zijn aangesloten. Samen onderzoeken ze het ontwikkelen en delen van best practices, inclusief het gebruik van relevante hulpmiddelen. Bovendien bieden ze kosteloze trainingen (in het Engels) aan om inzicht te geven in groene softwareontwikkeling. (3,4)

Het gebruik van groene software kan leiden tot een besparing van wel 60 procent van het totale energieverbruik. Het loont dus om hierin te investeren. Deze inspanningen zijn gebaseerd op zes principes die het fundament vormen voor de missie van de GSF. In de komende serie blogposts over groene software komen deze zes principes aan bod.

Principe 1 – Koolstofefficiëntie: ‘Stoot zo weinig mogelijk koolstof uit’

Het eerste principe van groene software is simpel: voorkomen is beter dan genezen. Het doel is om software te maken met minimale CO2-uitstoot en extra aandacht voor koolstofefficiëntie, zodat gebruikers dezelfde waarde krijgen met minder uitstoot.

Vaak realiseren mensen zich niet dat er achter het gebruik van elektriciteit een hele keten schuilgaat. Elektriciteit is een vanzelfsprekendheid; je stopt een stekker in het stopcontact en ‘het’ is er gewoon. Tot voor kort waren veel mensen zich niet bewust dat het opwekken van energie uit fossiele brandstoffen een van de vervuilendste processen met veel CO2-uitstoot is. Gelukkig neemt het bredere maatschappelijke bewustzijn hierover onder invloed van de energie- en klimaatcrisis wel toe.

Hoewel inmiddels 40 procent van de energie in Nederland groen is (een percentage dat nog steeds stijgt), blijft 60 procent van onze stroom afkomstig van fossiele brandstoffen, zoals kolen en gas. (5) Dit vormt de belangrijkste bron van CO2-uitstoot en draagt bij aan klimaatverandering. Het terugdringen van klimaatverandering vereist daarom gerichte inspanningen om de uitstoot te verminderen. Zoals we in de eerste blog over Green IT hebben gezien, bestaat er een directe relatie tussen CO2-uitstoot en energieverbruik. Dus, als minder CO2-uitstoot willen, moeten we manieren vinden om ons energieverbruik actief te verminderen.

Principe 2 – Energie-efficiëntie: ‘Gebruik zo weinig mogelijk energie’

Er is een direct verband tussen energieverbruik en CO2-uitstoot: verbruik je minder energie, dan stoot je ook minder koolstofdioxide uit. Hierdoor zijn de principes van koolstof-efficiëntie en energie-efficiëntie nauw met elkaar verbonden en streven zij in feite hetzelfde na.

Wanneer je streeft naar zo weinig mogelijk energieverbruik door software kun je kijken naar twee aspecten:

(1) de energieproportionaliteit - hoe kan ik zo efficiënt mogelijk gebruikmaken van de capaciteit van mijn computer;

(2) het statisch stroomverbruik – hoe kan ik ervoor zorgen dat mijn computer zo min mogelijk stroom verbruikt op het moment dat ik de computer niet gebruik.

Energieproportionaliteit: ‘Benut je apparatuur zo optimaal mogelijk’

Energieproportionaliteit, geïntroduceerd door Google-ingenieurs in 2007, meet de relatie tussen het stroomverbruik van een computer en de snelheid waarmee het werk wordt verricht. Het verbruik geeft aan hoeveel van de reken- en geheugencapaciteit van een computer werkelijk wordt gebruikt. Een actieve computer die zijn capaciteit volledig benut, zal een hoog percentage laten zien, terwijl een inactieve computer met minimale benutting van reken- en geheugencapaciteit een laag percentage zal hebben.

De relatie tussen vermogen en gebruik is niet lineair. Bij inactiviteit kan een computer bijvoorbeeld 100 Watt gebruiken, bij 50 procent 180 Watt en bij volledig gebruik 200 Watt. Dit betekent dat hoe meer een computer wordt ingezet, hoe efficiënter hij elektriciteit omzet in daadwerkelijke computertaken. Dit fundamentele principe ligt ook aan de basis van de energiezuinigheid van grote datacentra. Wanneer servers op maximale capaciteit draaien, wordt de energie-efficiëntie geoptimaliseerd.

Statisch stroomverbruik: ‘Ook in standby-modus gebruikt een computer stroom’

Het tweede aspect omvat het stroomverbruik van een computer wanneer deze niet actief is. Een voorbeeld: als je aan een Word- document werkt en vervolgens koffie gaat halen, dan blijft het programma op de achtergrond elektriciteit verbruiken.

Precies daarom hebben computers een energiebesparende modus. Wanneer het apparaat niet actief is, schakelt het over naar de slaapstand. Het scherm gaat op zwart en de computer verbruikt minder elektriciteit. Maar zelfs in de stand-by modus verbruikt de computer nog een derde van het normale verbruik. Aangezien deze modus op jaarbasis goed is voor zo’n 260 kWh, is het aan te raden om de computer na gebruik volledig uitschakelen. (6)

Servers hebben ook een energiebesparende modus, bekend als de 'spaarstand'. De Rijksdienst voor Ondernemend Nederland promoot op haar website het gebruik ervan, wat direct kan leiden tot een energiebesparing van 10 procent. (7) Toch wordt de energiebesparende modus in de praktijk vaak niet ingesteld. Een veelvoorkomende reden hiervoor is dat servers snel moeten kunnen reageren op veranderende opdrachten. Het gebruik van de besparende modus kan het gebruikersgemak verminderen omdat gebruikers langer moeten wachten tot het systeem weer is opgestart.

Conclusie

In deze blog hebben we je laten kennismaken met groene software. De Green Software Foundation speelt een belangrijke rol in het delen en bevorderen van onderzoek op dit gebied. Ze werken vanuit zes principes om nieuwe software te ontwikkelen en bestaande aan te passen.

We zijn in deze blog dieper ingegaan op de eerste twee principes: koolstof- en energie-efficiëntie. Beide hebben hetzelfde doel voor ogen: een lager energieverbruik om CO2-uitstoot te verminderen. Voor software-ingenieurs zijn er twee mogelijkheden om dit te doen: het verminderen van statisch stroomverbruik bij inactiviteit (maak gebruik van de energiebesparende modus) en het optimaliseren van het gebruik van reken- en geheugencapaciteit tijdens actief gebruik.

In de volgende blog gaan we dieper in op de principes van CO2-bewustzijn en de opties die hiermee samenhangen.

------------------------------------------------------------

Blogserie

Deze blogpost is onderdeel van een serie blogposts over Green IT geschreven in opdracht van de gelijknamige netwerkgroep van het Netwerk Digitaal Erfgoed (NDE). Deze netwerkgroep monitort de ontwikkelingen rondom Green IT en de impact van de voortschrijdende digitalisering op het klimaat. Specifiek wordt daarbij gekeken naar de (toenemende) digitalisering binnen de erfgoedsector. Eerder verschenen in deze blogserie

Eerder verschenen in deze blogserie

Thema: Introductie Green IT

1 De dubbele rol van IT in duurzaamheid

2. De noodzaak van een duurzaamheidskader voor de erfgoedsector

Thema: Dataopslag

3. De digitale databerg

4. De verborgen impact van cloudopslag

5 1% van alle data ter wereld bewaren – wat kost dat aan CO2-uitstoot?

6 De zoektocht naar duurzame alternatieven voor disks en tapes

7 Dataopslag in synthetisch DNA: coderen en decoderen in geheimschrift

8 Dataopslag in atomen: sciencefiction of toekomstige realiteit?

9 Dataopslag in glas: Superman is alvast vereeuwigd

-----------------------------------------------------------------

Gebruikte bronnen:

(1) Afkomstig van de website van de Green Software Foundation: https://greensoftware.foundation/articles/what-is-green-software

(2) In zijn podcastserie ‘World Wide Waste’ interviewt Gerry McGovern (tevens auteur van het gelijknamige boek) Hannah Smith over ‘The Hidden Weight of code’. Zij gaan onder andere in op de verwarring die ontstaat als we alleen zouden spreken over software-ontwikkelaars.

(3) Green Software Foundation, 'Free learning course: Green Software Practitioner', te vinden op https://learn.greensoftware.foundation

(4) Deze principes worden gedeeld door Microsoft die ook een gratis cursus hebben ontwikkeld die eveneens deze principes behandelt. Deze training is te volgen via https://learn.microsoft.com/en-us/training/modules/sustainable-software-engineering-overview/ Met name de korte uitlegvideo’s in de cursus bieden een grote toegevoegde waarde.

(5) Centraal Bureau voor de Statistiek, ‘Aandeel hernieuwbare elektriciteit met 20% gestegen in 2022’, gepubliceerd op de website van het CBS op 6 maart 2023.

(6) United Consumers, 'Stroomverbruik computer: Dit is wat uw computer jaarlijks verbruikt'. Laatst geraadpleegd op 23 november 2023.

(7) RVO, 'Energie besparen datacenters', gepubliceerd op 17 mei 2021.