Groene software: Meer doen als de energie schoner is

Dit is blog 11 in de blogreeks over Green IT.

Hoewel het aandeel groene energie in Nederland stijgt, komt momentel slechts 40 procent van onze energie uit duurzame bronnen (1). Het grootste deel wordt nog steeds opgewekt door fossiele brandstoffen, oftewel ‘grijze stroom’. Groene energie is niet altijd in dezelfde mate beschikbaar en afhankelijk van de weersomstandigheden. Het derde principe van groene software richt zich op creatieve oplossingen om vraag en aanbod beter op elkaar af te stemmen.

Principe 3 - CO2 bewustzijn (2)

Als je bewust bent van CO2, stem je je werkzaamheden af op momenten dat er veel groene energie beschikbaar is. Vergelijk het met vroeger toen we de was 's nachts draaiden vanwege het lagere tarief. Tegenwoordig is het juist beter om je wasmachine overdag aan te zetten wanneer er meer groene energie beschikbaar is door zon en wind. Dit geldt ook voor het gebruik van ICT. Door bewust te bepalen wanneer je welke ICT-werkzaamheden uitvoert, kun je je CO2-uitstoot verminderen. Hoe werkt dat?

Let op de CO2-intensiteit

Om dit goed te begrijpen is het belangrijk om uit te leggen wat CO2-intensiteit is. Deze meeteenheid geeft aan hoe schoon onze elektriciteit is en verwijst naar het aantal gram CO2 dat wordt uitgestoten om een kilowattuur (kWh) elektriciteit te produceren. (3) Om dit te verduidelijken gebruik ik onderstaande grafiek, die te vinden is op de website van de Green Software Foundation.

In deze grafiek zie je hoe de energiemix gedurende de dag is samengesteld. In de vroege ochtend, als er nog niet veel zon is, maar het energieverbruik hoog, is het aandeel grijze stroom van kolen en gas hoger dan het aandeel zonne- en windenergie. Naarmate de dag vordert en het energieverbruik afneemt (tot de grijze stippellijn), is er wel zonne- en windenergie beschikbaar.

Een elektriciteitscentrale kun je niet aan en uit zetten. Om die reden is er altijd een klein aandeel grijze stroom aanwezig, zoals te zien is in de tabel midden op de dag. Zie het als een soort waakvlam in je boiler. Als de vraag stijgt en de groene energie afneemt, schaalt de grijze elektriciteitscentrale op door meer te produceren.

Omdat we (nog) niet in staat zijn om zonne- en windenergie grootschalig op te slaan, zie je dat het overschot aan energie boven de stippellijn wordt afgevoerd. Later op de dag, wanneer het energieverbruik weer toeneemt (tot aan de stippellijn), wordt er minder boventallige energie afgevoerd. Op dat moment neemt het percentage windenergie in de energiemix toe. Zo wisselt de CO2-intensiteit gedurende de dag.

Als we dit naar de erfgoedsector vertalen, zou bijvoorbeeld het trainen van beeldherkenningssoftware idealiter plaatsvinden op dagen met veel zon en wind. Hetzelfde geldt voor het migreren van grote hoeveelheden data, het uploaden van grote bestanden naar het e-depot, of het uitvoeren van fixity checks die relatief veel energie vergen om de integriteit van bestanden te controleren.

Website alleen beschikbaar als de zon schijnt

Iemand die hier heel ver in gaat is de Belgische Kris De Decker, oprichter en auteur van ‘Low-Tech Magazine’. Zijn internetpublicatie verschijnt in verschillende talen en draait volledig op zonne-energie. Op zijn balkon in Barcelona staat een zonnepaneel dat de energie levert voor de website. Schijnt de zon niet, dan gaat de website op zwart. In de bovenhoek van de site zie je de weerscondities in Barcelona en de resterende energie in de batterij, die als backup energievoorziening fungeert. (4)

Demand shifting – het verplaatsen van de vraag

Wanneer het aandeel groene stroom lager is dan het aandeel grijze stroom, overweeg dan je werkzaamheden en daarmee je vraag naar elektriciteit te wijzigen. Dit kan op twee manieren. Je kunt je werkzaamheden verplaatsen naar een andere geografische locatie of je kunt het tijdstip van je werkzaamheden aanpassen. Hieronder worden beide opties uitgelegd.

Geografische locatie

De koolstofintensiteit varieert per regio. Via organisaties als ElectricityMaps en WattTime (5) kun je ontdekken in welke regio’s ter wereld het aandeel groene stroom het hoogst is. Vervolgens kun je ervoor kiezen om je computertaken niet lokaal uit te voeren maar op een andere geografische locatie. Zo kun je bijvoorbeeld ’s nachts, wanneer er geen zonne-energie beschikbaar is, je taken laten uitvoeren in een datacenter dat draait op groene energie en waar op dat moment wél de zon schijnt.

Dit principe van geografische locatie kun je ook goed inzetten bij het trainen of uitvoeren van kunstmatige intelligentie. Wil je dit in de donkere wintermaanden doen, overweeg dan om dit te doen in een datacentrum dat zich bevindt in een gebied staat waar veel zonne-energie beschikbaar is.

Tijdstip

Als uitwijken naar een andere geografische locatie geen optie is, kun je kijken of je de computertaken op een ander tijdstip kunt laten uitvoeren. Mogelijk is het later op de dag zonniger of waait het harder ’s nachts, wat de koolstofintensiteit van de elektriciteit vermindert. Betrouwbaardere weersvoorspellingen maken het mogelijk deze factoren mee te nemen bij het plannen van je activiteiten.

Ook grote techbedrijven, zoals Google met zijn Carbon Aware Datacenters, benutten het CO2-bewustzijn. Google heeft modellen ontwikkeld om de koolstofintensiteit en de werkbelasting voor de volgende dag te voorspellen. Hierdoor kunnen ze grootschalige taken uitvoeren op het moment dat de koolstofintensiteit het laagst is, zonder nadelige gevolgen voor de productie. Microsoft past een vergelijkbare aanpak toe voor duurzaamheid van Windows 11, waarbij updates worden ingepland wanneer de koolstofintensiteit minimaal is.

De Green Software Foundation werkt aan een handig hulpmiddel: de Carbon Aware SDK. (6) Met deze tool kun je software ontwikkelen die draait op locaties met de hoogste hoeveelheid groene energie.

Demand shaping: zorgen dat de vraag aansluit bij het aanbod

Bij het aanpassen van locatie of tijdstip stem je de vraag af op het aanbod van energie, maar het kan ook andersom. Je kunt ervoor kiezen om de vraag aan te passen aan de koolstofintensiteit (het aanbod). Hierbij verhoog je de vraag door meer activiteiten uit te voeren op het moment dat de koolstofintensiteit laag is, terwijl je minder activiteiten uitvoert op momenten van hoge koolstofintensiteit.

De ecomodus, bekend van toepassingen zoals auto's en wasmachines, kan worden ingeschakeld wanneer de koolstofintensiteit hoog is. Op dat moment offer je een deel van de prestaties op om minder hulpbronnen te verbruiken. Bijvoorbeeld, als de bandbreedte volledig wordt benut, kan de bezoeker van je website bepaalde foto's niet te zien krijgen.

Een ander voorbeeld uit de dagelijkse praktijk is de automatische aanpassing van streamingkwaliteit in videoconferentiesoftware. In plaats van constant te streamen op de hoogst mogelijke kwaliteit (resolutie), past de software de videokwaliteit aan en wordt prioriteit gegeven aan audio. Dit gebeurt wanneer de bandbreedte laag is als gevolg van gelijktijdig gebruik door veel mensen van het internet.

Streven naar eenvoud

Demand shaping is gerelateerd aan een breder duurzaamheidsconcept, namelijk het verminderen van consumptie. Hoewel we veel kunnen bereiken door bewuster om te gaan met energiebronnen, hebben we op een gegeven moment de verantwoordelijkheid om daadwerkelijk minder te gebruiken.

Het is belangrijk om ook de verwachtingen van eindgebruikers te temperen. Is een uitlegvideo op je website echt nodig, of zou een schriftelijke of gesproken instructie met minder CO2-impact volstaan? Moet elke webpagina een afbeelding in hoge resolutie bevatten, of is een lichtere afbeelding, of zelfs geen afbeelding, ook voldoende? In de laatste blogserie van deze Green IT-reeks zullen we dieper ingaan op deze gebruikersdilemma's.

Het gebruik van zo schoon mogelijke code

Het streven naar eenvoud geldt met name voor softwarecode. Het programmeren van software is door de jaren heen sterk veranderd door de toegenomen snelheid van processoren en de beschikbaarheid van meer geheugen, waardoor er vrijwel geen beperkingen meer zijn voor softwareontwikkelaars (7).

Dit staat in contrast met computerprogramma’s van pakweg tien tot twintig jaar geleden, waarbij programmeurs heel bewust moesten programmeren om te voorkomen dat hun software te zwaar was en daardoor de gebruikerservaring werd benadeeld (traag reageren, langzaam laden et cetera). Hoewel deze beperkingen soms uitdagend waren, dwongen ze programmeurs om heel nauwkeurig te coderen, resulterend in energiezuinigere code.

Nu de mogelijkheden om software te programmeren legio zijn geworden, valt op dat er nu vaak ‘slordiger’ wordt geprogrammeerd. Dit komt ook door de snelheid waarmee software wordt ontwikkeld. Als er meer tijd zou worden genomen voor preciezer programmeren, zou dat leiden tot een lager energieverbruik. Het is ook niet meer per se noodzakelijk om een bepaalde computertaal te kennen. Hierdoor is de gebruikte code vaak ‘vervuild’ met overbodige elementen, wat resulteert in een hoger energieverbruik dan nodig is.

An Archive of Awesome and Dark Tactics

Vanuit de softwarecommunity zijn er verschillende initiatieven ontstaan om groene code te ontwikkelen en te delen. Onderzoekers van de Vrije Universiteit Amsterdam hebben bijvoorbeeld het Archive of Awesome and Dark Tactics gelanceerd, een online archief voor duurzame softwareontwikkeling. Dit archief is vrij toegankelijk voor iedereen en gebaseerd op open source-principes. Het heeft als doel om te informeren, te inspireren en best practices te delen met iedereen die betrokken is bij de transitie naar digitale duurzaamheid. (8)

Ook de Green Software Foundation heeft een catalogus op zijn website met softwarecodes die helpen om de uitstoot van software te beperken (specifiek ook met een link naar artificial intelligence). (9)

Een ander waardevol initiatief is te vinden op de website van de Green Web Foundation. Zij hebben tools ontwikkeld om de uitstoot van software te meten, waaronder CO2.js, een script waarmee je de uitstoot van apps, websites en software kunt inschatten met behulp van een JavaScript-bibliotheek. Daarnaast bieden ze Grid Intensity CLI aan waarmee je kunt meten hoe koolstofintensief de softwarecode is die je draait. (10)

Een energielabel voor software?

Wanneer je dit zo leest, lijkt het logisch dat er een energielabel zou zijn voor softwareproducten. Dan pas kun je als gebruiker kiezen voor het meest energiezuinige product. Helaas is dit binnen de softwarebranche niet haalbaar. Er zijn simpelweg te veel variabelen anders dan puur de code die invloed hebben op het energieverbruik van software. Dit vertelt Bernard van Gastel, universitair docent duurzame digitalisering aan de Radboud Universiteit, in een webinar van de vakvereniging KNVI. (10)

Het energieverbruik van software hangt te sterk af van het gebruik, en niet iedereen gebruikt zijn of haar computer op dezelfde manier. Bernard geeft aan dat hij niet zou weten hoe je een energielabel maakt voor Word of Excel. Zelfs bij een energielabel voor koelkasten zien we al zeven verschillende labels, omdat het energieverbruik van een Amerikaanse koelkast heel anders is dan van een tafelkoelkast.

Software is zo generiek vergeleken met koelkasten dat het toekennen van een label onmogelijk wordt. Als je dat wel zou willen doen, moet je specifiek kijken naar hoe de gebruiker de software benut (soms wordt software met een bepaald doel voor ogen ontwikkeld maar wordt het door gebruikers voor een heel ander doel toegepast), hoe intensief het wordt gebruikt en met welke hardware de software draait. Je zult dus altijd specifiek naar jouw situatie moeten kijken om het energieverbruik van je software terug te brengen.

Conclusie

In deze blog hebben we gezien dat het verminderen van CO2-uitstoot nauw samenhangt met het zorgvuldig beoordelen van het elektriciteitsaanbod. [5] Is er meer grijze dan groene stroom beschikbaar, dan kun je kiezen voor het verplaatsen van je vraag (demand shifting). Dit kun je doen door je workload te verplaatsen naar een andere geografische locatie of te verrichten op een ander tijdstip.

Een andere optie is om de vraag aan te passen aan het aanbod van groene stroom op dat specifieke moment. Dit heet ‘demand shaping’. Bijvoorbeeld, wanneer de vraag hoog is, kan je de kwaliteit van je videoconferentie verminderen, waardoor deze minder energie verbruikt dan wanneer de vraag lager is.

Tot slot hebben we gezien dat voor een aanzienlijke vermindering van CO2-uitstoot je specifiek naar de softwarecode moet kijken om te zien of er geen onnodige code wordt gebruikt die het energieverbruik verhoogt. Helaas lukt dit niet door energielabels aan software toe te kennen, maar zul je steeds specifiek naar de situatie moeten kijken om te bepalen welke verbeterpunten mogelijk zijn. In de volgende blog kijken we naar het vierde principe van groene software: hardware-efficiëntie.

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

Thema: Groene Software

10 Groene software: minder energie = minder CO2-uitstoot

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

Gebruikte bronnen:

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

(2) Deze uitleg is gebaseerd op de uitleg in de Green Practitioner-course van de Green Software Foundation.

(3) Nationalgrid, ‘What is carbon intensity?’.

(4) De website van Kris De Decker vind je op https://solar.lowtechmagazine.com/. Zijn nieuwsbrief LowTechMagazine is overigens ook een aanrader als je interesse hebt in duurzaamheid en efficiëntere omgang met elektriciteit. De uitleg over de werking en het verbruik van de op zonne-energie gebaseerde websie van Low Tech Magazine vind je op https://solar.lowtechmagazine.com/power/.

(5) ElectricityMaps, een app die je inzicht geeft in de klimaatimpact van energie voor verschillende landen wereldwijd. WattTime levert elektriciteitsnetgerelateerde gegevens via een API aan haar partners om emissiereducties https://watttime.org/.

(6) De Carbon Aware SDK is beschikbaar op Github: https://github.com/Green-Software-Foundation/carbon-aware-sdk.

(7) Pang, C. e.a., ‘What do programmers know about the energy consumption of software?’, beschikbaar via Reserachgate. Laatst bezocht 12 december 2023.

(8) Vrije Universiteit Amsterdam, ‘Open Archief voor groene software om transitie te versnellen’ gepubliceerd op hun website op 29 augustus 2022. Het archief zelf kun je bezoeken via https://s2group.cs.vu.nl/AwesomeAndDarkTactics/.

(9) De catalogus ‘Green Software Patterns’ is te vinden op https://patterns.greensoftware.foundation/.

(10) CO2.js en Grid Intensity CLI kun je vinden op: https://www.thegreenwebfoundation.org/tools/#carbon-metrics.

(11) Het webinar ‘Super Tuesday: Green IT’ waarin Bernard van Gastel te gast was op 7 november 2023 is terug te kijken via https://www.knvi.nl/kenniscentrum-artikel/2023/11/09/Terugkijken-KNVI-Super-Tuesday-7-november-2023-Green-IT.