Künstliche Intelligenz für Nachhaltigkeit: Einsatzmöglichkeiten und Herausforderungen im deutschen öffentlichen Sektor und der Verwaltung

In einer Zeit, in der der Klimawandel und Umweltprobleme immer drängender werden, ist es von entscheidender Bedeutung, nachhaltige Lösungen und Praktiken zu fördern. Künstliche Intelligenz (KI) hat das Potenzial, eine entscheidende Rolle bei der Bewältigung globaler Umweltprobleme zu spielen. In diesem Beitrag werden Anwendungen von KI in Bereichen wie Energieeffizienz, Klimamodellierung, Naturschutz und Abfallreduktion untersucht. Dabei wird auf die Umsetzung dieser Thematik im deutschen öffentlichen Sektor und der Verwaltung in der Zukunft eingegangen. Besonderes Augenmerk liegt auf den möglichen Vorteilen und Herausforderungen bei der Nutzung von KI zur Lösung dieser Probleme sowie Strategien, um sicherzustellen, dass KI-getriebene Lösungen verantwortungsbewusst entwickelt und eingesetzt werden.


I. Energieeffizienz

Die Verbesserung der Energieeffizienz ist ein zentrales Element der deutschen Energiewende. KI kann hierbei eine entscheidende Rolle spielen, indem sie beispielsweise den Energieverbrauch von Gebäuden optimiert oder den Einsatz erneuerbarer Energien steuert. Im öffentlichen Sektor könnten KI-gestützte Technologien dazu beitragen, den Energieverbrauch von Verwaltungsgebäuden zu reduzieren, indem sie die Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen (HLK) intelligenter steuern. Zudem könnten KI-basierte Prognosemodelle den Einsatz von erneuerbaren Energien in der öffentlichen Infrastruktur optimieren.

Dies wird bereits in Berlin an privaten Haushalten erprobt. So werden im Rahmen des Schaufensterprojekts WindNODE maschinelle Lernalgorithmen eingesetzt, um die Beheizung in einem Berliner Quartier zu regeln. Das System erfasst mithilfe von Sensoren in den Wohnungen und Gebäuden, wann Bewohner zu Hause sind, und fährt dementsprechend die Heizung hoch. Dies soll bei einem bestens auf die Gewohnheiten der Bewohner eingestellten System zu Einsparungen von 20 bis 25 Prozent Energie führen. Ein solches Konzept könnte man auch in Verwaltungsgebäuden integrieren.

Auch Wissenschaftler der Hochschule Landshut arbeiten im Forschungsprojekt DENU an einer deutlichen Reduzierung des Energiebedarfs durch intelligente Vernetzung. Hierzu wurden beispielsweise in Hotels, Hallenbädern, Kläranlagen und Bürogebäuden Mess- und Steuerungsgeräte von den Forschern installiert und die gemessenen Daten mit bereits bestehenden Energie- und Gebäudeeffizienzmanagementsystemen zu einem ganzheitlichen System vernetzt. Diese werden von den Forschern unter Einsatz von Maschinellem Lernen analysiert und Algorithmen entwickelt, um eine Senkung des Energieverbrauchs durch die intelligente Steuerung der Gebäude herbeizuführen. Um abbilden zu können, wie effektiv Gebäude im Jahresvergleich betrieben werden, wurden Kennzahlen entwickelt. Außerdem wurden Stromtreiber, wie z.B. die Belüftung bei Kläranalagen, identifiziert und überlegt, wie diese optimiert werden können. Die generierten Daten können genutzt werden, um beispielsweise Prognosen und Modelle zur effektiven Nutzung von Überschussstrom aus regenerativer Energie unter Einbeziehung der Stadtwerke zu entwickeln.


II. Klimamodellierung

KI kann dazu beitragen, Klimamodelle genauer und effizienter zu gestalten, indem sie große Mengen an Klimadaten analysiert und Muster identifiziert.

Sie kann in der Lage sein, ein grobes Modell der Wolkenphysik nachzubilden, indem sie die Ergebnisse eines exakten Modells erlernt. Die Wolkenphysik ist wichtiger Bestandteil von Klimasimulationen. Hierdurch wird insgesamt ein effizienteres Klimamodell gewährleistet, welches sehr präzise Vorhersagen der Klimaveränderung an bestimmten Standorten ermöglicht. Bei ausschließlich physikalischen Simulationen ohne KI wäre dies überproportional zeit- und rechenaufwändig. KI kann räumlich höher aufgelöste Informationen liefern und Planungsentscheidungen unterstützen, welche zum Beispiel für eine gegen Extremereignisse zu schützende Infrastruktur nötig sind.

Für den öffentlichen Sektor in Deutschland bedeutet dies, dass KI-gestützte Klimamodelle genutzt werden könnten, um bessere Entscheidungen in Bezug auf Stadtplanung, Verkehrsmanagement und Infrastrukturentwicklung zu treffen. Dies ermöglicht es, die Auswirkungen von Maßnahmen auf das lokale und globale Klima besser abzuschätzen und somit nachhaltigere Entscheidungen zu treffen.


III. Naturschutz

Im Naturschutz können KI-Technologien dazu beitragen, bedrohte Tier- und Pflanzenarten besser zu schützen. KI bietet im Bereich des Naturschutzes nicht nur die Möglichkeit, Daten zur Häufigkeit und Verbreitung gefährdeter Tier- und Pflanzenarten besser zu analysieren, sondern ermöglicht auch, Vögel und Fledermäuse zu erkennen und zugleich als geeignete Schutzmaßnahme, Windenergieanlagen zu regulieren. Dadurch können Zusammenstöße vermieden und Artenschutz betrieben werden.

Außerdem kann sich durch den Einsatz von KI ableiten, welche Baumarten angepflanzt werden. Das Projekt Future Forest untersucht den Einsatz von KI bei der Waldzustandsanalyse, der Bewertung der zukünftigen Waldentwicklung und dem klimaangepassten Waldumbau. Eine KI-gestützte Einschätzung soll dann empfehlen, welche Baumarten oder Waldtypen sich an bestimmten Standorten für sogenannte Zukunftswälder am besten eignen.


IV. Abfallreduktion

Die Abfallreduktion ist ein weiterer wichtiger Aspekt im Kampf gegen Umweltverschmutzung und Klimawandel. KI kann dazu beitragen, Abfallströme besser zu managen und Recyclingprozesse zu optimieren. Im öffentlichen Sektor könnten KI-Systeme dazu beitragen, die Abfallentsorgung und -trennung zu verbessern, indem sie automatisierte Sortiersysteme für Wertstoffhöfe entwickeln oder die Routenplanung für Müllfahrzeuge optimieren.

So könnte KI beispielsweise in Form "intelligenter Mülleimer" eingesetzt werden, um Abfallbehörden zu informieren, wenn die Mülltonnen voll sind. Hierdurch können die Abfuhrrouten optimiert, der Arbeitsaufwand reduziert und Kraftstoff gespart und in der Folge Sauberkeit gewahrt werden.

Auch kann KI in der Müllsortierung und folglich im Bereich des Recyclings eingesetzt werden. Die Müllsortierung erfolgt üblicherweise durch menschliche Arbeit sowie mechanische, stumme Maschinensortierung. Eine KI-Müllsortierung verbunden mit Robotik kann die Geschwindigkeit und Genauigkeit der Müllsortierung optimieren. Im Gegensatz zur menschlichen Arbeit kann ein KI-gesteuerter Roboter fähig sein, stundenlang bei gleichbleibendem Tempo zu arbeiten, so dass die Sortierung über einen längeren Zeitraum gewährleistet werden kann. Dabei kann die KI-gestützte Abfallerkennung ebenso genau sein wie das menschliche Auge.

Indem KI die Abfallsortierung optimiert, erhöht sie die Recyclingquoten etwa von Kunststoffen, Textilien oder Gewerbeabfällen. So kann die Kreislaufwirtschaft mittels KI umwelt- und ressourcenschonender werden.


V. Herausforderungen und verantwortungsvoller Einsatz von KI

Trotz der vielversprechenden Anwendungsmöglichkeiten von KI für Nachhaltigkeit gibt es auch Herausforderungen. Dazu gehören unter anderem die Gefahr von Diskriminierung und Bias in KI-Systemen, Datenschutzbedenken und der hohe Energieverbrauch von KI-Technologien selbst. Um KI verantwortungsbewusst einzusetzen, sollten Entwickler und Entscheidungsträger diese Herausforderungen aktiv angehen und Lösungen finden, die sowohl technische als auch ethische und gesellschaftliche Aspekte berücksichtigen. Ein wichtiger Aspekt verantwortungsbewusster KI-Anwendung ist die Zusammenarbeit über Disziplingrenzen hinweg. Die Entwicklung und Implementierung von KI-Lösungen für Nachhaltigkeit erfordert das Zusammenwirken von Experten aus verschiedenen Bereichen wie Informatik, Umweltwissenschaften, Sozialwissenschaften und Politik. Nur durch eine interdisziplinäre Zusammenarbeit können die komplexen Herausforderungen, die sich aus der Nutzung von KI für Nachhaltigkeit ergeben, effektiv angegangen werden.

Zudem stellt der hohe Energieverbrauch von KI-Technologien selbst eine weitere Herausforderung dar. Die Anwendung von KI geht mit einem hohen Strom- und Ressourcenverbrauch einher. Hinter jedem KI-Einsatz birgt sich eine physische Infrastruktur aus Hardware, Rechenzentren und Datenübertragungsnetzen, die der KI einen ökologischen Fußabdruck verleiht. Aus diesem Grund sind Risiken sowie negative direkte und indirekte Umwelteinwirkungen eines hohen Energie- und Ressourcenbedarfs durch KI zu beachten und zu minimieren.

Darüber hinaus ist es wichtig, langfristig zu denken und die potenziellen Auswirkungen von KI-Anwendungen auf zukünftige Generationen zu berücksichtigen. Dies bedeutet, dass politische Entscheidungsträger und Entwickler bei der Gestaltung und Implementierung von KI-Systemen nicht nur kurzfristige Ziele verfolgen sollten, sondern auch mögliche Langzeitfolgen für Umwelt, Gesellschaft und Wirtschaft berücksichtigen müssen. Ein weiterer wichtiger Aspekt ist die Transparenz und Nachvollziehbarkeit von KI-Systemen. Dies ist insbesondere im öffentlichen Sektor von Bedeutung, da hier Entscheidungen getroffen werden, die das Leben vieler Menschen direkt beeinflussen. Um sicherzustellen, dass KI-gestützte Lösungen verantwortungsbewusst eingesetzt werden, sollten Entscheidungsträger und Entwickler darauf achten, dass die verwendeten KI-Systeme transparent, nachvollziehbar und im Einklang mit geltenden ethischen und rechtlichen Rahmenbedingungen stehen.


VI. Fazit

Künstliche Intelligenz bietet großes Potenzial, um Nachhaltigkeit in verschiedenen Bereichen wie Energieeffizienz, Klimamodellierung, Naturschutz und Abfallreduktion zu fördern. Insbesondere im deutschen öffentlichen Sektor und der Verwaltung gibt es viele Möglichkeiten, KI-Technologien einzusetzen und so einen Beitrag zur Bewältigung globaler Umweltprobleme zu leisten.

Um sicherzustellen, dass KI-gestützte Lösungen verantwortungsbewusst entwickelt und eingesetzt werden, sollten jedoch auch die Herausforderungen und Risiken, die mit der Nutzung von KI einhergehen, beachtet werden. Dazu gehört insbesondere die Förderung von interdisziplinärer Zusammenarbeit, langfristigem Denken und Transparenz.

Insgesamt zeigt sich, dass Künstliche Intelligenz ein vielversprechendes Instrument sein kann, um den Weg zu einer nachhaltigeren Zukunft zu ebnen. Durch verantwortungsbewussten Einsatz und Zusammenarbeit über Disziplingrenzen hinweg kann KI dazu beitragen, Umweltprobleme effektiver zu bewältigen und eine nachhaltigere Zukunft für kommende Generationen zu gestalten.


Über den Autor    

Dennis Hillemann ist Fachanwalt für Verwaltungsrecht und Partner im Verwaltungsrecht (vor allem Verwaltungsprozessrecht) im Hamburger Büro von Fieldfisher. Er berät Unternehmen und den öffentlichen Sektor, vor allem in komplexen Rechtsfragen des Öffentlichen Rechts und bei Streitigkeiten.