Ob Wälder, Böden und Moore. Meere, Flüsse, Auen und andere Gewässer. Ob naturnahe Grünflächen in der Stadt und auf dem Land. Sie alle haben eines gemeinsam: Sie nehmen Kohlenstoffdioxid (CO₂) aus der Atmosphäre auf und speichern es langfristig.

All diese unterschiedlichen Lebensräume bilden Ökosysteme und werden deshalb als CO₂-Senken bezeichnet. Durch diese Fähigkeit können sie erheblich zum Klimaschutz beitragen.

Ökosysteme

Ökosysteme entstehen durch das Zusammenspiel von:

  • Lebewesen (z. B. Pflanzen, Tiere, Menschen, Pilze und Mikroorganismen)
  • Unbelebte Elemente (z. B. Luft, Wasser, Zusammensetzung des Bodens, Temperatur und Licht)

Durch die Wechselwirkungen zwischen belebten und unbelebten Komponenten entstehen unterschiedliche Ökosysteme, wie z. B. Wälder, Wiesen, Moore oder Gewässer.

Illustration: Drei Polaroid Fotos von verschiedenen Ökosystemen.


Kohlenstoffdioxid (CO₂)

CO₂ (Kohlenstoffdioxid) ist ein sogenanntes Treibhausgas. Treibhausgase nehmen Wärmestrahlung von der Erde auf und geben sie in alle Richtungen wieder ab – auch zurück zur Erdoberfläche. Dadurch erwärmt sich die Erde.

Dieser natürliche Treibhauseffekt ist eine wichtige Voraussetzung für das Leben auf der Erde. Durch menschliche Aktivitäten, insbesondere das Verbrennen von Erdöl, Erdgas und Kohle, steigt der CO₂-Gehalt in der Atmosphäre jedoch stark an. Dadurch verstärkt sich der Treibhauseffekt und das Klima der Erde erwärmt sich immer weiter. Das bezeichnet man als menschengemachten Klimawandel.



Was ist Natürlicher Klimaschutz?

Natürlicher Klimaschutz bedeutet, die Natur zu unserer Verbündeten zu machen und durch ihren Erhalt und ihre Wiederherstellung das Klima zu schützen.

Aber warum sind intakte Ökosysteme so wichtig für den Klimaschutz?

  • Klimaschutz: Wie bereits beschrieben, nehmen intakte Ökosysteme viel CO₂ aus der Atmosphäre auf und speichern es langfristig (CO₂-Senken). Werden sie zerstört, gelangt das teilweise über tausende von Jahren gebundene CO₂ wieder zurück in die Atmosphäre. Deshalb stellen der Schutz und die Wiederherstellung der Natur einen so wichtigen Beitrag zum Klimaschutz dar.
  • Artenvielfalt: Intakte Ökosysteme bieten Lebensraum für viele verschiedene Tier- und Pflanzenarten. So helfen sie dabei, die biologische Vielfalt auf der Erde zu erhalten. Diese Vielfalt ist Grundlage allen Lebens – auch unseres: Beispielsweise halten Kleinstlebewesen die Böden fruchtbar und Insekten bestäuben viele Nahrungspflanzen.
  • Klimavorsorge: Viele Auswirkungen der Klimakrise spüren wir bereits heute: Hitzewellen und Dürren, ebenso wie Starkregen und Überschwemmungen. Die Natur hilft uns, uns besser auf diese Folgen vorzubereiten. Gesunde Wälder, Moore und Auen speichern z. B. Wasser in der Landschaft. Sie nehmen Wasser auf, halten es für trockene Zeiten zurück und können bei Hochwasser als Überschwemmungsflächen dienen. Ist der Boden jedoch versiegelt, also luft- und wasserdicht verschlossen, verliert er diese Fähigkeiten.

Quelle: Bundesumweltministerium: Aktionsprogramm Natürlicher Klimaschutz – Kurzfassung

Im Jahr 2023 hat die Bundesregierung das Aktionsprogramm Natürlicher Klimaschutz beschlossen. In diesem wurden zehn Handlungsfelder festgelegt, in denen Natürlicher Klimaschutz stattfinden soll.

Unter diesem Link findet ihr das gesamte Aktionsprogramm Natürlicher Klimaschutz:
Bundesumweltministerium: Aktionsprogramm Natürlicher Klimaschutz



Handlungsfelder des Aktionsprogramms Natürlicher Klimaschutz



Was ist Künstliche Intelligenz?

Künstliche Intelligenz (KI) ist ein Teilgebiet der Informatik.

Das Besondere an Künstlicher Intelligenz ist, dass sie Aufgaben eigenständig bearbeiten und lösen kann, ohne dass jeder einzelne Schritt von einem Menschen programmiert werden muss.

Maschinen, die KI benutzen, können …

  • … ihre Umgebung beobachten,
  • … aus Erfahrungen lernen,
  • … und basierend auf dem, was sie gelernt haben, Entscheidungen treffen.

Das Ziel der Entwicklung Künstlicher Intelligenz ist es, Maschinen zu entwickeln, die menschliche Intelligenzmerkmale nachahmen können, wie z. B.

  • Lernen
  • Mustererkennung
  • logisches Denken
  • Problemlösung
  • Sprache und Kreativität

Ihr kennt euch noch nicht so gut mit KI aus und möchtet in der Tiefe verstehen, wie sie eigentlich funktioniert? Dann besucht unseren Grundlagenkurs Künstliche Intelligenz. Dort erfahrt ihr, was sich genau hinter dem Begriff „Künstliche Intelligenz“ verbirgt, wie Maschinen lernen und welche Chancen und Risiken der Einsatz von KI mit sich bringt.



Welche Rolle können Daten und KI im Natürlichen Klimaschutz spielen?

Künstliche Intelligenz ist in den letzten Jahren immer mehr in unseren Alltag eingezogen. Auch im Umwelt- und Naturschutz spielt sie inzwischen eine wichtige Rolle.

Der Einsatzbereich von KI im Natürlichen Klimaschutz ist sehr vielfältig. Generell kann man sie aber in drei Kategorien einteilen: entdecken, langfristig beobachten und vorhersagen.

Lest euch die folgenden Beispiele durch und ordnet sie den verschiedenen Einsatzbereichen von KI im Natürlichen Klimaschutz zu.



Künstliche Intelligenzen für den Natürlichen Klimaschutz

Es gibt zahlreiche Initiativen und Forschungsprojekte, die sich zum Ziel gesetzt haben, KI-Modelle zu entwickeln, die bei der Bewältigung ökologischer Herausforderungen helfen können.

Im Folgenden möchten wir euch drei Projekte vorstellen, die sich für den Erhalt und die Wiederherstellung unserer Natur einsetzen.

Im Projekt SEAGUARD wird künstliche Intelligenz genutzt, um herauszufinden, wo Seegraswiesen in der Ostsee gut wachsen könnten.

Dabei schaut die KI auf verschiedene Daten:

  • bereits existierende Berechnungen
  • Satellitenbilder und Luftaufnahmen
  • Messwerte, wie z. B. die Trübung des Wassers

Das Ziel ist es, Seegras gezielt dort anzusiedeln, wo es auch in Zukunft gut überleben kann.

Quelle: Zukunft – Umwelt – Gesellschaft: KI-Leuchttürme für Umwelt, Klima, Natur und Ressourcen – SEAGUARD

Im Projekt BoTiKI wird ein KI-System entwickelt, das untersuchen soll, inwieweit die Vielfalt von Organismen, die im Boden leben, mit Treibhausgasen zusammenhängt.

Dafür werden im Rahmen des Projektes Bilderkennung und DNA-Analysen miteinander kombiniert. Auf Basis der erhobenen Daten analysiert eine KI, wie die Artenvielfalt des Bodens den Austausch von Treibhausgasen beeinflusst. So kann sie Vorhersagen über Veränderungen im Boden treffen. Das entstandene Wissen soll zukünftig genutzt werden, um die Gesundheit verschiedener Böden zu verbessern und um Treibhausgasemissionen zu verringern.

Quelle: Zukunft – Umwelt – Gesellschaft: KI-Leuchttürme für Umwelt, Klima, Natur und Ressourcen – BoTiKI

Im Projekt KI-Nationalpark wird ein KI-basiertes Monitoringsystem für Deutschlands Nationalparks entwickelt.

Mit verschiedenen Sensoren (u. a. Kameras, Audioaufnahmegeräte, Thermometer) werden Daten zu Wildtieren, Klima, Artenvielfalt und Besucherzahlen erfasst. Die KI wertet diese großen Datenmengen aus und erkennt Zusammenhänge zwischen Klimawandel, Biodiversität und menschlicher Nutzung der Nationalparks.

Ziel ist es, Nationalparks besser zu schützen, zum Beispiel durch die Steuerung von Besucherströmen oder gezieltes Wildtiermanagement. Das Projekt trägt so dazu bei, Rahmenbedingungen zu schaffen, damit sich Wälder möglichst naturnah entwickeln können und widerstandsfähiger gegenüber Klimaveränderungen werden.

Quelle: Zukunft – Umwelt – Gesellschaft: KI-Leuchttürme für Umwelt, Klima, Natur und Ressourcen – KI Nationalpark



Chancen, Grenzen und Wege zu einer nachhaltigeren KI im Natürlichen Klimaschutz

KI bietet im Natürlichen Klimaschutz viele Möglichkeiten – aber wie jede Technologie bringt sie auch Risiken mit sich. Ihr Einsatz ist mit direkten und indirekten Umweltauswirkungen verbunden, die es lohnt, genauer zu betrachten.

Große KI-Modelle benötigen für Entwicklung, Training und Nutzung sehr viel Energie. Wird diese Energie aus fossilen Brennstoffen (z. B. Gas und Kohle) gewonnen, entsteht dabei viel CO₂. 

Es gibt jedoch Wege, diese Emissionen zu reduzieren:

  • Erneuerbare Energien nutzen
  • Energieeffizientere Algorithmen entwickeln
  • Kleine, spezialisierte KI-Modelle bevorzugen

Je enger die Aufgabe einer KI definiert ist, desto energieeffizienter kann sie arbeiten. Ein gutes Beispiel hierfür ist die KI im Projekt „Robbenblick": Die KI-Bilderkennung erkennt ausschließlich Robben. Für andere Aufgaben ist sie nicht trainiert. Durch diese Einschränkung arbeitet die KI energieeffizienter als allgemein trainierte Modelle.

Quelle: https://www.ki-ideenwerkstatt.de/robbenblick/

Rechenzentren verarbeiten und speichern große Mengen digitaler Daten. Diese werden nicht nur für KI-Anwendungen, sondern für alle Arten der Internetnutzung benötigt. Dabei entsteht viel Wärme, die durch verschiedene Kühlverfahren abgebaut werden muss. In vielen Rechenzentren wird zur Kühlung Wasser eingesetzt. Der dabei entstehende Wasserverbrauch hängt stark von Standort, Kühltechnologie und Auslastung durch das Modell ab. Zum Beispiel wird geschätzt, dass bei der Nutzung eines Chatbots mit dem Modell GPT-3 für etwa 10 bis 50 Antworten ungefähr ein halber Liter Wasser verbraucht wird. 

Generell besteht noch zu wenig Transparenz über den tatsächlichen Wasserverbrauch vieler Rechenzentren. Dabei gibt es bereits konkrete Ansätze, den Verbrauch zu senken: effizientere Kühlsysteme und eine kluge Planung von KI-Trainings. Zum Beispiel können Rechenzentren an kühleren Standorten gebaut oder rechenintensive Berechnungen bevorzugt in den kühleren Stunden des Tages durchgeführt werden.

Quelle: Making AI Less “Thirsty”: Uncovering and Addressing the Secret Water Footprint of AI Models

KI braucht leistungsstarke Hardware (z. B. Prozessoren und Speichermedien). Deren Herstellung verbraucht Rohstoffe wie Kunststoffe, Metalle und seltene Erden. Viele dieser Rohstoffe sind nur begrenzt verfügbar. Und ihr Abbau ist oft mit erheblichen Belastungen verbunden – für die Umwelt und für die Menschen, die in Abbaugebieten arbeiten.
Deshalb lohnt es sich bei der Planung und Entwicklung einer KI, nicht nur deren Betrieb im Blick zu haben, sondern ihren gesamten Lebenszyklus: von der Herstellung der Hardware über die Nutzung bis zur Entsorgung. Entgegen dem Trend zu immer größeren Modellen gilt auch hier: Kleine, spezialisierte KI-Modelle verbrauchen weniger Ressourcen und können trotzdem wirkungsvoll sein. 

Darüber hinaus verpflichtet der EU AI Act Anbietende von Allzweck-KI-Modellen (KI-Modelle, die auf großen Datenmengen trainiert werden und daher einen hohen Energieverbrauch aufweisen), ihren Energie- und Ressourcenverbrauch offenzulegen. Ein wichtiger Schritt, um Transparenz und Verantwortung im KI-Bereich verbindlich einzufordern.

Quelle: https://digital-strategy.ec.europa.eu/en/faqs/navigating-ai-act?utm_source=chatgpt.com

Wenn Server, Prozessoren und andere Hardware ersetzt werden, entsteht Elektroschrott. Viele dieser Geräte enthalten umwelt- und gesundheitsgefährdende Stoffe wie Blei oder Quecksilber, die bei unsachgemäßer Entsorgung in die Umwelt gelangen und Mensch, Tier und Ökosysteme belasten können. Gleichzeitig gehen wertvolle Rohstoffe verloren, die eigentlich wiederverwendet werden könnten.

Längere Nutzungsdauer, Reparatur, Wiederverwendung und fachgerechtes Recycling sind konkrete Wege, um Elektroschrott zu reduzieren und Materialien zurückzugewinnen. Auch hier gilt: Wer den gesamten Lebenszyklus von KI-Hardware von Anfang an mitdenkt, kann die ökologischen Auswirkungen deutlich verringern.

Der Umgang mit all diesen Umweltrisiken erfordert sorgfältige Abwägungen: Wie können wir moderne Technologien zum Erhalt von Ökosystemen nutzen und gleichzeitig direkte und indirekte Umweltauswirkungen möglichst gering halten?



Was ich selbst tun kann: KI bewusst nutzen

Neben technischen und politischen Ansätzen gibt es auch auf der persönlichen Ebene konkrete Möglichkeiten, KI bewusster und ressourcenschonender einzusetzen. Folgende Dinge kann jede und jeder beim Einsatz von KI berücksichtigen:

Braucht es für diese Aufgabe wirklich KI? Oder reicht eine einfachere Lösung?
Präzise Anfragen liefern schneller gute Ergebnisse und verbrauchen weniger Rechenleistung als viele Versuche. Kleine, spezialisierte Tools bevorzugen: Wer ein KI-Tool nur für eine bestimmte Aufgabe braucht, muss kein großes Allzweckmodell nutzen.
Wenn möglich, KI-Anwendungen direkt auf dem Gerät nutzen. Das spart den Weg über energieintensive Rechenzentren.
Manche KI-Anbietenden legen offen, dass ihre Rechenzentren mit erneuerbaren Energien betrieben werden. Das kann ein Kriterium bei der Auswahl einer KI sein.