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24.04.1992 - 

State of the Art: Von der Praxis zum visionären Entwurf

Wirksamer Umweltschutz ohne Informationstechnik undenkbar

* Dr. rer. nat. Dipl.-Inform. Lorenz Hilty ist wissenschaftlicher Mitarbeiter im Fachbereich Informatik der Universität Hamburg. Die Forschungsschwerpunkte sind Computeranwendungen im Umweltschutz, Modellbildung und Simulation, Didaktik und Informatik.

Was leistet der Computer für die Umwelt? Noch vor einem Jahrzehnt hätte diese Frage jede Zuhörergruppe in zwei Lager gespalten: in das der einen, die die Sorgen um die Umwelt für ein Ergebnis von Panikmache halten, und das der anderen, die im Computer die Ausgeburt einer naturzerstörenden Entwicklung der Technik sehen.

Heute gibt es eine dritte Fraktion, die unvoreingenommen die Frage zu beantworten sucht, wie die Befriedigung gegenwärtiger und zukünftiger Bedürfnisse der Menschheit miteinander zu vereinbaren ist - denn dies zu beantworten ist die Kernfrage der Umweltproblematik. Ohne Informationstechnik wäre bereits der heute praktizierte Umweltschutz undenkbar: Umweltbehörden können die gesetzlich vorgeschriebene Luftüberwachung nur mit Hilfe computergestützter Meßnetze durchführen; kein geregelter Abgaskatalysator ist ohne Mikroprozessor, kein modernes Klärwerk ohne Prozeßrechner vorstellbar. Von der Wirtschaftskommission der UNO geplante Richtlinien über die Schadstoffbegrenzung werden mit Simulationsmodellen überprüft. Doch dies sind nur kleine Schritte, die der tatsächlichen Dynamik der Umweltprobleme zögerlich folgen. Die visionären Entwürfe für eine wirtschaftliche Entwicklung ohne Raubbau an der Natur, für eine Versöhnung von Technik und Ökologie, liegen noch in den Schubladen der Forschungsinstitute - sie warten auf noch schlechtere Zeiten.

Probleme erkennen und Belastungen überwachen

Eine Gesellschaft kann auf Umweltprobleme nur dann reagieren, wenn sie sie erkennt. Der größte Nutzen der Informationstechnik für den Umweltschutz besteht bisher darin, daß sie auf einige Umweltprobleme hingewiesen hat. Die erste Studie des Club of Rome von 1972 unter dem Titel "Die Grenzen des Wachstums" hätte wohl kaum so viel Beachtung gefunden, wenn nicht - wie es in der Untersuchung heißt - "erstmals die neuartigen Techniken der Systemanalyse und Computersimulation" genutzt worden wären, um "präzise Prognosen" zu stellen. Zwar weiß jeder Informatiker, daß ein Simulationsmodell in der Regel keine präzisen Prognosen erlaubt. Die qualitative Aussage ist dennoch richtig: Die Rohstoffvorräte der Erde sind begrenzt, die Aufnahmefähigkeit unserer natürlichen Umwelt für Schadstoffe ist es ebenfalls.

Auf vielen Gebieten wird der Computer eingesetzt, um Umweltbelastungen zu kontrollieren. Bestandteil dieses Umweltmonitoring sind automatisch arbeitende Meßnetze, wie sie von den meisten Umweltbehörden betrieben werden. In allen Belastungsgebieten der alten Bundesländer wird die Konzentration von Schwefeldioxid, Stickoxiden, Kohlenmonoxid, Ozon und weiteren Schadstoffen in der Luft kontinuierlich gemessen: Halbstündlich übermitteln die computergesteuerten Meßcontainer ihre Daten an die Meßnetzzentrale. Sie löst gegebenenfalls Smog-Alarm aus. Langfristig sollen diese Immissionsdaten mit Wirkungsdaten, zum Beispiel epidemiologischen Daten, in Beziehung gesetzt werden.

Das größte Luftmeßnetz ist das "Lufthygienische Überwachungssystem Bayern (LÜB)" mit 64 Meßstationen. Ähnliche Meßnetze dienen der Kontrolle der Wasserqualität in belasteten Flüssen wie dem Rhein und der Fernüberwachung von Kernreaktoren.

Neben diesen Verfahren der Fernüberwachung (Telemetry), bei denen sich ein Meßgerät im untersuchten Medium befindet und Werte zur Zentrale übermittelt, erlangt die Fernmessung (Remote Sensing) für den Umweltschutz eine immer größere Bedeutung. Hier wird eine Fernwirkung ausgenutzt, um die interessanten Parameter zu bestimmen. So lassen sich Vegetationsschäden, besonders Waldschäden, durch Auswertung von Infrarot-Flugaufnahmen erkennen. Am Österreichischen Bundesinstitut für Gesundheitswesen haben Werner Pillmann und seine Mitarbeiter ein Verfahren entwickelt, das sehr genaue Aussagen über den Zustand von Baumkronen aus solchen Scannerdaten ableitet.

Grenzen zwischen Fachgebieten überwinden

Die Auswertung von Satellitenbildern ermöglicht heute sogar differenzierte Analysen der Bodennutzung: Aus dem jahreszeitlichen Verlauf der Infrarot-Reflexion ermittelt das Programm, was auf einem Acker angebaut wird. In Zukunft könnte sich mit diesem Verfahren die Einhaltung internationaler Vereinbarungen im ökologischen Bereich überwachen lassen. Ein weiteres denkbares Einsatzgebiet für die computergestützte Scannerbildanalyse ist die Erkennung von illegalen Einleitungen in Gewässer oder Ölunfällen auf See.

Ob im Wissenschaftsbetrieb, in Behörden oder größeren Unternehmen: Überall findet man Experten für Einzelbereiche. Ein Spezialist ist bekanntlich ein Mensch, der über immer weniger immer mehr weiß. Umweltprobleme sind dagegen fachübergreifender Natur: Sie verlangen die Zusammenarbeit von Biologen Physikern, Chemikern, Soziologen, Medizinern, Informatikern etc. Diese Zusammenarbeit scheitert in der Praxis oft schon an Kommunikationsproblemen. Das umweltrelevante Wissen der Experten bleibt verstreut über verschiedene Institutionen, Ressorts oder Fachabteilungen.

Informationen in grünen Computernetzen gebündelt

Mit fachübergreifenden Umweltinformationssystemen (UIS) wird der Versuch unternommen, das Spezialwissen trotz Sprachverwirrung und Kompetenzgerangel zusammenzutragen. In einem solchen System sollen alle Informationen zusammenlaufen, die für eine umweltgerechte Planung und Entscheidungsfindung notwendig sind. Es gibt behördliche und betriebliche Systeme dieser Art. Auf Länderebene wird das umfassendste UIS derzeit in Baden-Württemberg aufgebaut.

Das Umweltplanungs- und -informationssystem Umplis des Umweltbundesamtes enthält unter anderem eine Umweltforschungs-Datenbank ("Ufordat"), in der mehr als 20000 umweltrelevante Forschungsprojekte verzeichnet sind. Zusammen mit der Umweltliteratur-Datenbank "Ulidat" hilft sie, die Kommunikation zwischen den verschiedenen Akteuren im Umweltschutz zu verbessern und teure Doppelforschung zu vermeiden.

Auch die Umweltverbände nutzen Computertechnik, um Wissen zusammenzuführen und Aktionen zu koordinieren. In den "grünen Computernetzen", etwa Econet in den USA, Greennet in Großbritannien oder Comlink in Deutschland, sind Informationen gebündelt, die an fachlicher Qualität und Aktualität manches in den Schatten stellen, was offizielle Stellen aufbieten können oder wollen.

Eine interdisziplinäre Herangehensweise an Umweltprobleme läßt sich schon in der Schule einüben. Mit Hilfe des Computers als vielseitigem Medium und Werkzeug können konkrete Umweltbelastungen in der Umgebung analysiert werden. Hierbei sind die Fächer Biologie, Physik, Chemie, Mathematik und Informatik gleichermaßen gefordert. Die Grundlagen werden im preisgekrönten Projekt "Umweltatlas mit Link Way" erarbeitet, das die Hamburger Schulbehörde für das Institut für Film und Bild (FWU) durchführt.

Die Informatik ist - unter anderem - eine Wissenschaft der Komplexitätsbewältigung. Es liegt daher nahe, die informatischen Methoden der Systemanalyse (besonders die Computersimulation) einzusetzen, um die Dynamik der Umwelt besser zu verstehen. Wie für alle Berechnungsverfahren gilt auch für Simulationsmodelle das "Gigo-Prinzip": Garbage in, garbage out. Die Ergebnisse können bestenfalls so gut sein wie die theoretischen Annahmen und die Daten, die in das Modell einfließen.

Das International Institute for Applied Systems Analysis (Iiasa) in Laxenburg (Österreich) hat ein Modell der grenzüberschreitenden Ausbreitung von Luftschadstoffen entwickelt, das weltweit an zahlreichen Forschungsinstituten eingesetzt wird. Dieses Modell hat unter anderem folgendes gezeigt: Die in der Wirtschaftskommission der UNO (Unece) diskutierten neuen Richtlinien zur Emissionsbegrenzung können in einigen Regionen immer noch zu einer bis zu 50fachen Überschreitung der festgelegten Grenzwerte führen. Die Computersimulation demonstriert hier das Auseinanderklaffen von politischen Zielsetzungen und den Folgen der geplanten Maßnahmen.

Mit Simulationsmodellen Folgen veranschaulichen

Das Bundesamt für Seeschiffahrt und Hydrographie inszeniert mit Hilfe von Simulationsmodellen Tankerunfälle auf hoher See. Im Ernstfall kann damit, abhängig von aktuellen Strömungs- und Wetterdaten, die Ausbreitung einer Ölpest vorhergesagt werden - für das Katastrophen-Management ein wichtiges Instrument.

Simulationsmodelle müssen nicht unbedingt exakte Prognosen liefern, um Einsichten zu ermöglichen. Oft genügen auch unscharfe Daten, um das kontraintuitive Verhalten vernetzter Systeme zu demonstrieren: Der Bau zusätzlicher Straßen kann mehr Verkehr anziehen und dadurch erst den Verkehrskollaps herbeiführen. Die künstliche Belüftung eines Sees, der an niedrigem Sauerstoffgehalt leidet, beschleunigt möglicherweise sein Absterben noch. Die großräumige Verteilung von Schadstoffen kann in entfernten Regionen zu katastrophalen Entwicklungen führen: "Dilution is no solution for pollution", sagen amerikanische Ökologen.

Simulationsmodelle veranschaulichen solche scheinbar paradoxen Folgen gutgemeinter Maßnahmen. Sie fördern dadurch das "vernetzte Denken" bei Entscheidungsträgern und in der Öffentlichkeit - eine Notwendigkeit, auf die der Zukunftsforscher und Bestsellerautor Frederic Vester seit Jahren hinweist. Seine Studiengruppe für Biologie und Umwelt hat durch zahlreich Fallstudien Lehrbeispiele des vernetzten Denkens geliefert. Am bekanntesten ist die Studie zur Zukunft des Autos, die im Auftrag des Ford-Konzerns erstellt wurde. Sie zeigte, daß sich Verkehrsprobleme nur durch eine radikale Neuorientierung lösen lassen. Auch Managern bleibt diese Erkenntnis nicht verborgen: "Wer Straßen sät, wird Verkehr ernten", prophezeit VW-Chef Goeudevert.

Die Computertechnik ist eine Rationalisierungstechnik. Rationalisierung geschieht durch Investitionen, die dazu führen, daß die gleichen Güter oder Dienstleistungen mit geringerem Einsatz von Produktionsfaktoren erzeugt werden können. Bisher zielen die meisten Rationalisierungsinvestitionen auf eine Reduktion des Produktionsfaktors Arbeit. Wie der Wirtschaftswissenschaftler Binswanger von der Hochschule St. Gallen feststellt, gibt es daneben auch Rationalisierungsinvestitionen, die auf die Verringerung des Einsatzes von Rohstoffen und Energie abzielen - sie werden mit zunehmender Knappheit der natürlichen Ressourcen immer wichtiger.

Bisher wurde die Informationstechnik hauptsächlich zur Rationalisierung der Arbeit entwickelt und eingesetzt. Dies erscheint geradezu paradox, bedenkt man, daß die menschliche Arbeitskraft wahrscheinlich die einzige natürliche Ressource darstellt, die auf der Erde verfügbar ist. Andere Ressourcen sind knapp: Die Vorräte an fossilen Energieträgern und anderen Rohstoffen werden sich erschöpfen, und die Aufnahmefähigkeit der Umwelt für industrielle und private Abfälle ist begrenzt. Die Rate, mit der sich erneuerbare Ressourcen regenerieren können - man denke an Agrarflächen, Forste oder durch Tourismus belastete Landschaften - ist ebenfalls begrenzt.

Rationalisierung in bezug auf den Einsatz natürlicher Ressourcen ist somit die entscheidende Zukunftsaufgabe. Jene Unternehmen, die als erste die hierfür benötigten Investitionsgüter entwickeln - von deren konkreter Gestalt wir heute nur vage Vorstellungen haben - werden sich langfristig auf dem Weltmarkt behaupten.

Neue Dimension der Umweltzerstörung

Die VDE/VDI-Gesellschaft für Mikroelektronik schätzt für die Bundesrepublik ein Einsparungspotential für Energie von acht bis neun Prozent durch den konsequenten Einsatz von Mikroelektronik. Dies ist wenig vor dem Hintergrund der Konsumexplosion in den reichen Ländern der Erde. Nennenswerte Steigerungen der Effizienz sind in Industrieländern nur durch strukturelle Veränderungen zu erreichen. Denn so kann Information - das hat uns die Computertechnik vorgeführt - mit immer geringerem Material-, Energie- und Platzbedarf übertragen und verarbeitet werden. Auf dem Verkehrssektor hat durch den Einsatz von Informationstechnik im Bereich der Planung und Lenkung von Personen- und Güterströmen, also in der Logistik, eine Umwälzung begonnen.

Heute läuft diese Entwicklung zum Nachteil der Umwelt: Die moderne Güterlogistik bringt Erscheinungen wie internationale Arbeitsteilung (Auslagerung der Produktion in Länder mit Standortvorteilen) und Just-in-time-Produktion hervor; das zieht in der Regel ein höheres Transportaufkommen und/oder die Wahl umweltbelastender Verkehrsträger, etwa LKW, Flugzeug, nach sich. Diese neue Dimension der Umweltzerstörung ist eine Folge von zu niedrigen Transportkosten: Die ökologische Knappheit des Erdöls und die negativen Auswirkungen des Güterverkehrs sind in den Transportkosten nicht angemessen berücksichtigt.

Die neuen logistischen Freiräume, geschaffen durch die Informationstechnik, lassen sich aber grundsätzlich auch zum Vorteil der Umwelt nutzen: Das Institut für Stadt-, Regional- und Transportforschung (ISRT) in Hamburg hat beispielhaft aufgezeigt, wie sich durch regionale Güterzentren in Verbindung mit Informations- und Kommunikationssystemen die Transportströme eines Ballungsraumes bündeln lassen - mit beeindruckenden Entlastungen für das Verkehrssystem und die Umwelt.

Durch computergestützte Logistik läßt sich auch die Attraktivität öffentlicher Verkehrsmittel erhöhen: Verkehrsträgerübergreifende Information an Infotheken, zum Beispiel in Bahnhöfen, telefonisch oder über Btx werden angeboten. Das erleichtert dem Verkehrsbenutzer eine optimale Wegeplanung in Abhängigkeit von der momentanen Verkehrssituation. Gleichzeitig kann der öffentliche Verkehr wesentlich flexibler und damit bedarfsorientiert gesteuert werden. Das "Strom"-Projekt (Stuttgart Transport Operation by Regional Management) ist ein Beispiel für die Umsetzung solcher Konzepte.

Unter ökologischen Gesichtspunkten ist das Vermeiden von Verkehr die beste Alternative. Wozu legen Millionen von Arbeitnehmern täglich immer weitere Strecken zwischen Wohnort und Arbeitsplatz zurück? Heimarbeit am Bildschirm kann gewiß nicht die Antwort auf die ökologische Herausforderung sein - man denke an die sozialen Folgen. Aber mit Phantasie sind auch sozialverträgliche Konzepte vorstellbar. Immer häufiger setzen sich Geschäftsleute und Wissenschaftler ins Flugzeug, obwohl sie auch Videokonferenzen oder die immer besseren Möglichkeiten der computergestützten Gruppenarbeit (CSCW, Computer Supported Cooperative Work) über weite Distanzen nutzen könnten.

Sicher lassen sich die Vorzüge physischer Anwesenheit nur teilweise durch Informationstechnik abdecken. Doch werden die modernen Industriegesellschaften nicht darum herumkommen, die heute üblichen Organisationsmuster von Raum und Zeit, von Arbeit und Freizeit grundsätzlich zu überdenken und die Informationstechnik für eine Neugestaltung zu nutzen. Physische Mobilität ist kein Wert an sich.

Wie die effiziente neue Welt der ökologischen Logistik aussehen wird, weiß heute noch niemand genau. Daß sie kommen

muß, ist sicher.