Steigert das Product-Service System Cloud-Computing die Ökoeffizienz?

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Steigert das Product-Service System Cloud-Computing die Ökoeffizienz?
Steigert das Product-Service
System Cloud-Computing
die Ökoeffizienz?

Ableitung und Anwendung generischer
Mechanismen von Product-Service Systemen (PSS)
auf Cloud-Computing Services. Konzeptionelle
Analyse der Auswirkungen des Einsatzes von Cloud-
Computing auf die Ökoeffizienz in Unternehmen im
Vergleich zu herkömmlichen IT-Systemen mit
Nennung exemplarischer Fallbeispiele.

Klaus Froböse

November 2012
Steigert das Product-Service System Cloud-Computing die Ökoeffizienz?
© Klaus Froböse, 2012. All rights reserved. No part of this publication may be reproduced,
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ISBN 978-3-942638-32-6
Steigert das Product-Service System Cloud-Computing die Ökoeffizienz?
KURZZUSAMMENFASSUNG                                                                      III

KURZZUSAMMENFASSUNG

Die Einführung von Product-Service Systemen (PSS) als Alternative zu einer reinen
Produktnutzung verspricht eine deutliche Steigerung der Ökoeffizienz und einen Beitrag zur
Nachhaltigkeit der Gesellschaft und von Unternehmen.
Diese Arbeit wendet generische Mechanismen der PSS-Wissenschaft auf Cloud-Computing-
Angebote an und vergleicht diese mit IT-Leistungen herkömmlicher „On Premise“
Rechenzentren.
Mit exemplarischen Beispielen      werden    die   angewandten   Mechanismen     auf   ihre
Auswirkungen hin überprüft.
Als Ergebnis dieser Untersuchung ist festzustellen, dass IT-Hardware aufgrund der
spezifischen Anforderungen von Cloud-Service-Anbietern zunehmend energieeffizienter
wird. Auch werden die Produkte, in diesem Fall die IT-Hardware, ökoeffizienter genutzt. Der
Auslastungsgrad eingesetzter IT-Hardware erhöht sich deutlich durch Virtualisierung,
Overbooking und professionelles Systemmanagement. Dank Softwarereengineering ist bei
gleicher Leistung ein geringerer Energieverbrauch möglich. Das PSS-Cloud-Computing
ermöglicht es zudem, Hardware länger zu nutzen und sie später Kreislaufsystemen effektiver
zuzuführen. Große Rechenzentren an geeigneten Orten reduzieren den Leistungsbedarf an
Kühlung und können regenerative Stromquellen vor Ort nutzen. Negative ökologische
Effekte hingegen entstehen durch die zusätzliche Nutzung von breitbandigen Datendiensten.
Die Arbeit bestätigt, dass sowohl generische PSS-Mechanismen auf die Anwendung Cloud-
Computing anzuwenden sind, wie auch die These, dass PSS-Systeme eine Steigerung der
Ökoeffizienz um einen Faktor 4–10 ermöglichen. Zudem zeigt dieser Anwendungsfall, wie
effektiv eine Ökoeffizienzbetrachtung die Interessen der Ökonomie und der Ökologie im
gleichen Maße befördern kann.
Steigert das Product-Service System Cloud-Computing die Ökoeffizienz?
IV                                                                                     ABSTRACT

ABSTRACT

The introduction of product-service systems (PSS) as an alternative to pure usage of a
product promises a significant increase of eco-efficiency and a contribution to sustainability
by society and corporations.
This thesis applies generic mechanisms of PSS science to cloud computing services and
compares them with IT services of conventional on-premise data centers.
The applied mechanisms are checked for their effects using examples.
From the analysis it became apparent that due to the specific requirements of cloud service
providers, IT hardware is becoming increasingly energy efficient. The products, in this case
the IT hardware, are also being used more ecologically efficiently. The rate of utilization of IT
hardware is significantly increased by virtualization, overbooking and professional systems
management. Software engineering enables lower energy consumption with no performance
loss. In addition, PSS cloud computing enables hardware to stay in use for longer and be
introduced into circulatory systems more effectively later. Large data centers at suitable
locations have a reduced need for energy consumption for cooling and are able to make use
of renewable energy sources on-site. However, negative ecological impacts occur from
increased usage of broadband data services.
The thesis confirms that generic PSS mechanisms can be applied to cloud computing, as
well as the theory that PSS systems allow an increase of eco-efficiency by a factor of four to
ten. The application also shows how an eco-efficiency perspective can advance economical
and ecological causes equally.
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INHALTSVERZEICHNIS                                                                                                                      V

INHALTSVERZEICHNIS

Kurzzusammenfassung ......................................................................................................III

Abstract .............................................................................................................................. IV

Inhaltsverzeichnis ............................................................................................................... V

Abbildungsverzeichnis ..................................................................................................... VII

Tabellenverzeichnis .......................................................................................................... VII

Abkürzungsverzeichnis ................................................................................................... VIII

1      Einleitung..................................................................................................................... 1

2      Theoretischer Bezugsrahmen .................................................................................... 3
2.1 Ökoeffizienzsteigerung im Rahmen von Nachhaltigkeit durch Innovationen .................. 3
2.2 Innovation zur Steigerung der Ökoeffizienz ................................................................... 7
2.3 Product-Service Systeme (PSS) im geschäftlichen Umfeld ........................................... 9
       2.3.1 Ausprägungsformen von Product-Service-Systemen ........................................10
       2.3.2 PSS vor dem Hintergrund von Ökoeffizienz und Innovationen ..........................11
       2.3.3 Bedeutung der Informations- und Kommunikationstechnologie (ICT) für PSS ...11
2.4 Allgemeine Mechanismen zur Effizienzsteigerung durch PSS ......................................12

3      Cloud-Computing vor dem Hintergrund der Nachhaltigkeit ...................................15
3.1 Cloud Architektur und Abgrenzung zur Virtualisierung..................................................16
3.2 Cloud-Computing vor dem Hintergrund PSS ................................................................18
3.3 Segmentierung und Anwendungsfelder von Cloud-Computing.....................................19
       3.3.1 Cloud-Computing Leistungsangebote................................................................20
       3.3.2 Cloud-Computing Nutzungsrahmen ..................................................................21
3.4 Einordnung von Cloud-Computing in PSS Ausprägungsformen ...................................23

4      Anwendung generischer PSS-Mechanismen auf .......................................................
       Cloud-Computing-Anwendungen .............................................................................24
4.1 Effizienz steigernde Gestaltung und Produktion von Produkten ...................................24
       4.1.1 Effizientere Produktangebote für Cloud-Anbieter...............................................24
       4.1.2 Optimierung der Verbräuche von Prozessoren ..................................................25
4.2 Effizienz steigernde Effekte durch geänderte Einsatzszenarien von Produkten ............26
       4.2.1 Server-, Energie-Monitoring und Systemmanagement ......................................27
       4.2.2 Virtualisierung ...................................................................................................28
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VI                                                                                                            INHALTSVERZEICHNIS

       4.2.3 Overbooking ......................................................................................................29
       4.2.4 Power Usage Effectiveness (PUE) ....................................................................30
       4.2.5 Stromversorgung ...............................................................................................31
       4.2.6 Softwareengineering .........................................................................................33
4.3 Skaleneffekte in der Nutzungsphase ............................................................................33
4.4 Effizienz steigernde Effekte durch die Optimierung von Kreisläufen .............................36
       4.4.1 Verlängerung der Nutzung von Hardware .........................................................36
       4.4.2 Aufbau von Materialflüssen ...............................................................................37
4.5 Negative Aspekte durch die Nutzung von Cloud-Computing-Angeboten ......................40

5      Ökoeffizienzmessung für Computing-Leistungen ...................................................41
5.1 Wertschöpfung .............................................................................................................41

5.2 Schadschöpfung ..........................................................................................................42
5.3 Ansatz zur Berechnung von Ökoeffizienz für Computing-Leistungen ...........................44

6      Ergebnisse und Disskussion ....................................................................................45
6.1 Anwendung der generischen Mechanismen von PSS ..................................................45
6.2 Berechnung eines Ökoeffizienz-Wertes .......................................................................48
6.3 Zwischenfazit ...............................................................................................................48

7      Handlungsempfehlung für Unternehmen .................................................................50

8      Gesamtfazit.................................................................................................................53

Literaturverzeichnis ........................................................................................................... IX

Anhang ............................................................................................................................... XV
Steigert das Product-Service System Cloud-Computing die Ökoeffizienz?
ABBILDUNGSVERZEICHNIS                                                                                                     VII

ABBILDUNGSVERZEICHNIS

Abbildung 1:     Entwicklung auf dem Weg zur Nachhaltigkeit............................................... 4
Abbildung 2:     Berechnung einer Ökoeffizienz .................................................................... 4
Abbildung 3:     Aggregation der einzelnen Umweltkategorien in der Ökoeffizienz-Analyse .. 6
Abbildung 4:     Entstehungspfade von Nachhaltigkeitsinnovationen .................................... 8
Abbildung 5:     Acht Typen von PSS ...................................................................................10
Abbildung 6:     Product-Service Innovationen und bestimmende Faktoren der Ökoeffizien 11
Abbildung 7:     Reshaping IT ..............................................................................................17

Abbildung 8:     Vergleichende Systemdarstellung „On Premise“ gegenüber einer .................
                 öffentlich zugänglichen Cloud-Infrastruktur .................................................18
Abbildung 9:     Cloud-Taxonomie........................................................................................20
Abbildung 10:    Systemdarstellung des Cloud-Dienstes des Anbieters Fujitsu .....................21
Abbildung 11:    Bereitstellungsoptionen und Zahlungsformen .............................................22
Abbildung 12:    Darstellung der Beziehung Serverauslastung und Stromverbrauch ............27

Abbildung 13:    CO2 Emissionen im Life Cycle eines Servers der Marke Fujitsu .....................
                 (Typ TX 300) bei 5 Jahren Nutzung, 30% Durchschnittslast und im ...............
                 deutschen Energiemix ................................................................................32
Abbildung 14:    CO2 Emission bei Applikationsnutzung verglichen "On Premise" vs. ..............
                 Cloud-basierendem Betrieb .......................................................................35
Abbildung 15:    Materialbestand IT in deutschen Rechenzentren nach Stoffgruppen...........37
Abbildung 16:    Veränderter Umgang mit Rohstoffen durch Anbieter von IT-Equipment ......39
Abbildung 17:    Vorschlag zur praxisgerechten Ermittlung eines Ökoeffizienzwertes ...........44
Abbildung 18:    Zusammenfassende Darstellung der generischen Ökoeffizienzeffekte ..........
                 durch Cloud-Computing ..............................................................................46

TABELLENVERZEICHNIS

Tabelle 1:   In der PSS-Literatur genannte Effizienzkriterien ................................................13
Tabelle 2:   Anwendungsbeispiel aufbauend auf Beispielen von Insight Inc. ........................29
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VIII                                                           ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS

ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS

Abk.      CSM Abkürzungsverzeichnis
ADV       Auftragsdatenverarbeitung
BCSD      Business Council for Sustainable Development
BtoB      Business to Business - Geschäftsbeziehungen zwischen Unternehmen
BDSG      Bundesdatenschutzgesetz
CAPEX     CAPital EXpenditure
CDU       Christlich Demokratische Union
CPU       Central Processing Unit
CRM       Customer Relation Management
CSR       Corporate Social Responsibility
EU        Europäische Union
GAMES     Green Active Management for Energy in IT Service Centres
GB        GigaByte
IaaS      Infrastructure as a Service
ICT       Information and communication technology
IBM       International Business Machines Corporation
IPSS      Industrial Product-Service System
LCA       Life Cycle Assessment
M2M       Machine to Machine
OPEX      Operational expenditur
PaaS      Plattform as a Service
PUE       Power Usage Effectiveness
PSS       Product-Service System
RAM       Random-Access-Memory
SaaS      Software as a Service
SLA       Service Level Agreement
SLW       Service-Leistungswert
UCS       Unified Computing System
USV       Unterbrechungsfreie Stromversorgung
TB        TeraByte
TPC       Transaction Processing Performance Council
VPN       Virtual Private Network
WBCSD     World Business Council for Sustainable Development
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EINLEITUNG                                                                                1

1    EINLEITUNG

Im Zuge der sich rasant entwickelnden Weltbevölkerung sehen Experten die Notwendigkeit,
zur Befriedigung der Bedürfnisse aller Menschen auf diesem Planeten, in den nächsten 40–
50 Jahren die Energieproduktion um den Faktor sechs zu steigern (vgl. The International
Institute for Environmental Economics at Lund University, 2002).
Um dieses Wachstum ökologisch verträglich zu gestalten, ist es essenziell, die Produktivität
der Ressourcennutzung deutlich zu steigern. Eine Entkoppelung des wirtschaftlichen
Wachstums von zunehmender ökologischer Belastung ist also geboten, um eine ökologische
Katastrophe zu vermeiden (vgl. von Weizsäcker, Lovins & Lovins, 1997).
In der Wissenschaft, der Industrie und der Gesellschaft allgemein haben vor diesem
Hintergrund "grüne Innovationen" einen hohen Stellenwert erhalten.

Politiker unterschiedlicher Parteien sehen in grünen Innovationen die Lösung aktueller
wirtschaftlicher Probleme. Die Partei "Bündnis 90 Die Grünen" fordert in ihrem
Wahlprogramm den "Green New Deal" - in Anspielung auf den "New Deal", mit dem Franklin
D. Roosevelt auf die Wirtschaftskrise von 1930 reagierte (vgl. Bündnis 90 Die Grünen, 2009).
Auch die CDU sieht neue Chancen für die Wirtschaft durch Energie- und
Klimaschutztechnologien (vgl. CDU, 2009).

Mit der Massennutzung des Internets und der Verbreitung einer neuen Servicephilosophie
entstehen weltweit zunehmend kommerzielle Angebote, die physische Produkte mit
Dienstleistungen verbinden - sogenannte Product-Service Systeme (PSS) (vgl. Hernandez
Pardo et al., 2012).
Die Wissenschaft sieht die Möglichkeit, mit Product-Service-Anwendungen eine Steigerung
der Nachhaltigkeit um Faktor 4-10 aufgrund effizienterer Nutzung natürlicher Ressourcen zu
erreichen (vgl. Tukker, 2004).
Mit Hilfe von PSS scheint die Option gegeben, auf der einen Seite dem Zwang unseres
Wirtschaftssystems nach ständigem Wirtschaftswachstum zu entsprechen und auf der
anderen Seite die ökologische Belastung relativ, aber auch absolut zu reduzieren.
In den letzten Jahren haben sogenannte Cloud-Computing Services immer mehr an Bedeu-
tung gewonnen. Diese zentral in Rechenzentren erbrachten IT-Dienstleistungsangebote
kombinieren Dienstleistungselemente unter der Nutzung von IT Hard- und Software. Cloud
Computing ist aufgrund dieser Kombination ein Product-Service Systeme (PSS).
Der gesamte Bereich der Rechenzentren, also auch die Rechenzentren (hierunter werden
auch Serverschränke, Rechnerräume etc. subsummiert), die keine Cloud-Service-
Anwendungen betreiben, waren im Jahr 2011 für ca. 1,8 % (ca. 9,7 TWh) des gesamten
Stromverbrauches in Deutschland verantwortlich. Zur Erzeugung dieses Stroms werden ca.
vier mittelgroße Kohlekraftwerke benötigt. Die mit der Stromerzeugung verbundenen Kosten
der Kunden beliefen sich in 2011 auf ca. 1,2 Mrd. € mit steigender Tendenz. (vgl. Hintemann
& Fichter, 2012).
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2                                                                                EINLEITUNG

Mit steigender Anzahl an Servern und höheren Energiepreisen rückt die Fragestellung der
Ökoeffizienz der Informationstechnologie immer weiter ins Bewusstsein der Entscheider (vgl.
Hintemann & Fichter, 2012). Die effiziente und flexible Nutzung von IT ist längst zum
wichtigen Wettbewerbsfaktor für viele Unternehmen geworden.
Diese Arbeit untersucht aus einer geschäftlichen Sicht die Veränderungen der Ökoeffizienz
durch den Einsatz von Cloud-Computing Angeboten im Gegensatz zu klassischen „On
Premise“ Rechenzentren der Unternehmen. Unter „On Premise“ Rechenzentren werden alle
größeren Ansammlungen von Servern und arrondierender IT- und Kommunikations-
Hardware verstanden, die durch Unternehmen in Serverschränken, Rechnerräumen oder in
speziellen Gebäuden (Rechenzentren) betrieben werden.
Die Betrachtung der Aspekte der Ökoeffizienz von Cloud-Computing-Anwendungen erfolgt
vor dem Hintergrund theoretischer Überlegungen der Wissenschaft bezüglich möglicher
effizienzsteigernder Wirkungen durch PSS.
Die Kernfragen, die diese Arbeit beantworten soll, lauten:
       Welche generischen Mechanismen befördern die Ökoeffizienz von PSS im
        Allgemeinen?
       Lassen sich diese generischen Mechanismen auf das PSS-Cloud-Computing
        anwenden?

       Welche Bedeutung haben die identifizierten Mechanismen auf die Ökoeffizienz?
       Welche Hinweise bieten empirische Forschungsergebnisse zu dieser Fragestellung?
       Welches Fazit ist daraus zu ziehen und welche Implikationen hat dies für
        Unternehmen?
Die Bandbreite der verfügbaren Cloud-Computing-Anwendungen ist sehr hoch, ebenso ist
die technische Basis in der Praxis sehr verschieden bezüglich ihrer Art und Ausprägung.
Diese Arbeit kann somit nur prinzipielle Mechanismen aufzeigen, die in bestimmten
technischen Konstellationen belegte, positive Wirkungen der Ökoeffizienz durch Cloud-
Computing bewirkt haben. Überschneidungen mit dem breiten Themenkomplex GreenIT sind
in Bezug auf die Infrastruktur von Rechenzentren unvermeidbar.
Das übergreifende Ziel der Arbeit ist es, eine qualitative Einschätzung zu geben, welche
Auswirkungen sich auf die Ökoeffizienz dank Nutzung von Cloud-Computing-Angeboten vor
dem Hintergrund einer PSS-Systematik ergeben.
Hierdurch soll die gesellschaftliche Debatte über das Für und Wider von Cloud-Computing
um den wichtigen Aspekt möglicher Wirkungen auf die Nachhaltigkeit ergänzt werden.
THEORETISCHER Bezugsrahmen                                                                    3

2     THEORETISCHER BEZUGSRAHMEN

Dieser Arbeit liegen wissenschaftliche Überlegungen der Innovationsforschung, der
Ökoeffizienzforschung und der Forschung über Produkt-Service-Systeme (PSS) zugrunde.

2.1   Ökoeffizienzsteigerung im Rahmen von Nachhaltigkeit durch Innovationen
Der Gedanke der Nachhaltigkeit beschäftigt die Menschheit seit einigen Jahrzehnten,
nachdem sich bei immer mehr Individuen und Gruppen ein Verständnis dafür gebildet hat,
dass die natürlichen Ressourcen über Gebühr beansprucht werden und die globale
Entwicklung in Bezug auf Wirtschaft und Konsum einen unheilvollen Weg beschreitet.

Die von den Vereinten Nationen eingesetzte Sonderkommission unter der Leitung der
norwegischen Ministerpräsidentin Gro Harlem Brundtland hat eine der bekanntesten
Definitionen für den Begriff „Sustainable Development" bzw. „nachhaltige Entwicklung“
definiert. Die Brundtland Kommission beschrieb das Ziel einer nachhaltigen Entwicklung wie
folgt: „To make development sustainable - to ensure that it meets the needs of present
without compromising the ability of future generations to meet their own needs" (WCED,
1987, 8).
Als Konsequenz daraus entstand ein drei Säulen Modell der Nachhaltigkeit. Dieses Modell
sieht die drei Dimensionen Ökologie, Ökonomie und Soziales als die Handlungsfelder, in
denen sich die Aktivitäten der Nachhaltigkeit bewegen.
Diese Dimensionen stehen nicht selten im Widerspruch zueinander und bedingen eine
Prioritätensetzung in der Praxis (von Hauff et al., 2009).

Um die beiden Aspekte der Ökologie und der Ökonomie in relativen Einklang zu bringen und
einen vorsorgenden Umweltschutz zu betreiben, entstand der Begriff der Ökoeffizienz.
Der Begriff Ökoeffizienz geht auf ein Werk von Schaltegger und Sturm aus dem Jahre 1990
zurück. Hierin wird die „ökologische Rationalität" eingefordert (Schaltegger, et al., 1999). Das
Business Council for Sustainable Development (BCSD) postuliert in einem Beitrag zur United
Nations Conference on Environment and Development im Jahr 1992 die Ökoeffizienz zu
einem bedeutenden Ziel. Seit 1995 wird das Anliegen einer globalen Steigerung der
Ökoeffizienz im neu gegründeten Gremium, dem World Business Council for Sustainable
Development (WBCSD), fortgesetzt und zum zentralen Anliegen der Organisation (vgl. von
Hauff et al., 2009).
Verkürzt dargestellt, beschreibt das WBCSD das Ziel der Ökoeffizienz als "Creating more
value with less impact" (WBCSD, 2000, 3). Die Ökoeffizienz wird hier auch als wichtiger
Schritt auf dem Weg in eine nachhaltige Zukunft gesehen, da die Betrachtungsweise der
Ökoeffizienz den Schutz der Umwelt in Einklang mit den Mechanismen der Wirtschaft zu
bringen versucht.
4                                                                    THEORETISCHER BEZUGSRAHMEN

Das WBCSD sieht in der Ökoeffizienz eine weitere Stufe in der Nachhaltigkeitsentwicklung
und die Möglichkeit, mithilfe ökonomischer Instrumente eine Produkt- und Dienst-
leistungsproduktion mit deutlich verringerter Umweltbelastung zu realisieren (vgl. Abb. 1).

„Dabei soll nicht ein Ziel (die Ökologie oder die Ökonomie) zugunsten des anderen
aufgegeben, sondern gleichzeitig besserer Umweltschutz und Gewinnmaximierung
angestrebt werden." (Fussler, 2005, 61).

           Abbildung 1: Entwicklung auf dem Weg zur Nachhaltigkeit (vgl. WBCSD, 2000)

Die Messung eines Ökoeffizienzwertes dient dazu, Entwicklungen und Fortschritte zu
dokumentieren, Prioritäten festzulegen, Chancen für eine Optimierung aufzuzeigen und
Kosten zu identifizieren (vgl. WBCSD, 2000).
Da der Begriff der Ökoeffizienz nicht normiert definiert ist, existiert eine Vielzahl von
Abgrenzungsdefinitionen (vgl. von Hauff et al., 2009). Allen Definitionen gemein ist der
operationelle  Ansatz,     wonach     das     Verhältnis    von      Wertschöpfung     zu
Ressourceninanspruchnahme zu steigern ist.

Abbildung 2: Berechnung einer Ökoeffizienz (vgl. von Hauff et al., 2009)

Die zentrale Frage bei der Berechnung ist, welche relevanten Wertgrößen zur Bestimmung
einer relevanten Ökoeffizienz-Kennzahl im Nenner und im Zähler Verwendung finden.
THEORETISCHER Bezugsrahmen                                                               5

In der Regel wird angestrebt, sowohl die Wertschöpfung als auch die Schadschöpfung, wo
angebracht, zu monetarisieren.
Allgemein sollten Zähler und Nenner nach Brettebo vier Kriterien erfüllen, um sinnvolle
Ergebnisse zu produzieren:
      Möglichst viele relevante Aspekte der Dimensionen Ökologie, Ökonomie und
       Soziales sollen durch die Wahl der Indikatoren erfasst werden.

      Die Messung sollte möglichst den gesamten Lebenszyklus eines Produkts bzw. einer
       Dienstleistung erfassen und sowohl aus der Mikro- als auch Makro-Perspektive
       stimmig sein.

      Das Maß sollte hinsichtlich der praktischen Anwendung robust und leicht zu
       operationalisieren sein.
      Die verwendete Maßzahl soll verständlich, nachvollziehbar und konsistent mit
       internationalen Standards sein.
(vgl. Brettebo, 2005)
In der Praxis werden im Zähler - also die Wertschöpfung - häufig die Netto-Umsätze oder der
Gewinn einer Organisation, einer Einheit oder die produzierte Menge eines Produktes
verwendet.
Der WBCSD schlägt generell nutzbare Indikatoren vor, die potenziell zur Bewertung aller
Produktionsvorgänge dienen und solche, die geschäftsspezifisch (business specific) sind.
Generell nutzbare Indikatoren nach WBCSD:

Wertschöpfung:
      Die produzierte oder an Kunden bereitgestellte Menge an Gütern und Services
       (Volumen, Masse, bereitgestellte Funktionen).
      Nettoumsatz durch den Verkauf von Produkten und Dienstleistungen.

Schadschöpfung:
      Energieverbrauch
      Materialverbrauch
      Wasserverbrauch
      Treibhausgase
      Ozon schädigende Substanzen
(vgl. WBCSD, 2000).
6                                                                  THEORETISCHER BEZUGSRAHMEN

Von Hauff schlägt basierend auf Saling (vgl. Saling et al., 2002) die gewichtete
Zusammenfassung der Umweltkategorien zu einem Wert vor. Ähnliche Bewertungsansätze
beschreibt auch Schaltegger in seinem Buch „Ökologieorientierte Entscheidungen in
Unternehmen“ (vgl. Schaltegger et al., 1999).
Hierbei werden auf den unteren Ebenen die unterschiedlichen Schadstoffe der einzelnen
Gruppen in Emissionsarten gewichtet zusammengefasst (z. B. Luftemissionen) (vgl. Abb. 3).
Diese wiederum werden – gewichtet nach den Umweltkategorien Emissionen,
Stoffverbrauch, Flächenverbrauch, Toxizitätspotenzial und Risikopotenzial – in einem Wert
der gesamten Umweltbelastung dargestellt (vgl. von Hauff et al., 2009).

Abbildung 3: Aggregation der einzelnen Umweltkategorien in der Ökoeffizienz-Analyse
             (vgl. von Hauff et al., 2009)

Da nicht jede stoffliche oder energetische Emission die gleichen Schäden in der natürlichen
Umwelt hervorruft, muss die Wichtung aufgrund von Wirkungsanalysen vorgenommen
werden (vgl. Schaltegger et al., 1999).
Kritisch ist zu diesem Verfahren anzumerken, dass durch die Aggregation schlechtere
Teilergebnisse durch bessere aufgerechnet werden können. Außerdem stellt die Gewichtung
der einzelnen Werte eine Momentaufnahme aktueller wissenschaftlicher Erkenntnisse bzgl.
einer Schadwirkung dar. Es sei daran erinnert, dass noch vor gut zwei Jahrzehnten die
Schädlichkeit von CO2 in der öffentlichen Diskussion nicht existierte; stattdessen wurde über
den sauren Regen und die Schädigung des Ozonschutzschildes debattiert.
Für eine vergleichende Betrachtung über längere Zeiträume hinweg muss die Wichtung
durch einen stetigen Erkenntnisgewinn angepasst werden, was wiederum die historische
Vergleichbarkeit beeinträchtigt.
Bei komplexen Produkt- oder Dienstleistungszusammenhängen ist es problematisch, die
Vielzahl der Schadschöpfungsquellen zu erfassen und exakt in eine solche Berechnung
einfließen zu lassen.
THEORETISCHER Bezugsrahmen                                                                   7

Übergreifend ist aus dem Blickwinkel der Nachhaltigkeit festzuhalten, dass die Ökoeffizienz nur
zwei der drei Aspekte der Nachhaltigkeit adressiert. Soziale Fragestellungen werden in der
Betrachtung neben Ökonomie und Ökologie praktisch nicht berücksichtigt (vgl. WBCSD, 2000).

2.2   Innovation zur Steigerung der Ökoeffizienz
Der Begriff Innovation stammt vom lateinischen Wort „Innovatio“, welches Erneuerung, aber
auch „sich Neuem hingeben“ bedeutet. Innovation kann also das Umsetzen von
Entdeckungen und Erfindungen bedeuten, die Umgestaltung und Verbesserung bestehender
Realisationen, aber auch das Finden neuer An- und Verwendungsmöglichkeiten (vgl.
Bergmann et al., 2008).
Der Wettbewerbsfaktor Innovationsfähigkeit hat in den letzten Jahrzehnten für Unternehmen
und Volkswirtschaften eine immer größere Bedeutung erlangt. Zum einen erfordern
gesättigte Märkte immer neue Produkte, um bei potenziellen Kunden entsprechende
Kaufimpulse auszulösen. Zum anderen wurden viele Produkte durch inländische und im
Rahmen der Globalisierungsentwicklungen auch durch ausländische Wettbewerber zu
sogenannten Commodities – also weitgehend standardisierten Produkten mit geringem
Differenzierungspotenzial. Innovationen können zumindest temporär Monopolgewinn bzw.
Pionierrenten ermöglichen (vgl. Goffin et al., 2009).

Mit zunehmendem Umweltbewusstsein und der Zielsetzung verbesserter Ökoeffizienz steigt
der Druck auf die Unternehmen, Innovationen in Hinblick auf nachhaltiges Wirtschaften und
Produkte mit höherer Ökoeffizienz zu fördern. Innovationen zur Steigerung der Ökoeffizienz
wird nicht nur eine entscheidende Rolle zur Lösung aktueller Umweltprobleme
zugesprochen, sie bieten Unternehmen zudem Möglichkeiten der Differenzierung durch
umweltverträglichere Produkte und Produktionsweisen (vgl. von Hauff et al., 2009).
Auch wenn der Weg zu mehr Nachhaltigkeit oft kein explizites Ziel der Innovationsakteure
ist, ergeben sich bei vielen Innovationen, quasi als positive Begleiterscheinung,
nachhaltigkeitsrelevante Wirkungen (vgl. Abb.4). In der Regel entstehen diese positiven
Begleiterscheinungen durch Innovationsziele zur Kostenreduktion. Als Begleiterscheinung
sinkt oft der Energieverbrauch und / oder der Rohstoffeinsatz.
8                                                                   THEORETISCHER BEZUGSRAHMEN

     Abbildung 4: Entstehungspfade von Nachhaltigkeitsinnovationen (vgl. Fichter et al., 2007)

Politiker aller Parteien proklamieren in der Zwischenzeit das Ziel, ökoeffiziente Innovationen
zu fördern und auf den entsprechenden Gebieten eine Technologieführerschaft anzustreben.
Es besteht die Überzeugung, zum einen durch eine hohe Ökoeffizienz der Produkte
nationale und internationale Klimaschutzziele erreichen zu können, aber auch die
einheimische Wirtschaft im globalen Markt besser positionieren zu können.

Mit ökologischen Innovationen wird nichts Geringeres angestrebt als eine Entkopplung der
ökologischen Belastung vom Wirtschaftswachstum. Auf diese Weise soll Wachstum
ökologisch nachhaltig gestaltet werden. Um dies zu erreichen, bedarf es statt inkrementeller
Veränderungen existenter Technologien radikaler Umweltinnovationen, die die
Massenmärkte erreichen (vgl. Jänicke, 2009).
So soll also die Ökoeffizienz bei steigender Güterproduktion, steigenden Umsätzen und
Gewinnen (der Wertschöpfung) und gleichzeitig geringerer Schadschöpfung steigen.
An dieser Stelle sei erwähnt, dass viele Wissenschaftler erhebliche Zweifel hegen, ob eine
partielle Steigerung der Ökoeffizienz durch technische und prozessuale Verbesserungen
nicht durch Rebound-, Mengen- oder Wachstumseffekte kompensiert werden oder gar zu
einer Steigerung der Gesamtbelastung führen (vgl. von Hauff et al., 2009).
Ein weiterer Aspekt der Innovation besteht darin, neue Geschäftsmodelle mit anderen
Nutzungsszenarien zu schaffen und somit neue, radikal andersgeartete Produkte zur
Befriedigung der gleichen Bedürfnisse entstehen zu lassen (vgl. Goffin et al., 2009).
THEORETISCHER Bezugsrahmen                                                                    9

Produkt-Service Systeme (PSS) stellen solche Innovationen dar, da hier Angebote
entstehen, die durch intelligente Kombination von Produkten und Dienstleistungen die
Bedürfnisse mit weniger Schadschöpfung befriedigen. Mit PSS entstehen sowohl neue
Angebote in existenten Geschäftsmodellen, als auch komplett neue Geschäftsmodelle, die
andere Bedürfnisse befriedigen und andere Kundengruppen erreichen.

2.3   Product-Service Systeme (PSS) im geschäftlichen Umfeld
Der Begriff Produkt-Service Systeme (PSS) wurde formal im Jahre 1999 von Goedkoop
definiert und publiziert und findet seither international Verwendung (vgl. Tietze, 2011).

Im deutschsprachigen Raum findet der Begriff "hybride Leistungsbündel" häufige Verwen-
dung. Dieser Begriff beschreibt ebenfalls im Kern eine kombinierte Leistungserbringung von
Produkten und Dienstleistungen, stellt aber den Nachhaltigkeitsgedanken im Gegensatz zu
PSS nicht in den Vordergrund.
Des Weiteren ist auch der Begriff „Industrial Product-Service System“ (IPSS) für spezielle
BtoB-Anwendungen in Verwendung (vgl. Lehrstuhl für Produktionssysteme Ruhr-Universität
Bochum, 2012).
In dieser Arbeit findet ausschließlich der Begriff PSS Verwendung.
Um ein einheitliches Verständnis über PSS zu erzielen, ist die Definition der Einzelbegriffe
Produkt und Service wichtig, da in unterschiedlichen Branchen und Disziplinen die Begriffe
eine unterschiedliche Bedeutung besitzen. Goedkoop definiert den Begriff Produkt als:
„A product is a tangible commodity manufactured to be sold”. Eine Dienstleistung (Service)
definiert Goedkoop als A service is an activity (work) done for others with an economic value
and often done on a commercial basis" (Goedkoop et al., 1999, 18). Hiernach ist ein PSS
       „a marketable set of products and services capable of jointly fulfilling a user’s need...
       [The PSS] is provided by either a single company or by an alliance of companies. It
       can enclose products (or just one) plus additional services. It can enclose a service
       plus an additional product. And product and service can be equally important for the
       function fulfillment.” (Goedkoop et al., 1999, 18).
Ein PSS kombiniert also die Leistungen physischer Produkte mit immateriellen Dienstleis-
tungskomponenten zu einer Lösung, mit dem Ziel, definierte Kundenbedürfnisse zu befriedigen.

Hierbei kann sich der Produkt- und der Dienstleistungsanteil von Anwendung zu Anwendung,
aber auch im Zeitverlauf ändern. Im Vordergrund stehen die Bedürfnisse des Kunden und
nicht mehr ein Produkt und seine Leistungsfähigkeit (vgl. Goedkoop, 1999). Dies eröffnet
den Anbietern die Chance, Kundenbedürfnisse viel spezifischer und individueller zu
befriedigen, als mit einem reinen Produktansatz.
Die herausragende gesellschaftliche Bedeutung, die PSS zugesprochen wird, liegt darin,
dass PSS-Anwendungen die Bedürfnisse der Konsumenten und der Unternehmen mit einer
geringeren Umweltbelastung befriedigen können.
10                                                                THEORETISCHER BEZUGSRAHMEN

Product-Service-Anwendungen wird zugesprochen, eine Steigerung der Nachhaltigkeitsleis-
tung bis um Faktor 4–10 aufgrund besserer und effizienterer Nutzung natürlicher Ressourcen
erreichen zu können (vgl. Tukker, 2004). Obwohl PSS nicht automatisch gleichbedeutend mit
einem Mehr an Nachhaltigkeitsleistung gleichzusetzen ist.
Tukker und Tischner schreiben im Jahr 2006 in ihrer Reflexion über eine Dekade
Forschungsarbeit auf diesem Gebiet: „The real strength of PSS thinking is that it moves
away from existing product concepts and inherently focuses on the final need, demand, or
function that needs to be fulfilled. This enhances the degrees of freedom to find sustainable
improvement options enormously" (Tukker et al., 2006, 1553).

2.3.1 Ausprägungsformen von Product-Service-Systemen
Die Wissenschaft unterscheidet drei prinzipielle Arten von PSS, entsprechend dem Mehr
oder Weniger an physischem Produkt oder Mehr oder Weniger an Dienstleistung.

     1) Produktorientiertes PSS
        Das Produkt mit seinen klassischen Nutzungsformen wird um Dienstleistungs-
        komponenten erweitert, z. B. Leasing, Ferndiagnose von Produktionsanlagen.
     2) Nutzungsorientiertes PSS
        Ein Serviceanbieter bietet die Funktionalität des Produktes in Verbindung mit
        arrondierenden Dienstleistungen, z. B. Vermietung von Baugeräten.
     3) Ergebnisorientiertes PSS
        Die eingesetzten Produkte treten für den Kunden nur noch in Form von
        ergebnisorientierten Leistungen in Erscheinung, z. B. Cloud-Computing
(vgl. Tukker, 2004).

Diese prinzipiellen Ausprägungsformen von PSS erweitert Tukker um acht Subkategorien
(vgl. Abb. 5).

                       Abbildung 5: Acht Typen von PSS (vgl. Tukker, 2004)
THEORETISCHER Bezugsrahmen                                                               11

Vor dem Hintergrund der empirischen Ergebnisse des Forschungsprojekts SusProNet, bei dem
analysiert wurde, ob PSS eine "Win-win strategy" sei, konnte ein Zusammenhang zwischen
Produktorientierung und Serviceorientierung der PSS-Anwendung hergestellt werden.

Produktnahe PSS-Anwendungen ermöglichen nach der Einschätzung von Tukker
Einsparungen unerwünschter ökologischer Folgen von ca. 10–20 %. Wogegen eher
serviceorientierte PSS (z. B. functional result) eine Effizienzsteigerung bis zu Faktor 10
versprechen (vgl. Tukker, 2004).

2.3.2 PSS vor dem Hintergrund von Ökoeffizienz und Innovationen
PSS ermöglicht es, eine gleiche oder eine höhere Wertschöpfung mit einer in der Regel
geringeren Schadschöpfung zu erzielen - die Ökoeffizienz wird folglich gesteigert und somit
ein Beitrag zu mehr Nachhaltigkeit geleistet.

Dank der Tatsache, dass Produktkomponenten und Servicekomponenten in einem PSS
zusammenwirken, entstehen neue Spielräume für Innovationen.
Diese entstehenden Freiheitsgrade der Angebotsgestaltung durch PSS bezeichnen Zaring et
al. als die vier Dimensionen der Innovation (vgl. Abb. 6).
Diese Dimensionen wiederum ermöglichen eine gestärkte ökonomische Vitalität, die
etablierte Strukturen aufbricht und so den Weg für ökoeffizientere Herstellungsverfahren zur
Befriedigung konkreter Bedürfnisse der Kunden bereitet.

Abbildung 6: Product-Service Innovationen und bestimmende Faktoren der Ökoeffizienz
             (vgl. Zaring et al., 2001)

2.3.3 Bedeutung der Informations- und Kommunikationstechnologie (ICT) für PSS
Die Bedeutung der ICT im Allgemeinen und die des Internets in Verbindung mit
breitbandigen Telekommunikationsnetzen und leistungsfähigen Endgeräten wie
Smartphones und Tablet PCs im besonderen ist nicht hoch genug einzuschätzen.
12                                                              THEORETISCHER BEZUGSRAHMEN

Die rasante Entwicklung der ICT stellt auch im Bereich der PSS-Forschung einen wichtigen
Bereich dar, da sich durch sie neue Chancen für innovative PSS für grundsätzlich neue
Geschäftsmodelle ergeben. Neue ICT-Entwicklungen fördern die Praktikabilität und
ökonomische Machbarkeit von PSS-Anwendungen (vgl. Hernandez Pardo et al., 2012).
Die ICT ist aber nicht nur eine Enabling-Technologie für PSS, sondern auch gerade im
Bereich der Telekommunikation als Vorreiter anzusehen. Betrachtet man die massenhafte
Angebotsentwicklung und Ausstattung privater Haushalte seit 1945 mit Wähltelefonen, so
wird deutlich, dass es sich hierbei um eine frühe PSS-Anwendung handelt. Die Kombination
physischer Komponenten, die zur Miete bereitgestellt werden, in Verbindung mit der
Servicedienstleistung der Netzbereitstellung, stellten nach der Logik von Tukker ein "pay per
service unit" Angebot dar (Tukker, 2004, 248).
Über die letzten Jahrzehnte wurde dieses Geschäftsmodell mit seinen Produkten zwar den
neuen technischen und regulatorischen Standards sowie den Gesetzen des Wettbewerbes
angepasst, stellt aber nach wie vor eine PSS-Anwendung dar.
Durch die rasante Weiterentwicklung der Technologien im Bereich ICT entstand eine
technologische Basis, ohne die ein nicht unerheblicher Teil heutiger PSS-Anwendungen
undenkbar wäre.
In der Kategorie "Produkt orientierte PPS" entstanden unzählige Anwendungen, die erst
durch moderne ICT möglich wurden. Zum Beispiel haben Anlagenbauer Wartungs- und
Überwachungssysteme entwickelt, die weltweit Maschinen und Anlagen ständig überwachen
und so neue Wartungs- und Betriebsangebote ermöglichten (vgl. Reim, 2008).

In der Kategorie nutzungsorientiertes PSS sind beispielsweise Anwendungen, wie Call a
bike     (http://www.callabike-interaktiv.de) oder     Carsharing    Angebote   wie   Zipcar
(http://www.zipcar.com) zu nennen. Diese PSS wären deutlich weniger attraktiv, wenn es den
Kunden nicht möglich wäre, z. B. nach mietbaren Fahrrädern oder Fahrzeugen zu suchen. Erst
die Nutzung von mobilfunkgestützten M2M-Kommunikationsdienstleistungen ermöglicht es,
Standorte der Fahrzeuge regelmäßig zu übermitteln. Über Smartphones und PC´s mit Inter-
netanbindung ist es den Kunden möglich geworden, die Standorte der Fahrzeuge unterwegs
eigenständig zu finden. Solche Serviceelemente ermöglichen den Kunden eine sinnvolle Nut-
zung und eröffnen zugleich den Betreibern neue wirtschaftliche Perspektiven. Da die Fahr-
zeuge in der Regel effizienter genutzt und ausgelastet werden können, steigt die Ökoeffizienz
für diese Anwendungsfälle deutlich (vgl. Ökoeffizient handeln, 2012).

2.4   Allgemeine Mechanismen zur Effizienzsteigerung durch PSS
Da PSS einen generischen Ansatz verfolgt und auf unterschiedlichste Branchen und Kun-
dengruppen Anwendung findet, können die Wechselwirkungen auf die Ökonomie, die Ökolo-
gie und der daraus resultierenden Ökoeffizienz auch nur generisch bleiben. Die Literatur zu
Thema PSS bleibt gerade in diesem entscheidenden Bereich sehr allgemein.
THEORETISCHER Bezugsrahmen                                                                         13

Tukker und Tischner haben auf Basis von Wong (vgl. Wong, 2001) generische Nutzenele-
mente abgeleitet. In ihrem Buch "New Business for Old Europe" sprechen sie von "Potential
environmental benefits of PSS" (Tukker et al., 2006, 85) und sprechen hier zwar nur von
einem potenziellen Nutzen, sehen aber trotzdem eine gute Basis für die Analyse von PSS-
Anwendungen in Hinblick auf ihre Wirkungen auf die Ökoeffizienz.
Da die meisten von Tukker und Tischner und anderen Wissenschaftlern genannten
ökologischen Potenziale ebenfalls einen direkten Einfluss auf die Ökonomie haben, ist eine
Trennung von ökologischen und ökonomischen Fragestellungen nicht sinnvoll und wird hier
auch nicht durchgeführt.

Die in Tabelle 1 von Tukker et al. und weiteren Autoren aufgeführten relevanten generischen
Effizienzkriterien zur Steigerung der Ökoeffizienz stellen für diese Arbeit die Basis der
Analyse der Kriterien der Ökoeffizienz von Cloud-Computing dar. Anhand dieser, in vier
Übergruppen sortierten Kriterien wird der konkrete Anwendungsfall Cloud-Computing
analysiert und auf seine Ökoeffizienz hin beurteilt.

Tabelle 1: In der PSS-Literatur genannte Effizienzkriterien (eigene Darstellung)

Pos.                              Effizienzkriterien                   Quelle
1              Effizienz steigernde Gestaltung und Produktion von
               Produkten
1.1            Geringere Energie- und Materialverbräuche               Tukker et al., 2006
               während der Produktion und der Nutzungsphasen
               von PSS verglichen mit reinen Produkten.
1.2            Geringere Lagerbestände während der Produktion          Hawken et al., 1999
               durch schlankere Produktionsmethoden erzeugen
               geringere Kosten
1.3            Hersteller, die selbst als PSS-Anbieter auftreten,      Tukker et al., 2006
               werden weitere Optimierung an den Produkten
               durchführen, da sie die Bedürfnisse der Kunden
               besser verstehen. So können auch unnötige
               Produktionen vermieden werden.
1.4            Hersteller können ihr und das technisches Wissen        Baines et al, 2007
               ihrer Kunden nutzen, um durch PSS den gleichen
               oder einen höheren Kundennutzen zu erzeugen, bei
               geringeren Kosten und geringerer
               Umweltbelastung.
1.5            PSS könnte als Methode die Anbieter dazu                Tukker et al., 2006
               ermutigen, größere Produktverantwortung zu
               übernehmen, um die Produkte attraktiver für die
               Kunden, die Hersteller und die Umwelt zu gestalten.
2              Effizienz steigernde Effekte durch geänderte
               Einsatzszenarien von Produkten
2.1            Das Angebot von perfektionierten Systemlösungen         Mont, 2002; Tukker, 2004; Cook
               fördert die Ressourceneffizienz und Funktionalität      et al., 2009
               jedes Elementes. Anbieter von ‘functional result‘ PSS
               werden versuchen, ihre Kosten auch durch radikale
               Innovationen zu senken.
14                                                                  THEORETISCHER BEZUGSRAHMEN

2.2          Verbesserte gesamtheitliche                           Mont, 2002; Cook et al., 2008
             Ressourcenproduktivität und Endmaterialisierung
             von PSS-Anwendungen
2.3          Reduzierte Verbräuche durch alternative               Mont 2002; Cook et al., 2007
             Nutzungsszenarien
2.4          Verlängerung der Nutzungsphase von Produkten          Hernandez Pardo, 2012
3            Effizienzsteigerung durch Skaleneffekte in der
             Nutzungsphase
3.1          Ökologischer Nutzen durch ‘Economics of Scale‘        Tukker et al., 2006
3.2          Ein Upgrade der existenten PSS-Infrastruktur auf      Tukker et al., 2006
             neue ökoeffizientere Technologien ist einfacher.
4            Effizienz steigernde Effekte durch die Optimierung
             von Kreisläufen
4.1          Langlebige Produkte könnten die benötigte             Tukker et al., 2006
             Produktanzahl über die Zeit reduzieren. Durch
             intensivere Nutzung könnte eine positive Wirkung
             auf die Umwelt entstehen.
4.2          Anbieter warden verstärkt in professionelle Wartung   Tukker et al., 2006; Baines et al.,
             in der Nutzungsphase investieren und sichern so       2007
             einen höheren Qualitätsbestand am Ende des Life-
             Cycles. So kann eine höhere Recyclingquote
             erzeugt werden.
4.3          Am Ende des Life-Cycles können die Produkte           Tukker et al., 2006
             einfacher für Recyclingzwecke eingesammelt
             werden, da die Nutzung auf weniger Orte verteilt
             ist.
4.4          Geschlossene Materialzyklen                           Cook et al., 2006; Mont, 2002
4.5          Entwicklungen und Planungen von besseren              Tukker et al., 2004
             Prozessen der Abfallbeseitigung bereits in der
             Konzeptionsphase. Hersteller können innovative
             Nutzungsformen entwickeln, für die Nutzung von
             Produkten nach ihrem eigentlichen Einsatz.

An dieser Stelle ist allerdings kritisch anzumerken, dass etliche Autoren des
Forschungsprojektes SusProNet feststellen, dass PSS nicht in jedem Fall zu ökologischen
und sozialen Vorteilen oder Verbesserungen führt (vgl. Charter et al., 2004, 57). Die
genannten positiven ökologischen und ökonomischen Effekte können eintreten, müssen aber
nicht, was allerdings bei der Vielzahl und Bandbreite möglicher PSS-Anwendungen auch
nicht überrascht.
CLOUD-COMPUTING vor dem Hintergrund der Nachhaltigkeit                                    15

3       CLOUD-COMPUTING VOR DEM HINTERGRUND DER NACHHALTIGKEIT

Seit den Jahren 2006/2007 wird der Begriff Cloud-Computing immer populärer. Ursprünglich
wurde er wohl von den Unternehmen Amazon, Google und Yahoo zuerst geprägt (vgl. Koller,
2011). Diese Firmen standen vor dem Problem, entsprechende Peak-Ressourcen nur für
wenige Tage im Jahr bereithalten zu müssen. So nutzt Amazon zum Beispiel an
durchschnittlichen Tagen nur 10 % seiner maximalen Rechenleistung. Erst zu den
Spitzenzeiten, z. B. im Weihnachtsgeschäft, werden die Maximalkapazitäten benötigt. Aus
dieser Überkapazität an den meisten Tagen des Jahres entstand die Idee, Computing-
Leistungen aus der "Cloud" an Dritte zu verkaufen (vgl. Hof, 2006). Seither ist Amazon einer
der Pioniere und gleichzeitig Marktführer in diesem BtoB-Cloud-Computing-Segment.
Im Zuge der enorm gewachsenen Verbreitung von Smartphones und konsumentenorientier-
ten Cloud-Anwendungen im BtoC-Bereich hat der Begriff an Popularität gewonnen.
Der Begriff Cloud-Computing wird in der Öffentlichkeit sehr inflationär eingesetzt und bedarf
einer Definition. Das National Institute of Standards and Technology (NIST) prägte die
allgemein anerkannte Definition von Cloud Computing als „...a model for enabling ubiquitous,
convenient, on-demand network access to a shared pool of configurable computing
resources (e.g., networks, servers, storage, applications and services) that can be rapidly
provisioned and released with minimal management effort or service provider interaction"
(NIST, 2011, 2).
Das bedeutet, dass ein Computing-Angebot nur dann als Cloud-Computing-Angebot
bezeichnet wird, wenn es folgende Eigenschaften aufweist:
        On-demand self-service
         Kunden können selbstständig Computing-Leistungen wie z. B. Rechnerkapazität oder
         Speicherplatz ohne ein Zutun Dritter eigenständig konfigurieren und nutzen.
        Broad network access
         Die Computing-Ressourcen sind über ein oder mehrere Netzwerke zu erreichen und
         über standardisierte "thin" oder "thick" Clients zu nutzen.
        Resource pooling
         Die mandantenfähigen Computing-Ressourcen werden durch eine Vielzahl von
         Kunden genutzt. Die physikalischen und virtuellen Ressourcen werden nach
         individuellen Kundenbedürfnissen bereitgestellt.
        Rapid elasticity
         Kapazitäten können flexibel, zum Teil auch automatisiert, bereitgestellt und genutzt
         werden. Eine sofortige Skalierung ist zu jeder Zeit möglich.
16                                      CLOUD-COMPUTING VOR DEM HINTERGRUND DER NACHHALTIGKEIT

          Measured service
           Cloud-Managementsysteme kontrollieren und optimieren automatisch die Computing-
           Ressourcen. Verbräuche werden gemessen und Anbietern und Nutzern transparent
           gemacht
           (vgl. National Institute of Standards and Technology, 2011).

Diese Arbeit orientiert sich im Folgenden an dieser Definition, da sie einen sinnvollen
Abgrenzungsrahmen bietet.

3.1       Cloud Architektur und Abgrenzung zur Virtualisierung
Seit einigen Jahren, noch bevor der Begriff Cloud-Computing Popularität erlangte, gewann
der Begriff der sogenannten „Virtualisierung“ an Bedeutung.
Zum richtigen Verständnis des gesamten Themenkomplexes ist es wichtig, die Abgrenzung
zwischen Virtualisierung und Cloud-Computing vorzunehmen. Die Virtualisierung stellt eine
wichtige Basis für das Cloud-Computing dar - ist aber nicht mit ihr gleichzusetzen.
Virtualisierung bezeichnet im übergreifenden Sinne Software-Techniken, die eine
Abstraktionsschicht zwischen der Ebene des Betriebssystems eines Servers einerseits und
den physischen Ressourcen wie z. B. Hardwarekomponenten eines Rechners andererseits,
implementieren. Diese Abstraktionsebene dient dazu, physische Ressourcen logisch nach
Bedarf in Teilgruppen zusammenfassen zu können, so dass auf einem physischen Server
mehrere virtuelle Server abgebildet werden können (vgl. Klages, 2009, 8).
Die überragende Bedeutung liegt darin, dass Computingressourcen deutlich effizienter
genutzt werden können und zudem virtuelle Server von einer physischen Hardware auf eine
andere flexibel zu verschieben sind.
Der Unterschied zwischen Virtualisierung und Cloud-Computing wird deutlich, wenn die fünf
Grundvoraussetzungen von Cloud-Computing betrachtet werden. So erfüllt die reine
Virtualisierung von Rechenzentren bereits das Kriterium des „Ressource pooling", die der
„Rapid elasticity" und die des „Measured service". Die Kriterien „On-Demand self-service"
und „Broad network access" sind Spezifika des Cloud-Computings.
Die Virtualisierungstechnologie stellt also eine Teilmenge von Cloud-Computing-Plattformen
dar. Der Nutzen von Virtualisierung in Bezug auf die Ökoeffizienz fließt folglich in die
Betrachtung des Nutzens von Cloud-Computing ein.
Im Rahmen dieser Arbeit wird der Nutzen in Bezug auf die Ökoeffizienz von Cloud-
Computing verglichen mit traditionellen „On Premise“ Server-Strukturen – die häufig auch als
Silo-Strukturen bezeichnet werden. Abbildung 7 verdeutlicht die prinzipiellen Unterschiede
zwischen den unterschiedlichen Nutzungsformen der Serverhardware.
CLOUD-COMPUTING vor dem Hintergrund der Nachhaltigkeit                                     17

                       Abbildung 7: Reshaping IT (vgl. Meyer et al., 2011)

Im Bereich der privaten Rechenzentren wurden in den letzten Jahren zunehmend virtuelle
IT-Strukturen aufgebaut und so sogenannte "Service-orientierte Infrastrukturen" geschaffen.
So setzten 39,4 % aller deutschen Unternehmen mit über 1000 Mitarbeitern nach einer
Umfrage bereits virtualisiere Serverstrukturen ein. Bei kleineren Unternehmen ist die Quote
noch deutlich geringer (vgl. Veeam, 2011). Demzufolge ist es vertretbar, nicht virtualisierte
„On Premise“ Silo-Infrastrukturen mit virtualisierten Cloud-Infrastrukturen (Rechenzentren) zu
vergleichen.
Ein weiteres Kriterium von Cloud-Computing ist die Nutzung der Cloud-Dienste über
Breitband- oder Mobilfunknetze auf Basis von Internet-Technologien (vgl. Abb. 8). Hinzu
kommen, aus einer Cloud-Anbietersicht, deutlich höhere Anforderungen an das Management
der genutzten Infrastruktur.
18                                   CLOUD-COMPUTING VOR DEM HINTERGRUND DER NACHHALTIGKEIT

Abbildung 8: Vergleichende Systemdarstellung „On Premise“ gegenüber einer öffentlich
             zugänglichen Cloud-Infrastruktur (eigene Darstellung)

Neben der technischen Evolution von virtualisierten-Stukturen zu Cloud-Strukturen ist die
wirtschaftliche und geschäftliche Bedeutung als revolutionär anzusehen (vgl. Abb. 7).

Das Revolutionäre an Cloud-Computing sind die drei Eigenschaften nach NIST „On-demand
self-service", "Broad network access" und "Measured service". Hierdurch werden Cloud-
Computing Services weltweit nutzbar und Kunden sind in der Lage, zu jeder Zeit die volle
Kontrolle über ein Self-Service-Portal auszuüben. Für Betreiber ergeben sich aus der Cloud
Innovation vollkommen neue Geschäftsmodelle mit einer weltweiten Vermarktungsbasis.
Diese Eigenschaften versprechen eine Win-win Situation für Anbieter und Kunden.

3.2   Cloud-Computing vor dem Hintergrund PSS
Wie bereits in Kapitel 2.3 ausgeführt, kombiniert diese PSS die Leistungen physischer
Produkte mit Dienstleistungskomponenten zu einem Computing-Angebot zur Befriedigung
von Kundenbedürfnissen, ohne dass der Kunde sich IT-Hardware beschaffen muss.
Im Falle von Cloud-Computing basieren die PSS-Angebote auf physischen Produkten wie
z. B. Serversystemen, Racks, Blade Centers, Storagesystemen, Netzwerkkomponenten,
Stromversorgung etc. (vgl. Abb. 8). Einen unverzichtbaren Teil der gesamten Cloud-
Computing-Anwendung      übernehmen     diverse   Softwarekomponenten    auf    den
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