CO2 Emissionen eines Onlineshops

Für alle die leider den 1. Shopware-Stammtisch in München verpasst haben, folgt hier die Zusammenfassung unsereres Vortrags vom 22.02.2023.

1. Relevanz der CO2 Emissionen eines Onlineshops

Menschliche Gesellschaften befinden sich in stetigem Wandel. Gleichzeitig haben wir nicht die Kapazität allen Themen gleichzeitig Aufmerksamkeit zu schenken. So kommt es, dass der aktuelle Zeitgeist oft mit großen gesellschaftlichen Ereignissen zusammenhängt, die zugehörige Themen in den Vordergrund rücken. Dieses Phänomen lässt sich auch beim Umweltbewusstsein und dem Kaufverhalten der deutschen Bevölkerung nachweisen.

1.1 Umweltbewusstsein

Seit bereits 25 Jahren führt das Umweltbundesamt (UBA) repräsentative Studien zum Umweltbewusstsein in der deutschen Bevölkerung durch. In ihrem Bericht zum 25-Jährigen Jubiläum wurden zum Vergleich zusätzlich historische Quellen herangezogen, sodass sich eine interessante langfristige Entwicklung ablesen lässt:

Abbilung 1: Entwicklung des Umweltbewusstseins [^1]

Wie Abbildung 1 zeigt, ging mit dem Aufkommen der Fridays For Future-Bewegung ein rasanter Anstieg des Umwelt- (& Klima-) Bewusstseins einher. Dies führte dazu, dass Umwelt- und Klimaschutz in den letzten Jahen ein so hoher Stellenwert beigemessen wurde, wie zuletzt nach dem Reaktorunfall in Tschernobyl und der Bekanntwerdung des Waldsterbens in den 80er Jahren.

Aber wirkt sich dieser Zeitgeist auch auf die Kaufkriterien der deutschen Kunden aus?

Abbildung 2: Nachhaltigkeit als Kaufkriterium [^2]

Laut einer Studie des Händlerbundes ist das durchaus aus der Fall. Bei einer Befragung von etwa 1000 Leuten im Jahr 2021 haben demnach im Schnitt etwa zwei Drittel angegeben, dass Nachhaltigkeit für sie ein eher wichtiges, bis sehr wichtiges Kaufkriterium ist (Abbildung 2). Während knapp ein Drittel der Befragten dem Thema neutral gegenüberstanden, ist Nachhaltigkeit nur etwa 13% der Befragten weniger bis gar nicht wichtig gewesen. Mit Ausnahme des Finanzsektors ergab sich hier ein einheitliches Bild in Bezug auf die unterschiedlichen untersuchten Branchen.

1.2 Kaufverhalten

Die Möglichkeit Produkte vom Smartphone oder Computer aus, mit wenigen Klicks zu sich nach Hause zu bestellen, verringert Hürden für Kunden und macht Shopping denkbar einfach. Es ist daher kein Wunder, dass sich E-Commerce immer größerer Beliebtheit erfreut. Betrachtet man den Jahresbericht des Bundesverbandes der Paket und Expresslogistik aus dem Jahr 2022, lässt sich diese Entwicklung gut erkennen:

Abbildung 3: Entwicklung des Paketsendungsvolumens [^3]

Während das Sendungsvolumen seit 2011 stetig zunimmt, erwarten Prognose & Trendforschung für die kommenden Jahre auch gute Chancen auf weiteres Wachstum (Abbilung 3). Besonders gut ablesen, lässt sich an den Zahlen zudem die positive Korrelation von Sendungsvolumen und der Corona-Pandemie ab 2019. Weiterhin, werden im Text der Studie genauere Zahlen über den Anstieg des Sendungsvolumens im Bereich der B2C-Sendungen (Business to Customer) sowie der B2B-Sendungen (Business to Business) angegeben. Im Vergleich zum Jahr 2021 sei die Zahl der B2B-Sendungen um 5,7% und die Zahl der B2C-Sendungen sogar um 16,6% angestiegen.

Die deutsche Bevölkerung achtet also zunehmend auf Nachhaltigkeit und setzt immer mehr auf Onlineshopping. Sind diese beiden Trends vereinbar?

1.3 CO2 Emissionen im E-Commerce

Unter der Annahme, dass ich ein Produkt entweder online oder vor Ort kaufen kann: Welche der Optionen ist besser für das Klima? Wie viel CO2 produziert ein Kauf in einem Onlineshop im Vergleich zu einem Kauf im stationären Handel?

Abbildung 4: CO2 Emissionen beim Kauf eines Produkts [^4]

Basierend auf den Zahlen aus einer Studie der Unternehmensberatung Oliver Wyman, die zusammen mit Forschern der Universität St. Gallen durchgeführt wurde, kann der Kauf eines Produkts im Onlineshop etwa halb so viel Gramm CO2-Äquivalente produzieren wie dessen Kauf im stationären Handel (Abbildung 4). Beide Käufe weisen ähnliche Faktoren der CO2 Emission auf, deren Anteile an der Gesamtproduktion sind zum Teil allerdings sehr unterschiedlich. Während im stationären Handel viel Energie aufgewendet werden muss um Ladenfläche zu beheizen und zu belichten, kann das Lager eines Onlineshops vergleichsweise effizienter betrieben werden (vgl. 'building energy consumption' in Abbildung 4). Auch der Weg des Kunden zum Laden hat einen großen Anteil an der Gesamtproduktion. Da dieser Weg sehr unterschiedlich zurückglegt werden kann, haben die Forscher für ihr Model die Annahme getroffen, dass die Hälfte der Kunden das Auto nehmen. Im Schnitt hat die Studie ergeben, dass das Zustellen der Waren vom letzten Logistikzentrum per Kurierdienst deutlich sparsamer ist als wenn alle Kunden ihre Ware selbst im Geschäft abholen (vgl. 'last mile delivery' vs. 'consumer going to store' in Abbildung 4). Es lassen sich allerdings auch Faktoren finden die beim Onlineshop mehr CO2 produzieren als im regulären Laden. Dazu gehört neben Verpackung und Transport zu Poststation/Geschäft (vgl. 'transport from vendor to postal station' vs. 'transport from vendor to physical retail store' in Abbildung 4) auch der Betrieb der IT.

Da wir eine E-Commerce-Agentur sind, wollen wir uns entsprechend unserer Expertise im weiteren Verlauf auf den Faktor IT fokussieren. Wodurch wird hier das CO2 produziert?

1.4 CO2 Emissionen des Internets

Bevor Elektrizität aus der Steckdose fließen kann, um einen digitalen Bestellvorgang zu ermöglichen, muss diese Energie erstmal produziert werden. Je nach Verfahren werden hierbei z.B. fossile Energieträger verbrannt. Treibende Kraft der CO2 Emissionen der Informationstechnologie und damit auch des Internets ist daher der hohe Strombedarf.

Abbildung 5: Treibhausgasemissionen des Internets [^5]

Der französische Think Tank "The Shift Project" warb 2019 für Nüchternheit (engl. Sobriety) im Umgang mit IT. Unterstrichen wurde dies anhand einer Darstellung über den Anteil der globalen Treibhausgasemissionen, der durch das Internet verursacht wird (Abbildung 5). In der Abbildung steht das vorgeschlagene Sobriety-Model in starkem Kontrast zu den anderen dargestellten Modellen. Diese Vergleichs-Modelle basieren dabei auf Prognosen einer viel zitierten Studie über die globale Stromnutzung durch IT [^6]. Ablesen lässt sich zudem, dass der Anteil des Internets an den globalen Treibhausgasemissionen im Jahr der Publikation (2019) bereits zwischen 3 & 4% betrug. In einem Artikel der BBC aus dem Jahr 2020 wurde ein Anteil von 3,7% mit dem Einfluss des Flugsektors gleichgesetzt [^7].

Das Internet spielt also ein ernstzunehmende Rolle als Treiber des Klimawandels. Aber wie viel trägt nun mein Online-Shop dazu bei?

2. Transparenz der CO2 Emissionen eines Onlineshops

Neben CO2 kann das Internet auch viel Wissen produzieren. Und natürlich stellt das Internet auch Informationen über seine eigene CO2-Produktion bereit. Besonders greifbar werden diese Informationen wenn man sich auf die einzelnen kleinen Bausteine des WWW fokussiert: Websites.

2.1 Website-Vergleichstools

Angenommen ich habe einen Onlineshop oder einen sonstigen Internetauftritt und interessiere mich für die CO2 Emissionen dieser speziellen Website. Jetzt kann ich die URL der Startseite oder einer etwaigen Kategorieübersichtsseite nehmen und sie bei https://www.websitecarbon.com/ oder https://ecograder.com/ eingeben. Diese Vergleichstools berechnen dann wie viel CO2 produziert wird, wenn der angegebene Link aufgerufen wird und stellen einen Bericht darüber bereit. In diesem Bericht wird das Ausmaß der CO2 Emissionen dann anschaulich dargestellt und bewertet (Prozent der bisher mit dem Tool getesten Websites die mehr CO2 produzierten: Websitecarbon bzw. Punktzahl, die angibt wie gut die Website dahingehend optimiert ist CO2 zu sparen: Ecograder). Im Bericht von Ecograder sind auch gleich Tipps dazu enthalten wie die Website optimiert werden könnte. Ecograder baut hierfür auf eine Analyse mittels Google Lighthouse auf. Beide Tools bieten zusätzlich die Möglichkeit das produzierte CO2 für unterschiedlich viele Aufrufe im Monat zu erhalten sowie eine Angabe dazu ob die getestete Website grün gehostet wird. Die Einschätzung zum Hosting basiert darauf ob das Hosting-Unternhemen in der Datenbank der https://www.thegreenwebfoundation.org/ gelistet ist.

2.1.1 CO2-Berechnung

Die Autoren der Vergleichstools Websitecarbon (https://www.wholegraindigital.com/) & Ecograder (https://www.mightybytes.com/) haben sich zusammengetan und die Plattform https://sustainablewebdesign.org geschaffen. Diese Plattform gibt ausführliche Tipps zu nachhaltigem Webdesign, auf die wir im kommenden Abschnitt noch genauer eingehen werden. Darüber hinaus findet man dort aber auch eine transparente Erklärung darüber, wie die CO2 Emissionen pro Seitenaufruf berechnet werden können [^8]. Die Autoren geben an, dass sie bemüht sind den Energieaufwand des gesamten Systems Internet in Betracht zu ziehen und berufen sich dafür auf Zahlen der in Abschnitt 1.4 bereits erwähnten Studie zur globalen Stromnutzung durch IT [^6]. In der Studie wurden ingesamt 1988 TWh verbrauchte Energie und 2444 ExaByte übertragene Daten für das Jahr 2020 angegeben. Aus diesen Zahlen berechneten die Autoren der Vergleichstools einen Faktor von 0,81 kWh verbrauchte Energie pro übertragenem GigaByte. Anhand der bei Seitenauruf übertragenen Byte und dem berechneten Faktor 0,81 kWh/GB wird so zunächst der Stromverbrauch für einen Seitenauruf festgelegt. Um daraus die CO2 Emissionen zu errechnen, benötigt man noch den Faktor CO2-Intensität. Dieser gibt an wieviel Gramm CO2 pro verbrauchter Kilowattstunde Strom anfällt. Wenn möglich werden dazu dynamisch Informatioen über den aktuellen Strommix spezifischer Länder aus den Daten des Clean Energy Think Tanks Ember[^9] oder passenden Studien herangezogen. Ist dies nicht möglich, werden konstante Werte genommen (422 g/kWh globaler durchschnittlicher Energiemix bzw. 50 g/kWh für reine erneuerbare Energie laut Ember). Für die Berechnung der CO2 Emissionen mehrere Seitenaufrufe pro Monat wird zusätzlich die Annahme getroffen, dass 75% der Besucher die Seite zum ersten Mal aufrufen. Es wird weiterhin die Annahme getroffen, dass aufgrund von Browser-Caching bei einem erneuten Besuch der Seite nur noch 2% der Daten übertragen werden müssen. Die Implementierung dieser CO2-Berechnung haben die Autoren auch gleich zu einem JavaScript-Paket zusammengefasst, sodass man als Entwickler sehr leicht eigene Berechnungen anstellen kann (https://github.com/thegreenwebfoundation/co2.js).

Informationen über die CO2 Emissionen einer Website sind also transparent einsehbar und vergleichbar. Namhafte Unternehmen haben diesen Informationszugewinn bereits als Chance erkannt und gehen offensiv damit um (z.B. https://www.vw.ca/carbonneutralnet/en/ oder https://lowimpact.organicbasics.com/eur). Bevor man mit einer nachhaltigen Website werben kann, muss diese jedoch erstmal dahingehend optimiert worden sein. Was kann ich also tun um meinen Shop nachhaltiger zu gestalten?

3. Reduktion der CO2 Emissionen eines Onlineshops

Auf dem Weg zum fertigen Onlineshop (bzw. jeglichem Web-Auftritt) gilt es diverse technische Entscheidungen zu treffen. Entsprechend gibt es auch mehrere Stellschrauben an denen man drehen kann um dessen CO2 Emissionen gering zu halten. Um die einzelnen Stellschrauben genauer zu betrachten kann man sich gut an den Tipps der Plattform https://sustainablewebdesign.org orientieren.

3.1 Design

In Sachen Design schlagen die Autoren von https://sustainablewebdesign.org u.a. vor im Vorfeld eine maximale Seitengröße in Byte festzulegen, die wie ein Budget eingehalten werden muss. Auch kann man sich vornehmen maximal 2 Web-Fonts zu verwenden, da diese beim Seitenaufruf zusätzlich übertragen werden müssen. Generell hilft auch der Verzicht auf rechenintensive Animationen oder hochaufgelöste Videos. Zudem kann eine effiziente User Journey den Vorteil bringen, dass Kunden weniger Websiten aufrufen müssen bis sie das gewollte Produkt erreicht haben.

3.2 Enwicklung

Bei der Programmierung einer Website kann man auf eine gute SEO-Optimierung achten. Denn wenn Kunden weniger Klicks und Zeit benötigen um zum gewünschten Produkt zu kommen, spart das CO2. Während also das Blocken von Bots erstmal Traffic einspart, sollte man zumindest Suchmaschinen-Bots weiterhin zulassen. Web-Fonts können auf dem eigenen Server lokaler zwischengespeichert werden um von dort komprimiert ausgeliefert zu werden. Zudem werden meistens nicht alle Schriftgrade (regular/book, medium, bold) verwendet, sodass auch nicht alle übertragen werden müssen. Bilder und Videos sollten möglichst moderne Formate (WebP, AVIF) verwenden und responsiv (auf unterschiedlichen Geräten in unterschiedlichen Größen) lazy nachgeladen werden. Autoplay ist selbstverständlich ungünstig. Die Laufzeit von JavaScript-Code sollte optimiert werden und unnötige Skripte sowie Abhängigkeiten sollten ganz entfernt werden. JavaScript kann zudem automatisch minifiziert werden. Die DOM-Komplexität sowie Einbettung von Drittanbieter-Modulen sollte so gering wie möglich ausfallen. Statische Elemente sollten im Browser-Cache möglichst lange hinterlegt werden. Hier bieten Progressive Web Apps zudem weitere Möglichkeiten Dateien auf Endgeräten zu cachen und sollten speicherintensiven Apps vorgezogen werden, wenn möglich. Auch wenn das Sammeln von Analytics-Daten erstmal vielversprechend klingt, gilt es realistisch einzuschätzen ob die erhobenen Daten wirklich genutzt werden. Beim Programmieren selbst kann auf ein modulares Code Framework zurückgegriffen werden, sodass nur geladen wird was auch benötigt wird. Letztlich kann auch die Verwendung von Open-Source-Software Vorteile mit sich bringen. Denn aktive Projekte zu denen viele Entwickler beitragen, sind potenziell besser optimiert auf Sicherheit und Performance im Vergleich zu veralteten proprietären Produkten. Open-Source-Software erlaubt zudem flexibles und agiles Programmieren ohne große Einstiegshürden und kann damit Zeit sparen die man für ausführliche Code-Testung und Maintenance nutzen kann.

3.3 Hosting

Wie in Abschnitt 2.1.1 beschrieben, spielt der genutze Strom-Mix eine große Rolle für die CO2-Intensität eines Servers und stellt damit den größten Hebel im Bereich des Hostings dar. Weiterhin können Hosting-Anbieter noch auf eine hohe Energieeffizienz (Power Usage Efficiency oder kurz PUE) beim Betrieb der Hardware achten. Ist ein Server räumlich möglichst nah an den Clients die eine gehostete Website aufrufen, wird für den Datentransfer weniger Energie benötigt. Werden Inhalte allerdings von unterschiedlichen Ecken der Welt aus abgerufen, ist die Verwendung von CDNs (Content Delivery Networks) sinnvoll. Generell ist der Einsatz aktueller Software und effizienten Cachings immer ratsam.

4 Fazit

Nachhaltigkeit ist potenziellen Kunden aktuell so wichtig wie schon seit Jahrzehnten nicht mehr. Die Popularität von Onlineshopping kann hier sogar eine Chance darstellen. Wenn man die vorgestellten technischen Maßnahmen betrachtet, kann man festhalten, dass mit CO2-Optimierung immer auch Performance-Optimierung einhergeht. Es kann sich hier also eine Win-Win-Situation ergeben. Ein performanter Shop kann ein wichtiger Faktor für Rankings in Suchmaschinen und zufriedene Kunden sein. Wenn sich ein Unternehmen zudem überzeugend für eine grüne Transformation einsetzt, kann der eigene Shop hier ein positives Aushängeschild sein.

“Just last week I reduced global emissions by an estimated 59.000 kg CO2 per month by removing a 20 kB JavaScript dependency in Mailchimp for WordPress. There's no way I can have that kind of effect in other areas of my life.”

-- Danny van Kooten (Softwareentwickler) [^10]

[^1]: Umweltbundesamt. (2021). 25 Jahre Umweltbewusstseinsforschung im Umweltressort. https://www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/medien/5750/publikationen/[^2]: Händlerbund. (2022). Nachhaltigkeit im E-Commerce | Was Online-Händler tun können. https://www.haendlerbund.de/de/ratgeber/online-handel-business/4183-nachhaltigkeit-e-commerce[^3]: Bundesverband Paket und Expresslogistik e.V. (BIEK) & KE-CONSULT Kurte&Esser GbR. (2022). KEP-Studie 2022 – Analyse des Marktes in Deutschland. https://www.biek.de/download.html?getfile=3041[^4]: Kolf, F. (2021). Neue Studie: E-Commerce hat eine bessere Klimabilanz als stationärer Handel. Handelsblatt. https://www.handelsblatt.com/unternehmen/nachhaltigkeit/einzelhandel-neue-studie-e-commerce-hat-eine-bessere-klimabilanz-als-stationaerer-handel/27082114.html(basierend auf: Oliver Wyman & Logistics Advisory Experts. (2021). Is E-Commerce good for europe? https://www.oliverwyman.com/content/dam/oliver-wyman/v2/publications/2021/apr/is-ecommerce-good-for-europe.pdf) [^5]: The Shift Project. (2019). Lean ICT – Towards Digital Sobriety. https://theshiftproject.org/wp-content/uploads/2019/03/Lean-ICT-Report_The-Shift-Project_2019.pdf[^6]: Andrae, A.S., & Edler, T. (2015). On Global Electricity Usage of Communication Technology: Trends to 2030. Challenges, 6, 117-157. (Update: Andrae, A. S. (2020). New perspectives on internet electricity use in 2030. Engineering and Applied Science Letters, 3(2), 19-31.) [^7]: Griffiths, S. (2020). Why your internet habits are not as clean as you think. https://www.bbc.com/future/article/20200305-why-your-internet-habits-are-not-as-clean-as-you-think[^8]: Adams, C. et al. (2022). Calculating Digital Emissions. https://sustainablewebdesign.org/calculating-digital-emissions/[^9]: Ember. (2023). Electricity Data Explorer. https://ember-climate.org/data/data-tools/data-explorer/[^10]: van Kooten, D. (2020). CO2 emissions on the web. https://www.dannyvankooten.com/blog/2020/website-carbon-emissions/