Algorithmen sind heutzutage kein Nischenthema mehr für Mathematiker. Die meisten Menschen, die im Internet unterwegs sind, wissen, dass sie dabei ständig von Algorithmen begleitet werden. Für viele bleibt der Algorithmus dennoch ein abstrakter Begriff, schließlich kann man ihn weder sehen noch anfassen. Trotzdem ist er da. Und seine Ausführung benötigt Rechenleistung, die wiederum Energie verbraucht. Was bedeutet das aber konkret für den Stromverbrauch?
Was ist ein Algorithmus überhaupt?
Seinen Namen verdankt der Algorithmus einem Mann, der vor rund 1.200 Jahren lebte. Der persische Mathematiker Muhammad ibn Musa al-Chwarizmi wurde durch seine ins Lateinische übersetzten Werke bekannt. Aus der latinisierten Form seines Namens, Algoritmi, entwickelte sich über die Jahrhunderte dann das Wort Algorithmus.
Mit Computern hatte al-Chwarizmi natürlich noch nichts am Hut. Seine mathematischen Verfahren beruhten allerdings auf einem Prinzip, das bis heute gilt. Ein Algorithmus löst eine Aufgabe anhand festgelegter Anweisungen Schritt für Schritt. Dabei kann er nicht nur rechnen, sondern beispielsweise auch Daten vergleichen, sortieren oder auswählen.
In der digitalen Welt werden Algorithmen als Programmcode umgesetzt, der auf Smartphones, Computern oder Servern gespeichert ist. Sobald das entsprechende Programm ausgeführt wird, arbeitet ein Prozessor die Anweisungen ab.
Das passiert im Alltag ständig. Navigationssysteme berechnen Fahrtrouten, Suchmaschinen ordnen ihre Treffer und Streamingdienste wählen Filmempfehlungen aus. Auch Banken nutzen Algorithmen, um verdächtige Transaktionen zu erkennen. Selbst hinter einer scheinbar simplen automatischen Rechtschreibkorrektur stecken entsprechende Verfahren.
Auch bei Online-Glücksspielen sind Algorithmen unverzichtbar. Ein gutes Beispiel sind virtuelle Spielautomaten, bei denen sogenannte Zufallszahlengeneratoren (RNG) über die Spielergebnisse entscheiden. Diese erzeugen innerhalb kürzester Zeit unzählige Zahlenwerte, aus denen sich die Ergebnisse der einzelnen Spielrunden ergeben.
Auf Vergleichsportalen wie Casino Groups lassen sich Anbieter finden, deren Glücksspiele auf dieser Technologie basieren. Hinter den bunten Walzen und Gewinnsymbolen stecken also mathematische Berechnungen, die von einem Prozessor ausgeführt werden müssen und entsprechend Energie benötigen.
Joule und Wattstunden bei Algorithmen
Forscher beschäftigen sich seit vielen Jahren mit der Frage, wie viel Energie digitale Berechnungen verbrauchen. Dabei geht es nicht allein um den Strombedarf von Computern und Servern, sondern auch darum, wie viel Energie einzelne Algorithmen für die Ausführung bestimmter Aufgaben benötigen.
Eine wissenschaftliche Untersuchung aus dem Jahr 2019 (Studie auf Englisch) zeigt, dass selbst zwei Verfahren, die exakt dasselbe Ergebnis liefern, einen sehr unterschiedlichen Energiebedarf haben können. Die Wissenschaftler untersuchten unter anderem verschiedene Algorithmen zum Sortieren von 50.000 Zahlen.
Bei einem Verfahren waren es durchschnittlich 2,30 Millijoule, bei einem anderen 8,69 Millijoule. Der zweite Algorithmus benötigte für dieselbe Aufgabe also fast viermal so viel Energie. Die Wissenschaftler gaben den Energieverbrauch in Millijoule an. Ein Joule ist eine physikalische Einheit für Energie, die auch zur Messung von Wärme verwendet wird.
Sie ist eng mit der Kalorie verwandt, die vor allem aus der Ernährungslehre bekannt ist. Eine Kalorie entspricht rund 4,184 Joule, ein Millijoule wiederum einem Tausendstel Joule. Bei den untersuchten Algorithmen ging es also um ausgesprochen geringe Energiemengen.
Beim Stromverbrauch begegnet uns Energie dagegen vor allem in Wattstunden (Wh) oder Kilowattstunden (kWh), wie wir sie von der Stromrechnung kennen. Beide Einheiten lassen sich ineinander umrechnen. Eine Wattstunde entspricht 3.600 Joule. Damit können auch größere Energiemengen übersichtlich angegeben werden.
Google veröffentlichte 2025 eine Untersuchung zum Energieverbrauch seines KI-Assistenten Gemini (Studie auf Englisch). Demnach benötigte eine gewöhnliche Textanfrage im mittleren Messwert 0,24 Wattstunden. Mit dieser Energiemenge ließe sich eine LED-Lampe mit einer Leistung von 5 Watt knapp drei Minuten lang betreiben.
Bei der Untersuchung wurde allerdings nicht nur die eigentliche Berechnung berücksichtigt, sondern auch der Stromverbrauch der beteiligten Computer und der technischen Infrastruktur.
Vom Algorithmus zum Arbeitsalltag
Während eines gewöhnlichen Arbeitstages führt ein Laptop unzählige Algorithmen aus. Schon beim Öffnen eines Programms, beim Laden einer Website oder beim Speichern eines Dokuments werden zahlreiche Anweisungen verarbeitet. Natürlich ist der Prozessor dabei nicht durchgehend gleich stark ausgelastet.
Eine einfache Texteingabe stellt schließlich ganz andere Anforderungen an die Hardware als die Bearbeitung eines hochauflösenden Videos. Die Verbraucherzentrale Hamburg beziffert den Stromverbrauch eines Standard-Laptops bei acht Stunden Büroarbeit auf etwa 0,2 Kilowattstunden.
Bei 22 Arbeitstagen im Monat ergeben sich daraus 4,4 Kilowattstunden, bei 220 Arbeitstagen im Jahr rund 44 Kilowattstunden. Dabei verbrauchen natürlich nicht nur die Algorithmen Strom.
Auch der Bildschirm, der Arbeitsspeicher und andere Bauteile benötigen Energie. Wie viel davon tatsächlich gebraucht wird, hängt wiederum davon ab, was man mit dem Laptop macht.
Beim Schreiben einer E-Mail hat der Prozessor deutlich weniger zu tun als beim Schneiden eines Videos oder beim Spielen eines aufwendigen Computerspiels. Der Stromverbrauch steigt also mit der Beanspruchung der Hardware, wobei auch die technische Ausstattung des Geräts eine Rolle spielt.
Im großen Maßstab: Der enorme Energieverbrauch von Rechenzentren
Ein einzelner Laptop fällt beim Stromverbrauch also kaum ins Gewicht. In großen Rechenzentren sieht das aber schon ganz anders aus. Hier stehen Tausende Server, die rund um die Uhr Daten verarbeiten, Websites bereitstellen oder KI-Anwendungen betreiben.
Und die Computer selbst sind noch nicht alles. Sie erzeugen während des Betriebs Wärme und müssen deshalb kontinuierlich gekühlt werden. Die Kühlung und die übrige Technik benötigen ihrerseits permanent ausreichend Strom.
Laut der Internationalen Energieagentur (IEA) verbrauchten Rechenzentren weltweit im Jahr 2025 rund 485 Terawattstunden Strom. Eine Terawattstunde entspricht einer Milliarde Kilowattstunden. Und es dürfte noch deutlich mehr werden. Für 2030 rechnet die IEA mit etwa 950 Terawattstunden jährlich, also fast doppelt so viel wie 2025.
Angetrieben werde diese Entwicklung vor allem durch künstliche Intelligenz. Allein 2025 sei der Stromverbrauch der speziell auf KI ausgerichteten Rechenzentren um 50 % gestiegen. Große KI-Modelle benötigten derzeit enorme Rechenkapazitäten, sowohl während ihrer Entwicklung als auch später bei der Nutzung.
Sorgen um Nachhaltigkeit und steigende Kosten für alle?
Da immer mehr Menschen privat und beruflich KI-Anwendungen nutzen, wird auch zunehmend mehr Rechenleistung benötigt. Bestehende Rechenzentren müssen also vergrößert und neue gebaut werden. Dafür wiederum müssen neue Stromleitungen gelegt und werden und überhaupt neue Anlagen zur Stromerzeugung entstehen.
Die Kosten für ihre Rechenzentren tragen zunächst die Unternehmen selbst. Beim Ausbau des Stromnetzes sieht die Sache allerdings anders aus. Hier übernehmen zunächst die Stromnetzbetreiber die Kosten. Einen Teil davon holen sie sich aber relativ unmittelbar über die Stromrechnungen wieder zurück.
Auch private Haushalte können also indirekt an den Kosten beteiligt werden, obwohl sie mit den neuen Rechenzentren überhaupt nichts zu tun haben. Parallel kann die steigende Nachfrage nach Strom den Strompreis ohnehin noch weiter in die Höhe treiben.
Umso wichtiger dürfte es künftig werden, den Ausbau zuverlässiger und nachhaltiger Energiequellen voranzutreiben, damit der wachsende Strombedarf gedeckt werden kann, ohne Umwelt und Verbraucher unnötig zu belasten.
