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Open Password - Freitag, den 11. Dezember 2020

#858
Elektronische Laborbücher – Forschungsdaten – Forschungsdatenmanagement – Wissenschaftliche Bibliotheken – Birte Lindstädt – Standards – Repositorium – Informationsinfrastruktur – ZB MED – Leibniz Centre for Infection – Informationsbasis – Datenverarbeitung – Publizieren & Sharing – IT-Sicherheit – Datenschutz – Bedarfsabfrage – ELN-Wegweiser – Best Practice – Beratung – ELN-Finder – Lizenzierung – Open Science – FAIR - Nachnutzung - Rechenzentrum der Zukunft – Stefan Meier – Prior1 – Energieeffizienz – Stoffkreisläufe – Zero-Waste – Corona-Pandemie – Digitalisierung – Energieeffizienz – Rechenzentren und Umfeld – Regenerative Energien – Klimawandel – Wärme-Nutzung – Edge-Computing – Mikro-Rechenzentren – Zero-Waste-Anlagen – CO2-Steuer - Umweltbundesamt


Elektronisches Laborbuch – Forschungsdatenmanagement - Forschungsdaten

Elektronische Laborbücher als Teil
des Forschungsdatenmanagements
– ein Thema für wissenschaftliche Bibliotheken?

Von Birte Lindstädt, ZB MED
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Elektronische Laborbücher lösen zunehmend Laborbücher in Papierform ab. Dies bietet Vorteile in der operationalen Handhabung, ist aber auch eine strategische Entscheidung mit Blick auf die Etablierung eines durchgängigen Forschungsdatenmanagements für digitale Forschungsdaten. Bei der Auswahl und Einführung eines elektronischen Laborbuchs sind eine Reihe von Kriterien und Rahmenbedingungen zu beachten und vorbereitende Analysen durchzuführen. Wissenschaftliche Bibliotheken können hier für ihre Zielgruppe der Forschenden in den Natur- und Lebenswissenschaften unterstützend und beratend tätig werden und damit das institutionelle oder projektbezogene Forschungsdatenmanagement fördern. Darüber hinaus können Bibliotheken zur Standardfindung mit Blick auf den Datenaustausch zwischen unterschiedlichen elektronischen Laborbüchern, aber auch zwischen Laborbüchern und anderen Infrastrukturelementen im Forschungsdatenmanagement beitragen. ___________________________________________________________________________

Forschungsdatenmanagement als Aufgabe für wissenschaftliche Bibliotheken
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Im Zuge der Digitalisierung der Wissenschaft stellen sich neben der Informations- und Literaturversorgung für wissenschaftliche Bibliotheken neue Anforderungen. Wichtige Aspekte sind hierbei die Begleitung und Unterstützung des gesamten Forschungsprozesses sowie die enge Anbindung an die Bedarfe der jeweiligen Fachcommunity.

Services im Rahmen des Managements von digitalen Forschungsdaten sind ein wichtiges Handlungsfeld im Zusammenspiel mit der Förderung digitaler Informationskompetenz.

Eine wissenschaftliche Bibliothek kann in allen Schritten und Aufgaben des Lebenszyklus von Forschungsdaten beratend tätig sein. Andere Schritte des Datenmanagementprozesses kann sie mit konkreten Informationsinfrastrukturen unterstützen wie zum Beispiel mit einem Repositorium für die Publikation von Forschungsdaten. Elektronische Laborbücher (Electronic Lab Notebook, ELN) sind für die Dokumentation von Forschungsdaten von Bedeutung und daher ein wichtiger Teil im Forschungsdatenmanagement lebenswissenschaftlicher Daten.
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Elektronische Laborbücher als Teil des Forschungsdatenmanagements
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Immer häufiger werden in Laboren Papier-Laborbücher durch elektronische Laborbücher ersetzt. Bei diesem Umstieg spielt es nicht nur eine Rolle, Papier durch eine digitale Anwendung zu ersetzen. Ebenso wichtig ist die Möglichkeit, die elektronische Form des Laborbuches in das Gesamtsystem eines digitalen Forschungsdatenmanagements zu integrieren.
Bei allen Überlegungen im Kontext der Anschaffung und Nutzung eines ELN (Electronic Lab Notebook) sollten zu Beginn mehrere grundsätzliche Fragen stehen:
  • Wie gestaltet sich der gesamte Workflow für Forschungsdaten im Lebenszyklus?
  • Welche IT-Anwendungen oder Tools sollen in welchem Schritt genutzt werden?
  • Welche Funktion soll ein ELN in diesem Kontext erfüllen?
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Das Thema ELNs bei ZB MED
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ZB MED hat sich im Rahmen seiner Angebote im Forschungsdatenmanagement seit geraumer Zeit mit dem Thema ELNs befasst. Konkrete Anlässe waren die Entwicklungen in der relevanten Literatur, diverse Workshops und vor allem der Kontakt zum Leibniz Centre for Infection (LCI), bestehend aus drei Leibniz-Instituten aus der Infektionsforschung. Hier war die Einführung eines ELN zur Unterstützung der Einhaltung einer guten wissenschaftlichen Praxis vorgesehen.

Ausgangspunkt unserer Überlegungen war die Frage, wie die ZB MED die Einführung und Nutzung eines ELN im LCI bzw. in lebenswissenschaftlichen Forschungseinrichtungen unterstützen kann. Die Einführung eines geeigneten Electronic Lab Notebook gliedert sich grob in drei Phasen, die jeweils ihre besonderen Herausforderungen bergen. Am Anfang steht die Auswahl eines oder mehrerer möglicherweise geeigneter Produkte. Daran schließt sich eine Testphase an, während der sich im Idealfall ein Produkt als passend herauskristallisiert. Sobald ein ELN lizensiert und implementiert ist, folgt die Verbreitung in den Forschungsgruppen.

Aufbau einer Informationsbasis. Eine große Hürde im Auswahlprozess stellt die Produktvielfalt dar. Es existiert ein breites Angebot von fast hundert Produkten mit unterschiedlichen Schwerpunkten, Ausstattungsmerkmalen und Preisstrukturen. Zunächst musste es darum gehen, die eigenen Bedürfnisse zu definieren („Muss-Kriterien“). Diese sollten mit den Produktmerkmalen angebotener Elektronischer Laborbücher abgeglichen werden.

Daher wurde in einem ersten Schritt eine Informationsbasis erstellt. Es wurde eine tabellarische Übersicht erarbeitet, die rund zwanzig für die Lebenswissenschaften relevante ELN-Produkte nach diversen Merkmalen filterbar machte. Die Datenbasis enthält Details zu den folgenden Kernfunktionen eines ELN:
  • Kernfunktionen Datenverarbeitung
(zum Beispiel Import- und Exportformate, Vorlagen)
  • Kernfunktionen Publizieren & Sharing
(zum Beispiel Metadatenerstellung, Beweissicherheit)
  • Kernfunktionen IT & Datenschutz
(zum Beispiel Datenspeicherung, Bereitstellungsmodell)
  • Informationen zu Herstellersupport, Kosten, Referenzen
Diese Datenbasis ermöglicht zusätzlich zur Filterung von ELNs auch deren Bewertung vor dem Hintergrund institutioneller Anforderungen. Die folgende Tabelle gibt dafür ein Beispiel.

Abbildung 1: Bewertungsmöglichkeiten von ELNs durch ZB MED Informationsbasis
ZB MED - Datenbasis

Die Datenbasis bildet die Angebotssicht auf ELN-Produkte ab. Auf Seiten der Nachfrager ist der Bedarf in Form der notwendigen Anforderungen an ein ELN zu formulieren. Dieser Bedarf sollte unter anderem bei den Forschenden im Labor ermittelt werden. Ein Instrument hierfür ist die Bedarfsabfrage. In Zusammenarbeit mit dem LCI entwickelte ZB MED eine Bedarfsabfrage und führte sie durch (siehe Abbildung 2). Nach einem Abgleich mit der Datenbank konnte die Auswahl für eine Testphase getroffen werden.

Abbildung 2: Beispiel Bedarfsabfrage (Auszug)

tabelle-1-2020-12-11
tabelle-2-2020-12-11
Nach dem Aufbau der Datenbasis und der Durchführung der Bedarfsabfrage wurde schnell deutlich, dass der Erfahrungsaustausch zwischen den Forschungsinstituten ein wichtiges Element im Einführungsprozess für ein ELN ist. Daher dokumentierte ZB MED als weiterer Bestandteil der Informationsbasis Best-Practice-Beispiele. Grundlage hierfür waren strukturierte Interviews mit Anwendern von ELNs.

Alle Elemente der Informationsbasis – Literaturquellen, Informationen der Anbieter, tabellarische Datenbasis, Bedarfsabfrage, Best-Practice-Beispiele – fasste ZB MED schließlich in einem ELN-Wegweiser zusammen.[1] Angesichts der dynamischen Entwicklung des Marktes für ELNs und ihre Anwendungen soll der ELN-Wegweiser nach Bedarf fortgeschrieben werden.

Beratung von Forschungsinstitutionen. Der ELN-Wegweiser ist ein wichtiges Element in der passiven Beratung von Forschungseinrichtungen zur Einführung eines ELN. ZB MED berät jedoch auch aktiv und individuell Forschende und Multiplikatoren aus Bibliotheken, Medienzentren und Forschungsdatenzentren. Meist drehen sich die Fragen um den Prozess der Auswahl eines ELN oder um Empfehlungen für bestimmte ELN-Produkte. Dazu fordert ZB MED die Anfragenden auf, die Anforderungen an ein ELN zu formulieren und den bisher angestoßenen Prozess zu erläutern. Auf der Grundlage der Informationsbasis, insbesondere der tabellarischen Datenbasis und der Best-Practice-Beispiele, werden dann im Rahmen eines persönlichen Austauschs die gewünschten Hinweise gegeben.

Auch bestehen Überlegungen, einen ELN-Finder aufzubauen, der eine Auswahl relevanter ELNs auf einer Web-Oberfläche ermöglicht. Auswahlkriterien für ELNs wären hier filterbar und würden auf der Grundlage einer Datenbank der ZB MED zu ersten Hinweisen auf in Frage kommende ELN-Produkte führen. Der Markt für ELNs auf der Angebotssete ist derzeit durch Prozesse der Marktbereinigung und eine ständige Weiterentwicklung der Produkte gekennzeichnet. Daher stellt sich die Frage, ob ein ELN-Finder ausreichend aktuell gehalten werden kann. Derzeit beschränkt sich die ZB MED auf die individuelle Beratung auf der Grundlage der erarbeiteten Informationsbasis. Deren Fortschreibung wird Priorität eingeräumt.

Bedarf einer zentralen Lizenzierung von ELNs. Da die Lizenzierung eines ELN mit einem hohen Aufwand, zeitraubenden Verhandlungen und rechtlichen Verbindlichkeiten verbunden ist, liegt der Gedanke nahe, dass die ZB MED als zentrale Informationsinfrastruktureinrichtung für die Lebenswissenschaften ein oder mehrere ELN-Produkte lizensiert und den Forschungseinrichtungen bereitstellt. Dieser Bedarf wird auch immer wieder an die ZB MED herangetragen. In den Erörterungen dazu beispielsweise mit mehreren Leibniz-Instituten stellte sich jedoch heraus, dass die Anforderungen der einzelnen Forschungsinstitute zu divers sind, um sich auf ein ELN zu einigen. Die ZB MED wäre jedoch bereit, die Lizenzverhandlung für ein Konsortium übernehmen, sollte dort Einigkeit über ein zu lizensierendes ELN bestehen.

Entwicklung von Standards. Eine wichtige insbesondere von zentralen und auf der nationalen Ebene tätigen wissenschaftlichen Bibliotheken ist die Mitwirkung bei der Schaffung und Einführung von Standards. Im Rahmen der Nutzung von ELNs werden die Forderungen der Forschenden lauter, Standards für den Austausch von Daten zwischen verschiedenen ELNs zu schaffen, beispielsweise um Daten bei einem Wechsel des Labors mitnehmen zu können, soweit dies rechtlich möglich ist. Offene Austauschformate spielen aber auch vor dem Hintergrund von Open Science und den FAIR-Prinzipien beim Management von Forschungsdaten eine wichtige Rolle: Die Daten aus ELNs sollen vergleichbar und interoperabel sein, um eine Nachnutzung zu ermöglichen. Ein weiterer Standardisierungsprozess würde sich auf den Datenfluss zwischen verschiedenen Bausteinen eines institutionellen Forschungsdatenmanagements beziehen: Wie fließen Ergebnisse von Experimenten, die Dokumentation des Versuchsaufbaus im ELN und die darauf aufbauenden Analyseergebnisse zusammen, ohne mehrere nicht verbundene Softwaresysteme nebeneinander zu betreiben? Hierfür bedarf es Schnittstellen, der Definition von Datenformaten, aber auch Standards für Metadaten, die durchgängig verwendet werden.

An diesen Prozessen sollten sich wissenschaftliche Bibliotheken beteiligen. ZB MED wird seine Erfahrungen mit dem Thema ELNs einbringen und gemeinsam mit anderen Forschungs- und Informationsinfrastruktureinrichtungen anstreben, Standards aufzubauen und zu etablieren.



[1] ZB MED (Hrsg.) 2019. Elektronische Laborbücher im Kontext von Forschungsdatenmanagement und guter wissenschaftlicher Praxis – ein Wegweiser für die Lebenswissenschaften, Köln. https://doi.org/10.4126/FRL01-006415715


Rechenzentrum der Zukunft

Was sie 2021 und später leisten müssen

Auf dem Weg zu Zero Waste

Von Stefan Meier, Prior1
Rechenzentren müssen hohen Ansprüchen genügen. Diese galten bislang hauptsächlich ihrer Leistung und der Sicherheit. In den nächsten Jahren unterliegen Rechenzentren wesentlich weitgreifenderen Anforderungen: Höhere Energieeffizienz, Etablierung von Stoffkreisläufen, Entwicklung hin zu Zero-Waste.

Durch die Corona-Pandemie hat die Digitalisierung zusätzlichen Schwung erhalten. Rechenzentren sind das infrastrukturelle Rückgrat der Digitalisierung. Jede IT-Anwendung erfordert Rechenprozesse in einem Rechenzentrum. Daher muss in den nächsten Jahren das Augenmerk nicht nur auf die Vorteile der Digitalisierung - etwa durch die energetisch optimierte Verkehrssteuerung oder durch die Einsparung von Milliarden von Reisekilometern durch den Umstieg auf Videokonferenzen – gelegt werden. Mindestens genauso wichtig ist es, auch die andere Seite der Medaille zu beachten und die IT bzw. die Rechenzentren einem kritischen Blick zu unterwerfen und Optimierungspotentiale zu realisieren. Da bedeutet für 2021 und später:

1) Erhöhung der Energieeffizienz. In den letzten Jahren sind aufgrund der hohen Energiekosten massive Anstrengungen unternommen worden, um die Effizienz in Rechenzentren zu erhöhen. Daher arbeiten moderne Rechenzentren mittlerweile hoch-effizient. Dennoch sind Rechenzentren enorme Energieverbraucher und damit auch Verursacher eines hohen CO2-Ausstoßes. Dabei verbraucht die IT rund 60 bis 80 Prozent der Energie, die Gebäudeinfrastruktur 20 bis 40 Prozent. Experten gehen davon aus, dass der Energieverbrauch der IT und von Rechenzentren mittlerweile höher ist als der des Flugverkehrs. Tendenz: stark steigend.

2),Paradigmenwechsel: Rechenzentren sind keine Monolithen. Bislang beziehen sich Energieeffizienz-Berechnungen von Rechenzentren ausschließlich auf diese selbst – unabhängig von der Umwelt. Werden Rechenzentren aber als Teil des öffentlichen Lebens und der Infrastruktur betrachtet, eröffnen sich neue, gewaltige Optimierungspotentiale.

3),Einsatz regenerativer Energien. Steigende Kosten und Klimawandel machen es unabdingbar, dass Rechenzentren mit regenerativer Energie betrieben werden. Werden große Rechenzentren bzw. Serverfarmen in der Nähe von Windparks oder Solarfeldern errichtet, profitieren sie von sauberer Energie mit kurzen Transportwegen.

4) Gezielte Wärme-Nutzung. Da Rechenzentren viel Wärme erzeugen, sollten sie in der Nähe von wärmebedürftigen Infrastrukturen, z. B. Gewächshäuser, Vertical bzw. Container Farming oder Aquaponic-Anlagen, gebaut werden. Bei Rechenzentren mit Wasserkühlung kann das entstehende, rund 60 Grad warme Wasser, zum Beispiel zum Heizen umliegender Gebäude genutzt werden.

5) Edge-Computing verleiht der Entwicklung Schub. Der IoT-Trend spielt bei der Entwicklung der Rechenzentren eine entscheidende Rolle. Denn IoT-Anwendungen benötigen eine schnelle und sichere Datenverarbeitung. Daher setzen die anbietenden Unternehmen zunehmend auf kleinere, regionale bzw. lokale Rechenzentren wie Edge- oder Mikro-Rechenzentren. Diese könnten, da Energie leichter über weitere Strecken transportierbar ist als Wärme, mit regenerativer Energie versorgt und an lokale Fernwärmenetze oder direkt an Gebäude- und Prozessheizungen angebunden werden.

6) Etablierung von Stoffkreisläufen. Der Materialeinsatz in Rechenzentren, der für die IT und die Versorgungstechnik sowie für die Sicherung des Betriebs aufgewendet wird, ist hoch. IT-Komponenten und die technische Gebäudeausstattung alle paar Jahre zu erneuern, ohne die alten Teile weiter zu nutzen, ist nicht zukunftsträchtig. Hier sind neue Lösungen dringend erforderlich. Denn langfristig müssen Rechenzentren zwingend zu Zero-Waste-Anlagen werden.

7) Faire CO2-Steuer wäre Turbo für die Rechenzentrumsentwicklung. Deutlich beschleunigt werden könnten diese Entwicklungen durch eine faire CO2-Steuer. Zwar fallen ab 2021 25 Euro pro Tonne CO2-Ausstoß an Abgaben an. Dieser Betrag deckt aber die tatsächlichen CO2 Folgekosten bei weitem nicht ab. Erforderlich wäre laut Umweltbundesamt (UBA) eine Abgabe von 180 Euro pro Tonne. Es ist davon auszugehen, dass es in den nächsten Jahren zu Erhöhungen der CO2-Steuer kommt. Dies wird für eine deutliche Beschleunigung der Entwicklung der Rechenzentren sorgen.

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