Sie verbrauchen enorme Mengen Strom und erzeugen viel W?rme, die bisher meist ungenutzt in die Luft geblasen wird. Fernw?rme, Algen und Windenergie k?nnen Rechenzentren aber ein Stück weit grüner machen.

Ihr Hunger nach Strom ist immens. Und er steigt seit Jahren enorm an. 2020 haben Rechenzentren knapp sechs Prozent des weltweit erzeugten Stroms verbraucht. Allein in Deutschland verschlingen die laut Borderstep Institut rund 50.000 Rechenzentren j?hrlich so viel Energie wie die Stadt Berlin – was etwa 12,5 Milliarden Kilowattstunden entspricht. Und der Energiebedarf von Rechenzentren in Europa ist zwischen 2010 und 2020 um 55 Prozent stark gestiegen – von 56 auf 87 Terawattstunden pro Jahr. Und Corona hat diesen Trend nicht gestoppt, denn allein der enorme Zuwachs an Videokonferenzen frisst eine Menge Strom. Oder auch eine Stunde Video-Streaming in Full-HD-Aufl?sung verbraucht zum Beispiel 220 bis 370 Wattstunden Energie. Wobei die ?kobilanz trotz des zunehmende Energiebedarfs zugunsten der Rechenzentren ausf?llt. Denn durch Videokonferenzen statt Bahn-, Flug- oder Pkw-Reisen entstehen deutlich weniger CO2-Emissionen: bei vier Personen gerade mal 0,7 kg CO2 statt 65 bis 500 kg.

Starke und leistungsf?hige Rechenzentren sind das Rückgrat der Digitalisierung (Quelle: eco Verband)

Energiebedarf pro Gigabit stark gesunken

Um dennoch den Energieverbrauch zu senken und parallel mehr ?kostrom zu nutzen, setzen die Betreiber der Rechenzentren auf neue Technologien. Sie konnten in den vergangenen Jahren die Effizienz ihrer Datenfabriken enorm erh?hen. So ist der Energiebedarf pro Gigabit gespeicherte und verarbeitete Daten heute 12-mal geringer als 2010. Doch gleichzeitig hat sich im selben Zeitraum die Rechenleistung der Datacenter um das Zehnfache erh?ht. Der ?kologische Fu?abdruck hat sich also kaum ver?ndert.

Der Druck auf die Betreiber nimmt weiter zu. Die EU-Kommission hat im Frühjahr 2020 im Rahmen der Wachstumsstrategie ?European Green Deal“ unter anderem auch das Ziel verabschiedet, dass Rechenzentren bis 2030 klimaneutral sein sollen. Was die Betreiber auch sehr ernst nehmen. Rund 50 Unternehmen und Verb?nde in der EU haben im Januar 2021 eine Selbstregulierungsinitiative gegründet, die den klimaneutralen Betrieb ihrer Rechenzentren bis 2030 vorsieht.

 Aber wie l?sst sich der Energieverbrauch weiter zügeln, mehr ?kostrom nutzen und die Energiebilanz eines Rechenzentrums verbessern? Dafür testen die Betreiber unterschiedlichste L?sungen. Sie setzen zunehmend auf regenerative Energiequellen wie Sonne, W?rme und Wind. Microsoft versenkt Datacenter im Meer, um sie zu kühlen und den Stromverbrauch zu senken. Andere tauchen ihre Server in spezielle Kühlflüssigkeiten oder errichten Serverfarmen in stillgelegten Bergstollen und nutzen kaltes Quellwasser zur Kühlung. In solchen Abw?rmekonzepten sehen Studien auch einen wesentlichen Schlüssel für grünere Rechenzentren.

Kühlung verbraucht ein Drittel der Energie

So k?nnten Rechenzentrumsbetreiber und Energieversorger voneinander profitieren. Denn auch die Energieversorger stecken in der Zwickmühle. Sie wollen immer mehr Strom nachhaltig produzieren. Doch der rasante Anstieg des Stromverbrauchs durch Digitalisierung und Rechenzentren spielt ihnen dabei nicht unbedingt in die Karten. Denn nicht nur die Serverfarmen selbst verbrauchen viel Strom. Auch die Kühlung der Serverr?ume verschlingt rund ein Drittel der gesamten Energie eines Rechenzentrums, da die von den Rechnern erzeugte W?rme abgeführt werden muss – rund um die Uhr an 365 Tagen im Jahr.

 Die Idee ist es, diese 30 Grad warme Luft zukünftig besser zu nutzen, eine Art Daten-W?rme-Kopplung, vergleichbar mit einer Kraft-W?rme-Kopplung, bei der gleichzeitig Strom und Heizw?rme erzeugt werden. Mit dem Unterschied, dass eine Rechenzentrum gleichzeitig Daten verarbeitet und W?rme erzeugt, und sowohl Daten als auch W?rme sinnvoll genutzt werden. Bisher allerdings wird sie meist in die Umgebung geblasen. Nutzen Rechenzentren Wasserkühlung, ist das abgeleitete Wasser sogar bis zu 60 Grad hei? und wird in die Kanalisation abgeleitet. Einige Rechenzentren heizen inzwischen wenigstens die eigenen Büror?ume mit der warmen Abluft. Aber laut Borderstep machte dies 2020 nur ein Prozent der produzierten Abw?rme aus. 99 Prozent verpuffen also ungenutzt in der Luft.

Power Use Effectiveness (PUE) geht gegen 1,0

Borderstep bem?ngelt, dass es den Rechenzentren an Abnehmern für die Abw?rme fehlt oder die Nutzung noch zu unwirtschaftlich sei. Aber auch hier tut sich was. Ein Positionspapier des Energieeffizienzverbands AGFW, des Digitalbranchenverbands Bitkom und der Infrastrukturallianz SDIA stellt fest, dass der in einem Rechenzentrum verbrauchte Strom ?unter Nutzung von Gro?w?rmepumpen zu etwa 70 Prozent wieder nutzbar gemacht werden kann.“ Zudem sei in Rechenzentren mit einer weiteren Steigerung der Energiedichte zu rechnen, also mit h?heren Temperaturen und damit qualitativ hochwertigerer Abw?rme.

 Auch Huawei hat die Energiebilanz der Rechenzentren Schritt für Schritt optimiert. Die wird als Power Usage Effectiveness (PUE)-Kennzahl gemessen. PUE setzt dafür den gesamten Energieverbrauch eines Rechenzentrums ins Verh?ltnis zum Verbrauch durch den Betrieb der IT-Infarstruktur und die eigentliche Datenverarbeitung. 1,0 w?re also der theoretisch optimale PUE. Lange Zeit lag der Wert in Deutschland durchschnittlich bei 1,8. Bis 2025 soll er 1,5 erreichen. Huawei schafft unter anderem durch Technologie zur Flüssigkeitskühlung inzwischen einen PUE von 1,1.

Mit Abw?rme Wohnungen heizen

Diese Entwicklung entspricht auch den Vorstellungen der Bundesregierung, die Ende 2019 im Nationalen Aktionsplan Energie-Effizienz die verst?rkte Nutzung von Abw?rme aus Rechenzentren als erkl?rtes Ziel festh?lt. Zum Beispiel als Fernw?rme zum Heizen von Geb?uden oder für Gew?chsh?user und Vertical Farming.

Und es tut sich was in den Unternehmen. Ein modernes, 2017 gebautes Rechenzentrum der Volkswagen Financial Services AG arbeitet nicht nur komplett mit ?kostrom und moderner Kühlung. Mit der Abw?rme versorgt das Unternehmen über einen regionalen Energieversorger 100 H?user eines Neubaugebiets in der N?he des Rechenzentrums j?hrlich mit rund 730 MWh W?rme. Auch wenn eine zus?tzliche W?rmepumpe notwendig ist, um die zum Heizen notwendige Temperatur zu erreichen. Für diese Idee bekam Volkswagen 2019 einen ?Deutschen Rechenzentrumspreis“.

 Die Nutzung der Abw?rme k?nnte zukünftig noch interessanter für Energieversorger werden. Cisco hat prognostiziert, dass im Jahr 2021 mehr als die H?lfte aller Server in nur etwa 630 Hyperscale-Rechenzentren installiert sein werden. Würde die H?lfte des gesamten Serverstroms weltweit hier in W?rme umgewandelt, dann sollte sich die Weiternutzung der Abw?rme auf jeden Fall rentieren.

Algen nutzen Abw?rme von Rechenzentrum

Auch bei der Stromerzeugung gehen manche Rechenzentrumsbetreiber neue Wege. Ende August 2020 ging in Enge-Sande, 35 Kilometer südwestlich von Flensburg, ein neues, weitgehend mit Windenergie sowie zus?tzlich Solar- und Biogasstrom versorgtes Rechenzentrum in Betrieb. Das Rechenzentrum geh?rt Windcloud 4.0, einem nordfriesischen, auf Cloud-Services spezialisierten Unternehmen.

Portr?t des CO2-neutralen Rechenzentrums von Windcloud 4.0 (Quelle: SH - Der echte Norden)

Aber nicht nur die Nutzung von ?kostrom macht das Rechenzentrum besonders. Mit der etwa 35 Grad temperierten Abw?rme versorgt Windcloud 4.0 eine Algenfarm auf dem Dach des Datacenters. Die Algen freuen sich nicht nur über die warme Luft. Sie konsumieren auch reichlich Kohlendioxid: Ein Kilogramm Algen verzehrt immerhin zwei Kilogramm CO2. Künftig will Windcloud 4.0 Bunker auf ehemaligen Milit?rstandorten für weitere Rechenzentren und die dazwischen liegenden Grünfl?chen für landwirtschaftliche Projekte verwenden und dafür die Abw?rme unmittelbar nutzen.

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