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Wie können Rechenzentren "grüner" werden?

Ob digitaler Schulunterricht, die Videokonferenz aus dem Homeoffice oder das abendliche Streamen von Filmen und Serien: Gerade jetzt während der Corona-Krise ist die Nutzung digitaler Medien drastisch angestiegen. Dadurch erhöht sich nicht nur der Datenverkehr, sondern auch der ohnehin enorme Stromverbrauch der großen Rechenzentren. Wie man im digitalen Bereich Energie sparen könnte, ist daher ein Thema für Forschung und Betreiber gleichermaßen.

Schätzungen zufolge könnten Rechenzentren bis zum Jahr 2025 bis zu einem Fünftel des globalen Stromverbrauchs ausmachen. Wo genau er derzeit weltweit liegt, ist aufgrund fehlender Angaben vieler Betreiber unklar. Die Bandbreite reicht von 200 bis 500 Milliarden Kilowattstunden pro Jahr. Allein in Deutschland entfielen auf die geschätzt mehr als 55.000 Rechenzentren etwa 13 Milliarden Kilowattstunden pro Jahr. Das entspricht dem gesamten jährlichen Strombedarf einer Großstadt wie Berlin.

Eine Stunde Streamen entspricht sieben Kilometer Autofahren

Das hat auch Folgen für das Klima, den ein Großteil des Stroms stammt bisher nicht aus erneuerbaren Quellen. Einer kürzlich veröffentlichten Bitkom-Studie zufolge entspricht der Stromverbrauch von Rechenzentren und Kommunikationsnetzen weltweit etwa 200 bis 250 Megatonnen CO2-Äquivalenten. "Unser digitaler Alltag, beruflich wie privat, braucht Unmengen an Strom, verursacht CO2 und wirkt sich erheblich auf das Klima aus. Eine Stunde auf Netflix zu streamen, benötigt genau so viel Energie, wie etwa sieben Kilometer mit dem Pkw durch die Stadt zu fahren", erklärt Klaus Dederichs vom Beratungs- und Planungsunternehmen Drees & Sommer.

Zu einer umweltfreundlicheren Digitalisierung sollen künftig energieeffizientere, "grünere" Rechenzentren beitragen. Einige Länder haben deshalb beim Neubau von Rechenzentren schon jetzt strengere Auflagen beschlossen, darunter auch die Niederlande. Auch die Europäische Kommission will in Zukunft mehr Nachhaltigkeit für die digitalen Megaanlagen. Im Strategiepapier "Shaping Europe's Digital Future" hat sie bereits einen Fahrplan für die Klimaneutralität der Rechenzentren bis 2030 skizziert. Für den Masterplan sollen mindestens 100 Milliarden Euro mobilisiert werden.

Grüner Strom und kalte Umgebung

Doch wie können Rechenzentren klimafreundlicher werden? Eine Möglichkeit ist es, die Server gezielt mit "grünem" Strom zu betrieben und beispielsweise natürlich kühle Umgebungen zu nutzen, um Energie für die Kühlung der Rechner zu sparen. Diese Strategie wird vor allem in Skandinavien verfolgt: Weil dort reichlich Strom aus Wasserkraft zur Verfügung steht und das Klima kühl ist, haben schon einige Unternehmen ihre Rechenzentren nach Island und Norwegen verlegt.

Eines dieser Datenzentren, das unter anderem auch für das Bitcoin-Mining genutzt wird, liegt sogar in einem alten Bergwerk. Tief unter der Erde stehend, profitieren die Rechner von dem gleichmäßig kalten Klima in den Stollen. Gleichzeitig sorgt die Lage direkt an einem norwegischen Fjord dafür, dass Kühlwasser reichlich zur Verfügung steht und ohne viel Pumpaufwand zu den Servern gelangen kann.

Abwärme sinnvoll nutzen

Aber nicht immer kann ein Rechenzentrum in kühle Gefilde ausweichen. Was kann man noch tun, um diese Anlagen energieeffizienter zu machen? Ein Ansatz ist es, die Abwärme der Rechner nicht ungenutzt verpuffen zu lassen, sondern sinnvoll zu nutzen. Dadurch sinkt zwar nicht der Stromverbrauch des Datenzentrum, dafür kann dann aber an anderer Stelle Energie gespart werden – zum Beispiel bei der Heizung umliegender Gebäude.

"Beim Betrieb der Data Center erhitzen sich die Server, was erfordert, sie kontinuierlich zu kühlen. Es entsteht Wärme, die ungenutzt verpufft, statt mit ihr angrenzende Bürogebäude, Wohnungen oder Gewächshäuser zu heizen", erklärt Andreas Ahrens, Rechenzentrumsexperte bei Drees & Sommer. In Schweden ist man da schon einen Schritt weiter: In Stockholm gibt es bereits rund 30 Rechenzentren, die ihre Abwärme in das Stockholmer Fernwärmenetz einspeisen. Bis 2035 sollen sie sogar etwa zehn Prozent des Heizbedarfs von Stockholm decken.

Deutschland hinkt hinterher

Bei uns in Deutschland hinken die Rechenzentren in puncto Energieeffizienz noch hinterher. Ein Problem dabei: Die Abwärme der Server ist meist nicht heiß genug, um direkt zur Heizung von Wohnungen genutzt werden zu können. Dafür müsste man mittels Wärmepumpen die Temperatur erst noch weiter erhöhen. "Das steigert jedoch die ohnehin schon erheblichen Herstellungs- und Betriebskosten der Betreiber. Die Kosten für die Temperaturerhöhung müssen daher unter dem Verkaufspreis für die Wärme liegen, damit es sich für die Betreiber rechnet", sagt Ahrens. Ein Anreiz könnte auch sein, Rechenzentren mit einer solchen Abwärmenutzung von der EEG-Umlage zu befreien: "Die Data Center erfüllen dann ja das EEG-Ziel, nämlich umweltfreundliche Energien zu fördern", so der Experte.

Ein weiterer Punkt: Büro- und Wohngebäude benötigen bei uns nur im Winter Heizwärme. Im Rechenzentrum fällt aber auch im Hochsommer Abwärme an. "Ideal sind daher benachbarte Abnehmer, die sie permanent und nicht nur im Winter zum Heizen benötigen", sagt Ahrens. "Das gilt für Schwimmbäder, Wäschereien oder für landwirtschaftliche Vorhaben wie Urban Farming. Das muss eine Stadt oder Kommune frühzeitig bei Genehmigungen berücksichtigen und kluge Quartiersplanungen fördern."

Pilotanlage in Ingolstadt

Um zukünftig Rechenzentren auch bei uns grüner zu machen, haben Wissenschaftler zusammen mit  dem Automobilbauer Audi und der Stadt Ingolstadt eine Projektanlage im Bau: Der Technologiepark IN-Campus Ingolstadt soll mit einem ausgeklügelten Energiekonzept sowie der Abwärmenutzung mit gutem Beispiel vorangehen. "Unsere Vision ist ein Null-Energie-Campus", erzählt Markus Faigl, der bei Audi die Planung des Energiekonzepts verantwortet. Das neue "grüne" Rechenzentrum soll im Laufe des Jahres 2022 in den Live-Betrieb gehen. Teil des Konzepts ist es, die Abwärme der rund 8.000 Server als Heizenergie zu nutzen.

Drees & Sommer SE / NPO, 25.06.2020
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