Gesundheitsbelastungen im Datacenter

Energie-effizientere Hardware ist nicht unbedingt gesünder

| Autor / Redakteur: Ariane Rüdiger / Ulrike Ostler

Die IT, insbesondere die IT in Rechenzentren, gefährdet die Gesundheit.
Die IT, insbesondere die IT in Rechenzentren, gefährdet die Gesundheit. (Bild: Martin Konz / Fotolia.com)

Eine Studie aus England belegt: Die IT, und hier vor allem die Server mitsamt ihrem Stromverbrauch sind für die meisten Schadwirkungen von Rechenzentren verantwortlich. Dabei steigt der Einfluss der Produktions- und Entsorgungsphase mit der Häufigkeit des Geräteaustauschs.

Viel ist heute von „Green IT“ die Rede. Doch grün ist Informationstechnik bei weitem noch nicht. Das zeigt eine britische Studie aus dem Jahr 2015, die anhand eines konkreten Beispiels den Umwelteinfluss, den Rechenzentren auf Mensch und Umwelt haben, untersuchte.

Überraschendes Fazit: Am meisten geschädigt wird nicht etwa die Umwelt, sondern der Mensch! 63,5 Prozent aller Schädigungen wirken sich direkt auf die menschliche Gesundheit aus. Der Schaden wird überwiegend im Betrieb verursacht – vor allem wegen des Elektrizitätsverbrauchs der Server.

Rechenzentrumsleiter, die meinen, diesem Dilemma durch häufigen Austausch der Server zu begegnen, sollten sich nicht zu früh freuen. Der wichtigste Effekt des schnellen Austauschs – verglichen wurde die Einrichtung mit ihren drei- bis fünfjährigen Austauschzyklen mit einem schwedischen Datacenter, in dem die Komponenten alle 1,25 Jahre wechselten – besteht darin, die Belastungen stärker in die Erzeugungs- und Entsorgungsphase zu verschieben.

Das Problem wird verschoben

Die Wissenschaftler gliederten bei ihrer Lebenszyklusanalyse die Schadwirkungen nach einzelnen Aktivitäten und vergaben Punktwerte, die dann zusammengerechnet wurden. Die wichtigsten Faktoren wurden genauer betrachtet. Es sind Karzinogene, lungengängige organische und anorganische Partikel, Klimawandel, Strahlung, Ozonschicht, Ökotoxizität, Versauerung oder Eutrophierung, Landverbrauch, Mineralien und fossile Brennstoffe. Genauso erfasst wurden die zehn am meisten schädigenden Prozesse. Die wichtigsten zehn machen 69,4 Prozent des Gesamteinflusses aus.

Die wichtigsten schädigenden Einflüsse entstehen während des Betriebs des Rechenzentrums.
Die wichtigsten schädigenden Einflüsse entstehen während des Betriebs des Rechenzentrums. (Bild: Borderstep)

Ganz vorn bei schädigenden Prozessen steht, betrachtet man den gesamten Lebenszyklus, die Produktion von Offshore-Gas für die Elektrizitätserzeugung mit 23 Prozent. Zweitwichtigste Aktivität mit Schadwirkung ist die Ablagerung schwefelhaltiger Abwässer, ein Nebenprodukt der Erzeugung von Gold und Kupfer, das in Stromnetzen, ICs und Leiterplatten verwendet wird, was in hohem Flächenverbrauch resultiert (18,3 Prozent).

Die schädlichsten Einflüsse auf die menschliche Gesundheit sind flüssige Abfälle mit krebserzeugenden Arsen- und Cadmiumanteilen, Kohlendioxid-, Stickoxid- und weitere luftgängige Emissionen bei der Energie-Erzeugung sowie gasförmiges Schwefeldioxid, das aus schwefelhaltigen Abwässern ausdampft. Dagegen stammen Schäden an den Ressourcen fast vollständig aus dem Bergbau und der Brennstoffproduktion.

Fossile Brennstoffe für die Stromerzeugung sind der wichtigste Einflussfaktor, danach kommen krebserzeugende Stoffe, die gleichermaßen während der Erzeugungs- und Betriebsphase entstehen, gefolgt von lungengängigen inorganischen Stoffen vor allem aus der Betriebsphase.
Fossile Brennstoffe für die Stromerzeugung sind der wichtigste Einflussfaktor, danach kommen krebserzeugende Stoffe, die gleichermaßen während der Erzeugungs- und Betriebsphase entstehen, gefolgt von lungengängigen inorganischen Stoffen vor allem aus der Betriebsphase. (Bild: Borderstep)

Karzinogene und atemwegsgängige inorganische Stoffe

Das spiegelt sich auch in der Gesamt-Hitliste der erfassten zehn wichtigsten Einflusskategorien wieder. Den größten Einfluss haben fossile Brennstoffe, krebserzeugende Stoffe und atemwegsgängige inorganische Stoffe. Sie machen zusammen 82 Prozent des gesamten Schadpotentials aus. Karzinogene stammen zu 67 Prozent aus der Entsorgung schwefliger Abwässer.

Sie fallen vor allem während der Produktionsphase an, aber auch während des Betriebs, und sind der wichtigste Einzeleinfluss überhaupt. Lungengängige anorganische Partikel stammen zu 87 Prozent aus der Verbrennung von Kohle für Elektrizität, mit der dann Rechenzentren betrieben werden, sind also der Betriebsphase zuzuordnen.

Der Schwarze Peter geht an die Server

Die IT ist in der Produktions- und Entsorgungsphase der dominierende Faktor, der Schadwirkungen verursacht. Von dieser sind die Server der Top-Faktor. Schadeffekte entstehen bei der Produktion von Gold und Kupfer, der Entsorgung schwefelhaltiger Abwässer bei der Herstellung von Leiterplatten und Schaltkreisen und hängen auch mit den Erneuerungszyklen der Server zusammen – je höher diese ist, desto mehr steigt dieser Faktor an.

Am meisten davon geschädigt wird die menschliche Gesundheit, wo sich die Einflüsse zu 86 Prozent auswirken. Alle anderen Produktionsprozesse, die bei der Errichtung von Rechenzentren anfallen, sind demgegenüber marginalisiert.

In der Betriebsphase sind die wichtigsten Prozesse mit schädigenden Folgen die Energie-Erzeugung aus fossilen Stoffen, gefolgt vom Transport der Rohstoffe und der Ablagerung von Abfällen aus der Energie-Erzeugung – Abraum aus der Kohleproduktion und Abwasser aus der nuklearen Energie-Erzeugung. An dritter Stelle steht die Entsorgung schwefliger Abfälle aus der Gold- und Kupferproduktion für das elektrische Verteilnetz, das während Produktion und Betrieb eine Rolle spielt.

Eine weitere wichtige Erkenntnis: In den Produktions- und Entsorgungsprozessen der IT-Infrastruktur steckt mehr Energie als in den entsprechenden Prozessen auf mechanischer und elektrischer Seite zusammengenommen. Das Gebäude an sich spielt in Bau und Betrieb eine relativ geringe Rolle, woraus die Autoren den Schluss ziehen, die entsprechenden energetischen Bewertungs- und Managementrichtlinien solcher Gebäude unter Umständen auf die IT-, die elektrische und die mechanische Infrastruktur auszuweiten.

Die meisten Schadeffekte bei der Herstellung von Rechenzentren entfallen auf die IT und schädigen die menschliche Gesundheit.
Die meisten Schadeffekte bei der Herstellung von Rechenzentren entfallen auf die IT und schädigen die menschliche Gesundheit. (Bild: Borderstep)

Eine Einzelfallanalyse reicht nicht

Betrachtet wurde in der Studie ein konkretes Rechenzentrum mit einem Design-PUE von 1,17, bei dem eine komplette Lebenszyklusanalyse vorgenommen wurde. Die drei Autoren der Studie, Beth Whitehead, Deborah Andrews und Amip Shah, wählten eine reale Einrichtung mit 42.500 Quadratmeter Nutzfläche, davon 8100 Quadratmeter IT-Fläche, einer energetischen Rack-Dichte von 5kW/Rack und einer technischen Spitzenlasst von 18,4 MW. Angenommen wurde, dass die Racks voll ausgelastet sind und die Hälfte der Spitzenleistung verbrauchen, während die Auslastung mit Workloads bei 30 Prozent liegt.

Die Kaltgänge sind eingehaust, frei herumstehende Geräte gibt es (im Modell) nicht. Die Server sollten alle drei bis fünf Jahre ausgetauscht werden, als Gesamtlebensdauer wurden 60 Jahre angenommen, Batterien sollten alle zehn Jahre ausgewechselt werden.

Die Daten, die die Forscher verwendeten, stammten teils aus Unterlagen des Rechenzentrums, teils stammten sie aus allgemein zugänglichen Quellen oder waren aus diesen abgeleitet. Das Studienteam beschrieb die Datenbeschaffung und – normalisierung als eines der großen Probleme des Unterfangens.

„Wer im RZ Energie spart, tut auf jeden Fall das Richtige“

Verwendet wurde das so genannte CLEER (Cloud Energy and Emissions Research)-Modell , das am Lawrence Berkeley National Laboratory entwickelt wurde. Die einzelnen Schadensfaktoren werden dabei Schritt für Schritt über den gesamten Lebenszyklus nach Punkten gewichtet, aufsummiert und anhand verschiedener Kriterien zueinander in Beziehung gesetzt.

Aus den Ergebnissen zogen die Wissenschaftler unter anderem die Schlussfolgerung, es sei weiter dringend nötig, in Technologien wie Virtualisierung und Konsolidierung zu investieren. Ralph Hintemann, Senior Researcher beim Borderstep Institute, der die Studie jüngst auf einem Kongress referierte: „Mit dem PUE allein kommt man irgendwann nicht mehr weiter.“

Natürlich ist es kaum zulässig, aus einem Rechenzentrum auf alle zu schließen. Doch muss man wohl davon ausgehen, dass die Verhältnisse anderswo kaum besser liegen, zumal das gewählte Rechenzentrum eher sehr gute PUE-Werte aufweist und kaum Strom für Kühlung und Klimatisierung verschwendet. Außerdem verglichen die Autoren zwecks Plausibilitätsprüfung mit anderen Prüfungen, die ihre Resultate bestätigten.

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Daraus folgt, wie Hintemann sagt: „Wer Strom im Rechenzentrum spart, macht auf jeden Fall nichts verkehrt.“ Und weiter: „Eigentlich wäre es sinnvoll, so eine Untersuchung auch einmal für die Gesamtheit der deutschen Rechenzentren durchzuführen.“

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* Ariane Rüdiger ist freischaffende IT-Journalistin aus München.

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