Von Italien ins Luleå-Rechenzentrum Bluegen-Brennstoffzellen versorgen EU-Projekt-Datacenter mit nachhaltigem Strom

Im im nordschwedischen Lappland, in Luleå, hat das schwedische Forschungsinstitut Rise (Research Institute Sweden) ein Edge-Rechenzentrum eingerichtet, das mit Brennstoffzellen von Solidpower betrieben wird, statt mit Strom aus dem öffentlichen Netz.

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Rechenzentren zeichnen sich durch einen hohen Strombedarf aus. In Deutschland etwa wird der jährliche Strombedarf aller Rechenzentren auf insgesamt etwa 16 Millionen Kilowattstunden geschätzt. Da die Digitalisierung gleichzeitig wesentlich für den Fortschritt ist, wird eine möglichst effiziente und nachhaltige Bereitstellung der benötigten Energie immer wichtiger.

Das Edge-Rechenzentrum des Rise soll mit alternativer Energie versorgt werden und zugleich Abwärme für einen Stadtteil liefern. Als Teil des Prozesses erzeugen die Brennstoffzellen Strom, der für den Betrieb des Rechenzentrums verwendet wird, während die überschüssige Wärme in das lokale Fernwärme- und Fernkältenetz eingespeist wird.

Professor Jon Summers, Forschungsleiter beim RIse erläutert: „Die bei der Stromerzeugung entstehende überschüssige Wärme soll zurückgewonnen und in ein bestehendes Fernwärmenetz eingespeist werden, während der erzeugte Strom für das Rechenzentrum selbst verwendet wird. Damit starten wir ein innovatives Abwärme-Rückgewinnungs-Experiment, das repräsentativ für weitere Anlagen dieser Art sein kann.“

Das Forschungsprojekt in Luleå, das im Rahmen der EU-Forschungen „Horizon 2020“ gefördert wird, hat im März 2022 begonnen und soll zunächst ein Jahr lang laufen, um ausreichend Daten zu gewinnen. Das Interesse auch aus dem Ausland ist groß: Besucher werden unter anderem aus Deutschland und Spanien erwartet.

Die Idee

Das Konzept sieht vor, dass das Rechenzentrum die Abwärme durch die Integration von Brennstoffzellen zurückgewinnt. Sie können die Temperatur der Abwärme erhöhen, die in der Regeln bei etwa 33 Grad liegt. Damit wäre das System nicht nur für die Abwärmeverwertung aus Rechenzentren interessant, sondern für eine Vielzahl von Fernwärme- und Fernkältenetzen.

Gedacht ist unter anderem auch an thermische Energiespeicherung auf Basis von geschmolzenem Salz, die in das Fernwärme- und Fernkältesystem integriert wird. Da geschmolzene Salze eine enorme Speicherdichte haben, kann das Volumen der Speichertanks im Vergleich zu anderen Speichertechnologien um das bis zu 20-fache reduziert werden. Dies bedeutet geringere Installationskosten.

Salzschmelztanks können auch als Heizkessel fungieren, wodurch der Einsatz von Heizkesseln für fossile Brennstoffe zur Abdeckung von Bedarfsspitzen vermieden wird. Dies senkt die Betriebs- und Kapitalkosten, da weder Brennstoff noch zusätzliche Ausrüstung benötigt werden.

Die Brennstoffzellen

Eine Festoxid-Brennstoffzelle (SOFC) von Solidpower erzeugt unabhängig von den klimatischen Bedingungen und externen Einflüssen durch eine elektrochemische Reaktion kontinuierlich Strom. Das ist wichtig für den konstanten Energiebedarf eines Rechenzentrums und ein wesentlicher Unterschied zum Beispiel zur Stromgewinnung durch Photovoltaik.

Nach Aussagen des Anbieters handele es sich bei Bluegen um ein Mikro-KWK-System für den europäischen Markt, das über einen hohen elektrischen Wirkungsgrad von bis zu 57 Prozent verfügt. Festoxid-Brennstoffzellen wie das Solidpower-System nutzen für die Stromerzeugung eine elektrochemische Reaktion zwischen Sauerstoff und Wasserstoff. Es kann mit einer Vielzahl von Brennstoffen betrieben werden, darunter Erdgas, Erdgas mit bis zu 20 Prozent Wasserstoff, Biomethan und synthetisches Methan.

Das Rise Rechenzentrum nutzt dafür Biogas des lokalen Produzenten Nordicgas. Das verbrauchte Biogas wird dabei nicht verbrannt, sondern von den Brennstoffzellen in Strom und Wärme umgewandelt.

Mit einem Gesamtwirkungsgrad von bis zu 88 Prozent kann nach Herstellerangaben ein einzelnes Bluegen-Geraät bis zu 13.000 Kilowattstunden (kWh) Strom und 7.500 kWh Wärme pro Jahr erzeugen. Die einzelnen Anlagen lassen sich zudem zu einer Kaskade zusammenschalten, was bedingung für eine Grundlastversorgung für Wohn- und Gewerbegebäude darstellen würde.

Zwar fallen bei diesem Prozess auch CO₂-Emissionen an, aber im Vergleich zum Bezug von Strom aus dem europäischen Netz sinken die Emissionen um mehr als die Hälfte. Damit könnten Brennstoffzellen einen wichtigen Beitrag zur Energiewende liefern.

Rise-Professor Summers weist auf einen weiteren nicht unerheblichen Aspekt hin: „Wir kombinieren in diesem Experiment eine Flüssig-kühlung mit Brennstoffzellen; das heißt: Wir kommen komplett ohne Ventilatoren aus, die in anderen Konstellationen für Lärm verantwortlich wären. So kann diese Containerinstallation auch an geräuschsensiblen Orten zum Einsatz kommen.“

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