Im Angesicht der Strompreise und verschleppter Energiewende Datacenter: Elementar und nachhaltig für größtmögliche Energie-Effizienz

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Energie-effizient arbeiten und wirtschaften ist nicht nur wichtig, weil Energie knapp und teuer ist. Daher schreibt der Gesetzgeber in Deutschland mit dem neuen Energieeffizienzgesetz (EnEfG) genaue Zielrichtungen vor. Auch die EU hat bis zum Jahr 2050 vor, mit dem European Green Deal der erste klimaneutrale Kontinent auf dem Planeten zu werden.

Ganz wesentlich davon betroffen sind insbesondere Rechenzentren als Großverbraucher von elektrischem Strom. Auf die Betreiber von Rechenzentren kommen daher große Anforderungen zu. So müssen sie in Deutschland bis zum Jahr 2025 eine Power Usage Effectiveness (PUE) von 1,3 für ihr Rechenzentrum nachweisen.

Des Weiteren müssen 75 Prozent der verwendeten Energie aus nachhaltigen und erneuerbaren Quellen stammen. Doch nicht jedes Rechenzentrum ist bislang für die Anforderungen der Zukunft gerüstet und auch bei der Planung neuer Zentren werden nicht immer alle nachhaltigen Parameter beachtet. Was es braucht, sind daher Planungs- und Umstrukturierungsansätze für Rechenzentren, die die Nachhaltigkeit und Erreichung von Klimaneutralität in den Blick nehmen und als treibenden Faktor integrieren.

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Rechenzentren sind das Rückgrat der Digitalisierung. Allein in Deutschland existieren über 50.000 und der Markt wächst aufgrund der stetig höheren Anforderungen durch das steigende Datenaufkommen konstant weiter - jährlich um bis zu 15 Prozent. Allein der Bereich der Cloud-Rechenzentren stieg im Zeitraum von 2016 bis 2021 auf über 150 Prozent an. „Die Entwicklung der Mengen an zu verarbeitenden Daten kennt nur eine Richtung,“ sagt Harry Knopf, Geschäftsführer von High Knowledge; das Kölner Beratungsunternehmen hat sich vor allem auf die nachhaltige Rechenzentrumsplanung mit Klimaneutralität als Ziel spezialisiert.

„Es werden immer größere Mengen an digitalen Daten verarbeitet. Jährlich beträgt das Datenvolumen weltweit bis zu 135 Zetabyte. Rechenzentren sind mittlerweile allgegenwärtig und in jedem Krankenhaus, beim öffentlichen Nahverkehr oder auch in Schulen zu finden.“

Allerdings benötigen Rechenzentren eine immens große Menge an Energie. Über 3.000 Datenzentren haben eine jeweilige Anschlussleistung von über 40 kW. Zum Vergleich: Bei einem Einfamilienhaus liegt diese Leistung bei 10 kW. Insgesamt verbrauchten die Rechenzentren im Land im Jahr 2020 über 16 Milliarden kW pro Stunde – auch hier ist die Tendenz steigend.

Dabei lag die so genannte Power Usage Effectiveness (PUE), die die aufgewendete Energie für die IT ins Verhältnis zum Strombedarf für die Infrastruktur setzt, im vergangenen Jahr bei 1,68. „Bereits im Jahr 2025, so die die Anforderung aus dem neuen Energie-Effizienzgesetz (EnEfG) der Bundesregierung, darf dieser Wert maximal 1,3 betragen. Betreiber von Rechenzentren sind also strikt angehalten, in den nächsten zwei Jahren die nötigen Maßnahmen umzusetzen, damit sie ihre gesetzlich definierten Nachhaltigkeitsziele gemäß EnEfG erreichen“, erläutert Knopf.

Große Herausforderungen für die Zukunft

Die dem zugrundeliegenden Klimaziele der Bundesregierung, aber auch der EU, sind klar definiert: Bis zum Jahr 2030 muss die für Rechenzentren aufgewandte Energie zu 100 Prozent aus nachhaltigen Quellen stammen – also zum Beispiel aus Wind- und Wasserenergie. Zudem muss der Anteil der Abwärme zu 40 Prozent wiederverwendet werden. Stand heute wird die Abwärme nur in wenigen Fällen effektiv genutzt und etwa ins Fernwärmenetz eingespeist oder zum Heizen von Gebäuden in der unmittelbaren Umgebung eingesetzt.

Nur fünf Prozent der Rechenzentrenbetreiber wiederverwenden über 50 Prozent oder mehr der Abwärme laut einer Studie des Bitkom-Verbandes. Nur 20 Prozent setzen zehn bis 50 Prozent der anfallenden Wärme sinnvoll ein. „Genau das ist das große Thema der Zukunft und wird darum einige Rechenzentren-Betreiber vor große Herausforderungen stellen“, unterstreicht Knopf. „Es gibt viele sinnvolle Möglichkeiten, bereits bei der Planung von Rechenzentren, Energie einzusparen und vor allem auch die anfallende Abwärme sinnvoll zu gebrauchen.“

Dabei handelt es sich für die meisten Betreiber nicht um fakultative, optionale Maßnahmen, durch das EnEfG sind in absehbarer Zukunft Vorgaben zu erfüllen, um schließlich Klimaneutralität zu erreichen. Nicht nur, dass der PUE bis zum Jahr 2025 bei 1,3 liegen muss, bis zum Jahr 2027 sollen sämtliche Rechenzentren im Land ökologisch und nachhaltig betrieben werden. Des Weiteren gilt dann, dass die minimale Eintrittstemperatur der Luft am Server bei 27 Grad liegen muss. Heute arbeiten die meisten Rechenzentren mit 21 Grad, das bedeutet, dass hier immens heruntergekühlt werden muss.

Genauer Überblick dank Nachhaltigkeitszertifizierung

Um sich für die strengen Anforderungen der Zukunft zu wappnen, benötigt es Partner, welche die Sachlage ganzheitlich betrachten können. Denn ein energieeffizientes Rechenzentrum steht auf unterschiedlichen elementaren Säulen. „Es geht darum, dass man bei der Planung der umzusetzenden Aufgaben alle Aspekte im Auge behält. Da geht es um die richtige Kühlung, die Effizienz des Servers oder die Standort-Frage“, führt Knopf aus. „Das gilt übrigens bei der Planung eines neuen Rechenzentrums genauso wie bei der energieeffizienten Sanierung eines bestehenden Zentrums.“

Doch bevor Konzepte umgesetzt werden können, muss der Ist-Zustand genau untersucht werden, weshalb der einzelne Standort unter die Lupe genommen wird. Auch wird die Infrastruktur der gesamten IT sowie die Auslastung von Servern betrachtet. Darüber hinaus gehört zu einer nachhaltigen Planung auch die genaue Untersuchung von Wasser als immer wertvollere und zunehmend knappe Ressource.

Anhand der Nachhaltigkeitszertifizierung kann anschließend eine durchdachte, ganzheitliche Betrachtung eines Rechenzentrums vorgenommen werden. In diesem Zusammenhang wird beispielsweise bei einem Neubau auch bewertet, wie man das Rechenzentrum später wieder nachhaltig abbaut und welchen Nutzen das Gebäude dann haben könnte.

Nachhaltig arbeiten mit den Elementen

„Die meisten Betreiber von Rechenzentren wissen gar nicht, wo sie beim Thema Energie-effizienz überhaupt stehen“, führt Martin Vogt, Leiter Technik bei High Knowledge, weiter aus. Ist eine solche Analyse fertiggestellt, können konkrete Vorgehensweisen für die zukunftsträchtige Optimierung abgeleitet und umgesetzt werden. Dafür hat zum Beispiel High Knowledge die ganzheitliche System „Blue DC Elements“ entwickelt, die anhand von Bausteinen eine Umsetzung klimaneutraler IT-Infrastruktur ermöglicht.

Damit können je nach lokaler Situation bestimmte fortschrittliche Technologien eingesetzt werden. „Es lassen sich in vielen Fällen ungenutzte Potenziale ermitteln und deutlich reduzierte Energieverbräuche erzielen“, so Knopf.

Dabei orientieren sich die Bausteine an den vier Elementen Erde, Feuer, Wasser und Luft. Zentraler Punkt ist neben der Verminderung des Stromverbrauchs vor allem die Einführung beziehungsweise Optimierung der Abwärmenutzung. So kann beispielsweise die Abwärme im Server in einen Wasserkreislauf übertragen und das erwärmte Wasser für Heizsysteme wie Fernwärmenetze nutzbar gemacht werden.

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Abwärme aus den Rechenzentren für Kälte und mehr

Auch lässt sich die Abwärme direkt zum Heizen von angrenzenden Räumlichkeiten oder Gebäuden nutzen. Es wird im Rahmen von Blue DC Elements ebenfalls dargestellt, wie der Betreiber effektiv mit Wasser kühlen kann. „Ziel ist es zu zeigen, dass man kein Wasser verbraucht, sondern es nutzt“, unterstreicht Vogt.

Ebenso sorgt das Thema „Luftkühlung“ für enormes Einsparpotenzial. Das Blue DC Elements-Konzept lässt sich jedoch nicht nur auf Neuplanungen, sondern auch auf Bestands-Rechenzentren anwenden. „Auch hier lässt sich im Endeffekt ein PUE von sogar 1,0 erzielen“, stellt Knopf in Aussicht.

Den besten Standort wählen

Ein weiterer Faktor für ein Energie-effizientes Rechenzentrum wird in Zukunft auch der Standort sein. In den meisten Fällen befinden sich solche Zentren heute in unmittelbarer Nähe von Internet-Knotenpunkten wie beispielsweise in Frankfurt am Main. Hier wird aber in den meisten Fällen die Abwärme direkt an die Atmosphäre abgegeben - ohne dass sie effektiv genutzt würde.

Knopf: „Neuplanungen von Rechenzentren müssen in absehbarer Zeit unbedingt neue Wege einschlagen. Indem die Abwärme komplett an die Umwelt abgegeben wird, wie heute leider noch häufig der Fall, haben wir gleich mehrere Negativauswirkungen. Energie wird praktisch verschenkt und die Abwärme wirkt sich auch noch nachteilig auf das Mikroklima an den Standorten der Rechenzentren aus – dabei steckt in der Abwärme ein solch enormes Potenzial für eine sinnvolle Wiederverwendung!“

Konzepte zur wirtschaftlichen Nutzung sehen zum Beispiel den Verbund mit Abnehmern in der näheren Umgebung vor. So können Rechenzentren beispielsweise neben Kindergärten oder Schulen stehen, für die dann die Abwärme als Heizquelle dient. Auch sollte immer ein Anschluss an das Fernwärmenetz bei einem Neubau eingeplant werden.

„Gerade in der heutigen Diskussion um hohe Gas- und Energiepreise spricht kaum jemand über die Nutzung der Abwärme von Rechenzentren“, merkt Knopf an. „Auch hier könnte viel Energie sinnvoll eingesetzt werden, die sich aber bislang in den meisten Fällen immer noch in Luft auflöst.“

* Thomas Meiler arbeitet als freier Journalist für Wordfinder.

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