Energie für die KI, Teil 1 Der Trend zur Selbstversorgung mit Biogas und Brennstoffzellen

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dtm Datentechnik Moll GmbH

Die KI-Welle verändert die Spielregeln hinter dem Stromzähler. Was bislang als planbare Betriebskostenposition galt, nämlich der Anschluss an das öffentliche Verteilernetz, wird zum strategischen Engpass. Wer den Stier bei den Hörnern packen will, muss zum Selbstversorger werden.

Die KI braucht Energie; gerade auch kleinere KI‑Rechenzentren abseits der großen Knotenpunkte suchen nach verlässlicher, planbarer Leistung. Beispielsweise Bloom Energy hat sich in Kalifornien da was einfallen lassen und will es bald in einem Projekt auch in Deutschland umsetzen.

„Mist, immer noch keine Anschlussleistung!“ - bei Bloom Energy lautet das Motto wohl eher „Mist! Her damit!“ Auf der „Bar20‑Dairy“-Farm in Kalifornien wird der Mist der Milchkühe in einem so genannten Anaerob-Digester, dem „Calbio“‑Fermenter von California Bioenergy (Calbio), gesammelt. Dieser Fermenter fängt das entstehende Biogas mit rund 60–65 Prozent Methan auf.

Statt dieses Methan in die Atmosphäre entweichen zu lassen oder zu verbrennen, wird es in einer Gasaufbereitungsanlage konditioniert: Trocknen, Entschwefeln, Reinigen – und dann? Dann wird es in „SOFC“-Brennstoffzellen von Bloom Energy elektrochemisch zu Strom umgewandelt – ohne Flamme und praktisch ohne lokale Luftschadstoffe (wie NOx oder Feinstaub), zudem auch noch mit deutlich höherem Wirkungsgrad im Vergleich zu Motoren oder Turbinen.

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Ein Biogas‑Cluster aus mehreren Farmen kann 24/7 die Datacenter-Grundlast bereitstellen. Wo der Stall zum Kraftwerk wird, lassen sich regionale Edge‑ oder kleinere KI‑Rechenzentren versorgen, ohne auf zusätzliche externe Kapazität angewiesen zu sein.

Die KI frisst Energie

Der Stromverbrauch von Rechenzentren steigt auch im Jahre 2026 weiter. Getrieben wird die Entwicklung vor allem durch KI-Workloads, die – konservativ gerechnet – mindestens zwei- bis viermal, im Einzelfall sogar bis zu zehnmal mehr Energie benötigen als klassische Serverlasten.

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Allein in den USA könnte der jährliche Stromverbrauch von Rechenzentren bis 2035 auf über 1.000 Terawattstunden (TWh) anwachsen, auf mehr als das Dreißigfache des heutigen Niveaus. In Deutschland liegt der erwartete Jahresverbrauch aller Rechenzentren im gleichen Zeitraum nach Prognosen des Bundesministeriums bei rund 42 TWh.

Gleichzeitig blockieren Netzanschluss-Warteschlangen von vier bis acht Jahren neue Standorte. Der Ausbau von Erzeugung und Übertragungsnetzen folgt nicht annähernd dem Tempo der KI-Einführung.

Wo das Pendulum am stärksten schwingt, siehe: DWS und NorthC

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KI-Infrastruktur unterscheidet sich fundamental von klassischer IT. Während herkömmliche Rechenzentren mit 5 bis 15 Kilowatt (kW) pro Rack auskommen, liegen heutige KI-Umgebungen heute bei 60 bis 120 kW, einzelne Konfigurationen sogar darüber. Nvidia gibt für „Blackwel“l-basierte Racks bis zu 140 kW an. Für kommende Generationen wie „Feynman“ werden bis zum Jahre 2028 satte 4,4 kW pro Chip erwartet.

Laut Zahlen von Algorithm Watch macht der Stromverbrauch von Rechenzentren in Deutschland bereits rund 4 Prozent des Bruttostromverbrauchs aus. Die Bundesnetzagentur rechnet mit einem Anstieg auf bis zu 10 Prozent bis 2037.

In den Vereinigten Staaten ist bis zum Jahre 2030 mit einem Anteil von 9 bis 12 Prozent des gesamten US-Stromverbrauchs die Rede (gegenüber rund vier Prozent im Jahr 2024). Beide Länder haben noch etwas anderes gemeinsam: Das Stromnetz ist auf solche Dauerlasten nicht ausgelegt.

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Laut Bitkom e.V. dürfte sich die Anschlussleistung bis 2030 auf rund 5 Gigawatt (GW) nahezu verdoppeln – nicht, weil der Bedarf dort endet, sondern weil Netze und Genehmigungen kaum mehr hergeben. In Deutschland sieht man schon heute zweistellige GW-Summen in den Anschluss-Warteschlangen.

In Frankfurt ist das Verteilnetz faktisch voll. Der lokale Energieversorger Mainova geht davon aus, dass bis 2030 keine großen neuen Projekte mehr ans Netz gehen können. Neue Hochleistungsanschlüsse werden voraussichtlich erst ab Mitte der 2030er Jahre wieder möglich sein.

In Berlin summieren sich anhängige Netzanschlussbegehren von Rechenzentren auf 2,8 GW. Das ist mehr als die derzeit bereits verfügbare Netzkapazität in der Stadt. Vorlaufzeiten für neue Anschlüsse liegen bei bis zu sieben Jahren.

Warten auf einen Stromanschluss

In Brandenburg erhielt der lokale Netzbetreiber seit dem Jahre 2022 mindestens 170 Anfragen von Rechenzentren mit insgesamt 22 GW Anschlussleistung; tatsächlich ans Netz gegangen sind bisher gerade einmal zwei Rechenzentren mit insgesamt 100 MW (Google hat ein geplantes Projekt in Mittenwalde wegen Netzproblemen gestrichen).

Hinzu kommt: das Energie-Effizienzgesetz (EnEfG) verlangt, dass Rechenzentren bereits heute mindestens 50 Prozent ihres Stroms aus erneuerbaren Energien decken; ab 2027 sind 100 Prozent erneuerbarer Strom Pflicht.

Eigenstrom statt Warteschlange

Die Ursachen mögen auch so unterschiedlich sein, dennoch kommt der Ausbau der Übertragungsnetze auf beiden Seiten des “großen Teichs” vorerst nur im Schneckentempo voran. Deutschland plant laut Angaben der Bundesnetzagentur Tausende Kilometer an zusätzlicher Höchstspannungsleitung im Zeitraum bis Mitte der 2030er Jahre und eine Generalüberholung bestehender Infrastruktur. Vielen dieser Projekte steht der Hürdenlauf der Genehmigungen allerdings erst noch bevor.

In den USA wurden in den vergangenen zwei Jahren gerade einmal rund 290 Kilometer (in einhemischem Maß: 180 Meilen) Hochspannungsleitungen neu gebaut. In diesem Tempo bräuchten die Amerikaner noch weitere 255 Jahre, um die Gesamtlänge der heutigen Höchstspannungsebene Deutschlands neu zu errichten.

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Auch auf der Erzeugungsseite fehlen Kapazitäten mit garantierter Rund-um-die-Uhr-Verfügbarkeit. Erneuerbare Energien wachsen zwar schnell, liefern aber ohne Speicher keine 24/7-Versorgung mit >95 Prozent Auslastung, wie KI-Rechenzentren sie benötigen.

Die Konsequenz: Betreiber müssen sich selbst zu Energie-Architekten transformieren. On-Site-Erzeugung, hybride Stromkonzepte, Flüssigkühlung, Batteriespeicher und softwarebasierte Effizienzgewinne verschieben die Machtbalance: weg vom Versorger, hin zum Rechenzentrum.

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Wer seine Energie kontrolliert, kontrolliert seinen Go-Live-Zeitpunkt und wirtschaftliche Kennzahlen. Erfolgreiche Betreiber kombinieren daher kurzfristige Effizienzmaßnahmen mit schnellen Eigenstromlösungen und langfristigen Innovationspfaden.

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Die Folge ist ein struktureller Wandel der Branche: Behind-the-Meter-Konzepte – also Stromerzeugung direkt am Standort – erweitern sich vom Notstrom auf die Primärversorgung.

Laut einer Analyse von Bloom Energy vom Januar 2026 („Data Center Power Report 2026“) erwarten 22 bis 27 Prozent der Datacenter-Betreiber, ihre Einrichtungen bis 2030 vollständig mit eigener Onsite-Stromerzeugung zu betreiben, ein 22-facher Anstieg gegenüber nur 1 Prozent im Jahr 2024.

Dort heißt es etwa: „In den letzten sechs Monaten ist der Anteil der Hyperscaler und Co-Location-Anbieter, die davon ausgehen, dass sie bis 2030 vollständig vor Ort betriebene Campus betreiben werden, um 22 Prozent gestiegen und erreicht nun etwa ein Drittel der Rechenzentren, da Entwickler zunehmend davon ausgehen, dass die permanente Vor-Ort-Stromerzeugung sich als bevorzugter langfristiger Ansatz durchsetzen wird.“

Mehrgleisig zum Selbsterzeuger: strategische Diversifizierung

Bei den aktuellen Innovationspfaden offenbart sich eine klare Spaltung. Kurzfristig verfügbare Lösungen zielen auf die schnelle Umsetzbarkeit und eine weitgehende Unabhängigkeit vom Stromnetz ab. Langfristige Technologien adressieren perspektivisch die Bereitstellung von CO₂-freien Grundlasten im Gigawattmaßstab.

S&P Global und andere sehen Gas - Turbinen und Motoren - als die wichtigste Brückentechnologie die, um die Versorgungslücke bis zum massiven Ausbau von Netzen, erneuerbaren Energien und im erweiterten Zeithorizont Kern(fusion)energie zu schließen.

Enhanced Geothermal Systems (EGS), Wasserstoff-Brennstoffzellen und Batterie-Energiespeichersysteme (BESS) lassen sich nach dem heutigen Stand innerhalb von ein bis drei Jahren realisieren. SMRs (“kleine” Atomreaktoren) und die Kernfusion hingegen gelten als realistische (wenn auch nicht zwangsweise begehrenswerte) Optionen schätzungsweise ab 2032.

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Um die Lücke zwischen akut wachsendem Energiebedarf und dem langfristigen Ausbau sauberer, netzgebundener Erzeugung zu überbrücken, setzen immer mehr Betreiber auf Brennstoffzellenlösungen. Je nach Technologie – PEM oder SOFC (auf Englisch als „Solid Oxide Fuel Cell“ bekannt oder kurz: „SOFC“) – können Brennstoffzellen heute sowohl kurzfristigen Notstrom als auch durchgängigen Dauerbetrieb mit hohen Auslastungsfaktoren bereitstellen.

Große Anbieter – allen voran Bloom Energy mit Festoxid‑Brennstoffzellensystemen – verkaufen Brennstoffzellen für Rechenzentren explizit als Primär‑Grundlast‑Quelle. Diese Systeme können im 24/7‑Dauerbetrieb laufen und hinter dem Zähler die komplette Campus‑Versorgung übernehmen. Festoxid‑Brennstoffzellensysteme von Bloom Energy skalieren für die Primärstromversorgung bis über 60 Megawatt.

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• Bloom setzt auf hochentwickelte SOFC‑Plattformen, die seit Jahren in Multi‑MW‑Clustern als 24/7‑Primärversorgung bei Großkunden laufen – auf Basis von Erdgas, Biogas und H₂‑Blends, perspektivisch mit der Option auf 100 Prozent Wasserstoff. Die Skalierung auf mehrere hundert Megawatt pro Standort steckt allerdings noch in den Kinderschuhen; viele Projekte laufen weiterhin mit Erdgas oder Blends, und reines „grünes“ H₂ bleibt infrastrukturell der zentrale Flaschenhals.

• Rolls‑Royce Power Systems (MTU) fokussiert demgegenüber auf modulare PEM‑Brennstoffzellen als H₂‑fähige Alternative zu Diesel‑Notstrom und als Baustein in Hybrid‑Microgrids aus Brennstoffzelle, Batterie und klassischen MTU‑Gensets.

• ECO Fuel Cell und Caterpillar haben Erdgas‑Brennstoffzellensysteme im Versorgermaßstab für Rechenzentren demonstriert. Caterpillar integriert Brennstoffzellen in bestehende Microgrid‑Architekturen mit eigenen Batterien, Steuerungen und einem etablierten Gen‑Set‑Portfolio; diese Systeme bilden eher eine Erweiterung des Diesel‑/Gas‑Ökosystems in Richtung H₂‑Backup und Hybrid‑Microgrid als eine reine, brennstoffzellenbasierte Grundlastlösung.

PEM‑Brennstoffzellen (Proton Exchange Membrane) können den Diesel als Notstrom‑Quelle ersetzen, kommen jedoch erst im Rahmen einer ganzheitlichen Systemarchitektur voll zur Geltung – mit USV/Batteriesystemen (gegebenenfalls ergänzt um Schwungradspeicher a.k.a. Flywheel) für den Soforteinsatz, der Brennstoffzelle als Langläufer und H₂-Logistik als betrieblicher Dauerherausforderung.

Microsoft hat dieses Zusammenspiel gemeinsam mit Caterpillar in Wyoming und mit ESB in Dublin vorgemacht (siehe: Bildergalerie 4ff). Das ist konzeptionell sehr nah an der Rolls‑Royce‑Positionierung.

In dem Projekt mit Caterpillar dient die Wasserstoff-Brennstoffzelle als Notstrom- beziehungsweise Backup-Leistung für ein 48‑stündiges Ausfallszenario, nicht als dauerhafte Primärversorgung im Normalbetrieb. Im Alltag läuft das Rechenzentrum weiterhin am öffentlichen Netz; Wasserstoff kommt im Testfall als emissionsärmere Alternative zu Diesel-Notstromaggregaten zum Einsatz. Im Pilotprojekt mit ESB in Dublin installierte Microsoft eine 250‑kW‑PEM-Brennstoffzelle auf Basis zertifizierten grünen Wasserstoffs in einer produktiven Rechenzentrumsumgebung.

Vertiv vermarktet „Power Module H2“ auf PEM-Basis (mit Ballard als Stack-Partner) explizit als eine Alternative zu Dieselgeneratoren für Rechenzentren. Die versprochenen 10 Sekunden für PEM sind sportlich; diese Zeitspanne muss das Kombo aus USV und Batterie überbrücken.

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Die Wasserstoffinfrastruktur – also Produktion, Transport, Speicherung und Betankung – ist im Vergleich zu Erdgas oder Diesel noch deutlich unterentwickelt. Die Kosten für grünen Wasserstoff sinken zwar, liegen aber weiterhin etwa beim Zwei- bis Dreifachen von 'grauem' Wasserstoff aus Erdgas.

Unternehmen, die Wasserstoff einsetzen wollen, müssen komplette Lieferketten aufbauen, spezialisierte Schulungsprogramme etablieren und Sicherheitsprotokolle definieren, bevor eine Inbetriebnahme möglich ist. Die geringere Energiedichte von Wasserstoffspeichern gegenüber Dieseltanks erfordert größere Flächen für vergleichbare Laufzeiten und beeinflusst damit die Standortplanung.

Analysten von Goldman Sachs erwarten, dass Brennstoffzellen - ungeachtet der Herausforderungen - „ihre Marktdurchdringung schnell beschleunigen“ dürften. Mit modularen Systemen ist die Bereitstellung hochverfügbarer Energie für kritische Infrastrukturen nach dem heutigen Stand der Technik in weniger als einem Jahr machbar. Brennstoffzellen adressieren also hauptsächlich Standorte mit strengen Emissions‑ und Lärmvorgaben, wo Diesel kaum genehmigungsfähig ist und Gas nur in hocheffizienten, emissionsarmen Formen (zum Beispiel SOFC, PEM mit H₂‑Blend) akzeptiert wird.

Ein möglicher Übergang

Rechenzentren können diese Brennstoffzellensysteme zunächst mit Erdgas oder Wasserstoff-Erdgas-Gemischen betreiben. Mit fortschreitendem Infrastrukturausbau dürften sie dann auf reinen grünen Wasserstoff umstellen. Diese Flexibilität, kombiniert mit schneller Implementierung, hoher Zuverlässigkeit und dem Wegfall lokaler Verbrennungsemissionen macht Wasserstoff-Brennstoffzellen aus Sicht vieler Analysten zu einem zentralen Baustein hybrider Energiestrategien.

Gemäß aktuellen Analysen von Goldman Sachs und Branchenverbänden zeichnen sich Brennstoffzellen - im Sinne: elektrochemische Systeme - bis 2030 als eine der Schlüsselkomponenten für Behind‑the‑Meter‑Versorgung in Rechenzentren ab und könnten in diesem Zeitraum bereits einen substanziellen Anteil der zusätzlichen Rechenzentrumsleistung stellen – in Größenordnungen von rund 6 bis 15 Prozent der neu hinzukommenden Gesamtnachfrage (On- und Off-Grid) und etwa 25 bis 50 Prozent der lokalen BTM‑Erzeugung - für alle Arten von Brennstoff, sowohl Erdgas als auch H₂ (SOFCs) und H₂‑Gemisch (PEM).

Den übrigen BTM‑Anteil dominieren weiterhin gasbefeuerte Anlagen wie Gasturbinen und Gasmotoren (siehe dazu den zweiten Teil dieser Serie, “Energie für die KI, Teil 2, Datacenter-Betreiber müssen, dürfen, können netzbildend (um)denken“) sowie ergänzende Batteriespeicher‑ und PV‑Systeme.

Im ersten Teil dieser zweiteiligen Serie stand die wachsende Abhängigkeit vom öffentlichen Netz im Fokus – und die Erkenntnis, dass die Anschlusskapazität und -Priorität zur härtesten Währung der KI‑Ära geworden sind. Im zweiten Teil geht es ans Eingemachte: Netzbildend (um)denken.

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