Mehr als Energiesparen: der umfassende Ansatz der Sustainable Digital Infrastructure Alliance Die SDIA-Roadmap für Nachhaltigkeit in der Digitalwirtschaft

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Mit seiner Raodmap bis 2030 will der gemeinnützige Verein Sustainable Digital Infrastructure Alliance (SDIA) e.V. den Fortschritt einer nachhaltig werdenden Digitalwirtschaft hinsichtlich einer Reihe von Schlüsselfaktoren messen und fördern. Hier die Eckpunkte:

Kürzlich hat SDIA-Vorstand Max Schulze den Klimapakt der europäischen Datacenter-Betreiber kommentiert und Metriken angeboten. Grundlage für diese Mess- und Kenngrößen ist die Roadmap. Tatsächlich haben sich bereits diesem Leitfaden haben sich verschiedene Energieversorger, Regierungen und Anbieter digitaler Infrastruktur (Rechenzentrumsbetreiber und andere) und Software angeschlossen.

Kommentar zur beabsichtigten Klimaneutralität der EU-Datacenter

Klimapakt und SDIA: Suche Anschluss, biete Metrik

Einer der Schlüsselindikatoren in der Nachhaltigkeits-Roadmap ist, wenig überraschend, die Klimaneutralität. Die Kenngröße (KPI) ist der CO₂-Ausstoß und sein Ausgleich. Bei einem Energieverbrauch von jährlich 104 Terawattstunden (SDIA) entspricht der CO₂-Ausstoß laut SDIA geschätzt 80 Megatonnen pro Jahr.

Doch so genau weiß das anscheinend niemand. Denn das Kohlendioxid entsteht ja nicht nur durch Heizung oder Kühlung eines Rechenzentrums, sondern auch bei der Herstellung der Hardware: der 'Carbon Footprint'.

Die Roadmap

Milliarden Server stehen in Gebäuden in aller Welt, jede Woche geht irgendwo ein weiteres Rechenzentrum ans Netz. Es ist also bereits eine Mammutaufgabe, allein den CO₂-Ausstoß und seinen Ausgleich zu erfassen. Dafür will der SDIA-Verein Messmethoden entwickeln. Und den jährlichen Fortschritt der digitalen Industrie auf seiner Roadmap-Seite anzeigen.

Für jede KPI sind Zielvorgaben zu finden. So ist die Vorgabe bezüglich nachhaltiger Energie für 2030 eine Steigerung um 50 Prozent im Vergleich zum Industriedurchschnitt. Eine Kollektion weiterer Kenngrößen namens "Sustainable Development Goals" (SDG) zerlegt die Vorgabe in Einzelziele und -schritte.

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Nachhaltig oder nicht?

Eine weitere Frage, die die Roadmap beantworten möchte, lautet, wie sich die Nachhaltigkeit eines Rechenzentrums, eines Netzwerks oder einer Infrastruktur quantifizieren und optimieren lässt. Ein Aspekt ist die Nutzung nachhaltig erzeugter Energie, etwa indem ein Dienstleister wie etwa Microsoft in den Niederlanden komplette Windparks aufkauft - sehr zum Ärger der lokalen Anwohner, denen diese Energie entgeht.

Energie steht am Anfang der digitalen Infrastruktur, Gebäudekonstruktion und -betrieb folgt in der nächsten Phase: Gebäude wie etwa Rechenzentren sollen Energie rückgewinnen.

Combined Heat and Compute (CHC)

Der nächste Schritt besteht darin, Rechenleistung und Energie-Erzeugung miteinander zu koppeln. Das ist etwa in einem schwedischen Pilotprojekt demonstriert worden. Der Energieversorger Vattenfall und die Dresdner Firma Cloud&Heat Technologies haben sich verbündet, um ein 500-Kilowatt-Rechenzentrum nahe Stockholm zu erstellen. Das Pilotprojekt teilt sich das Areal mit einem Biomasse-Kraftwerk und wurde nach dem SDIA-Konzept für Combined-Heat-and-Compute CHC) realisiert.

Zwei 20-Fuß-Container sind der Beginn

Vattenfall baldowert mit Cloud&Heat Technologies neue Services aus

Die CHC-Eckpunkte lauten: Rechenzentrum neben Kraftwerk und das Stromnetz als integriertes Backup; erhitztes Kühlwasser wird in das lokale Heizungssystem eingespeist; verbrauchernaher Standort, der Glasfaser und viele weitere Leitungen sowie Übertragungsverluste minimiert. 85 Prozent der erzeugten Abwärme wird wiederverwendet.

Energieversorger und Datacenter stehen an einem Wendepunkt

Rechenzentren sind mit Power-to-Heat eine Ressource der Zukunft

Fazit: „Die Energie-Erzeuger werden die künftigen Cloud Provider“, sagt Nicolas Röhrs von Cloud&Heat. Und Tuomo Hatakka von Vattenfall Deutschland bestätigt: „Wo wir großes Potential sehen, sind Rechenzentren. Große Mengen von Abwärme werden verschwendet, die man woanders gut verwenden könnte. Das wollen wir ändern.“

Das Ideal trägt das Kürzel NZEB: Near-zero Energy Building. In der SDIA-Roadmap ist es ein eigener Faktor.

Die Hardware

Der dritte Faktor besteht darin, die Auslastung der IT-Hardware zu erhöhen. Viele Server, die noch virtualisiert sind, werkeln auf einem Niveau von 10 bis 20 Prozent vor sich hin. Die Virtualisierung steigert diese Quote Richtung 80 bis 90 Prozent.

Server alleine reichen aber nicht, denn auch die Zahl der Appliances, Switches und Storage-Einheiten nehmen exponentiell – und wollen gekühlt sowie mit Strom versorgt werden. Auch hier muss die Virtualisierung greifen, und das geht am besten in großen Infrastruktureinheiten wie etwa Rechenzentren.

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Energie-effizientere Kühlungssysteme sowie Herstellungsmethoden für Chips und Hardware, Software-Architekturen, Gebäudekosten und weitere Faktoren sollen die Vermeidung von 90 Prozent der Abwärme zum Standard erheben und umsetzen. Die insgesamt 20 Faktoren umfassen den gesamten Lebenszyklus von Energie-Erzeugung, Hardwareherstellung (bis zum Gebrauchtwarenmarkt) und Umweltverschmutzung bis hin zur Sozioökonomie (Faktoren 19 und 20). Letztere gibt die Kosten der digitalen 'Energie' als KPI an.

Können beispielsweise „effiziente digitale Infrastrukturen“ wie etwa Edge Computing und „regionale Drehscheiben“ künftig zentralisierte Rechenzentren entlasten? Die Zielvorgabe lautet in der Roadmap: „Die Digitalisierung des ländlichen Raums versorgt 90 Prozent der europäischen Bevölkerung mit redundanter, preisgünstiger digitaler 'Energie'.“ Diesem Ziel hätten sich bereits elf Städte und Gemeinden angeschlossen.

Die Marktregelung

Punkt 19 beschreibt die Voraussetzung dafür: Die Verhinderung von preisbestimmenden IT-Monopolen durch erhöhten Wettbewerb auf offenen Marktplätzen für IT-Services. Services sollen künftig durch Kollaboration und Partnerschaften preisgünstig werden.

Das bedeutet, dass Behörden wie das Bundeskartellamt und sein europäisches Pendant über die Industrie wachen und Monopole verhindern. Hoffentlich wissen das auch die US-Amerikaner, deren Hyperscaler nur wenig Bestrebungen zeigen, sich selbst zu zerlegen.

Das ECO-Qube-Projekt

Die SDIA beteiligt sich am ersten größeren Forschungsprojekt des Horizon 2020 Programms der EU, das den Namen „ECO-Qube“ (siehe: Abbildung 10) trägt. Ziel des Projekts ist es, die Energie-Effizienz neuer und vorhandener Rechenzentren zu steigern.

Die Herausforderung: Ungeachtet der tatsächlichen IT-Auslastung von durchschnittlich 15 Prozent fahren alle anderen Komponenten auf Volllast, etwa USVs. Das Konzept besteht darin, die IT-Komponenten, die elektrische Infrastruktur und das Gebäude voneinander zu entkoppeln, neu zu verbinden und getrennt nachhaltig zu steuern. Der Ressourcenverbrauch soll der tatsächlichen IT-Auslastung angepasst werden.

Das Energiewende-Rechenzentrum als Blaupause

USV-Batterien und Notstrom sind regenerative Energiequellen, die das Stromnetz stabilisieren

Die Schlüsseltechnologie ist die Flüssigkeitskühlung, die die Luftkühlung ersetzen soll. Entsprechend Experten bringt das ECO-Qube-Projekt an einen Tisch, um herauszufinden, wie genaue Messungen, Simulationen und Machine Learning basierte Optimierung den suboptimalen Zustand verbessern können. Das entsprechende Konsortium umfasst Energieversorger, Gebäudemanager, Flüssigkeitsexperten, Rechenzentrumsbetreiber und Universitäten aus Schweden und den Niederlanden.

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Eco-Qube-Sensoren werden in neuen und vorhandenen Datenzentren an drei Stellen eingebaut, anschließend werden für jede Stelle Modelle für Flüssigkeitsdynamik erstellt und mithilfe geeigneter Software Optimierungsstrategien ausgeführt. Zusätzlich soll das Projekt Lösungen für die Integration erneuerbarer Energieformen und der Abwärmenutzung erforschen. Die SDIA leitet die Verbreitung der Ergebnisse und der Projektfortschritte.

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