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Modulares Rechenzentrumsdesign: Eine Bauweise zur Reduzierung von grauem CO₂

Bauentscheidungen bestimmen den CO₂-Fußabdruck eines Rechenzentrums lange bevor der operative Betrieb beginnt. Ein Lifecycle-Assessment-(LCA)-Bericht zeigt, wie diese frühen Weichenstellungen die langfristige Kohlenstoffeffizienz beeinflussen.

Die heute getroffenen Entscheidungen beim Bau von Rechenzentren prägen deren Emissionsbilanz über Jahrzehnte. Während Betreiber ihre Betriebsprozesse zunehmend optimieren, rückt das sogenannte „graue CO₂“ – also Emissionen aus Materialien und Bauprozessen – als limitierender Faktor bei der Erreichung zukünftiger Klimaziele in den Fokus. Gleichzeitig machen verschärfte Berichtspflichten Bauweisen zu strategischen Nachhaltigkeitsentscheidungen.

Der wachsende Einsatz von KI-Workloads erhöht den Handlungsdruck zusätzlich. Rack-Dichten von bis zu 140 Kilowatt erfordern robustere Tragwerkskonstruktionen und kürzere Realisierungszeiten. Auf Portfolioebene entscheidet die gewählte Bauweise nicht nur über die Geschwindigkeit der Kapazitätsbereitstellung, sondern auch über die kumulierten Emissionen über den gesamten Lebenszyklus.

Vorfertigte modulare Rechenzentren (Prefabricated Modular Data Centers, PMDCs) werden bereits für schnelle, standardisierte Rollouts eingesetzt. Ihre Auswirkungen auf das graue CO₂ waren jedoch bislang weniger systematisch quantifiziert. Eine aktuelle Lifecycle-Assessment-Studie vergleicht ein stahlbasiertes modulares Rechenzentrum mit einer konventionell vor Ort errichteten Betonlösung gleicher IT-Kapazität. Die Ergebnisse zeigen geringere graue Emissionen beim modularen Ansatz. Damit erhalten Betreiber eine belastbare Grundlage, um Bauentscheidungen auch unter CO₂-Gesichtspunkten zu bewerten.

Wenn Bauentscheidungen zu CO₂-Entscheidungen werden

Rechenzentrumsbetreiber sind zunehmend gefordert, Treibhausgasemissionen entlang ihrer gesamten Wertschöpfungskette offenzulegen. Das graue CO₂ aus Materialien und Bauprozessen fällt unter Scope-3-Emissionen und wird damit Teil der formalen Nachhaltigkeitsberichterstattung – gleichrangig mit der operativen Performance.

Regulatorische Rahmenwerke wie die Energy Efficiency Directive (EED), die Corporate Sustainability Reporting Directive (CSRD) oder das kalifornische Climate Corporate Data Accountability Act (SB 253) rücken diese Emissionen bereits in der Bauphase in den Fokus – also bevor ein Rechenzentrum überhaupt in Betrieb geht.

Während Bauweisen traditionell nach Kriterien wie Geschwindigkeit, Standardisierung oder Langlebigkeit ausgewählt wurden, galten CO₂-Auswirkungen lange als Nebeneffekt. Betonbau wurde häufig mit Dauerhaftigkeit assoziiert, modulare Konzepte mit Schnelligkeit und Wiederholbarkeit – ohne dass die jeweiligen Emissionsprofile systematisch gegenübergestellt wurden.

Frühe Bauentscheidungen definieren jedoch den ökologischen Rahmen eines Standorts. Eine fundierte CO₂-Bewertung muss daher bereits zum Zeitpunkt der Planung erfolgen – gemeinsam mit Kosten-, Zeit- und Skalierungsaspekten.

Was ist ein Lifecycle Assessment (LCA)?

Ein Lifecycle Assessment analysiert die Umweltauswirkungen eines Gebäudes oder Produkts über dessen gesamten Lebenszyklus hinweg – von der Rohstoffgewinnung über Bau und Nutzung bis hin zum Rückbau.

Standardisiert nach ISO 14040/44 ermöglicht die LCA einen systematischen Vergleich verschiedener Bauweisen und schafft eine belastbare Entscheidungsgrundlage für Design- und Materialwahl.

Wo sich graue Emissionen unterscheiden

Zur Quantifizierung des grauen CO₂ wurde ein 1,5-Megawatt-(MW)-modulares Rechenzentrum mit Stahlrahmenbauweise einer konventionellen, vor Ort errichteten Betonkonstruktion vergleichbarer IT-Leistung gegenübergestellt. Betrachtet wurden ausschließlich Emissionen aus der Bauphase, da hier Material- und Bauentscheidungen dauerhaft festgeschrieben werden:

• Produktphase (A1–A3): Rohstoffgewinnung und Herstellung
• Transport zur Baustelle (A4)
• Bauphase (A5)
• Materialien für Modernisierung (B5)
• End-of-Life (C2–C4): Rückbau, Transport und Entsorgung

IT-Hardware sowie Energie- und Kühlinfrastruktur wurden bewusst ausgeschlossen, um die Bauweisen isoliert vergleichen zu können.

Im definierten Vergleich wies die modulare Stahlbauweise ein bis zu 3,5-fach geringeres graues CO₂ pro Megawatt auf als die Referenz-Betonlösung. Hochgerechnet auf ein 50-MW-Portfolio ließe sich so eine Emissionsmenge von rund 42.000 Tonnen CO₂-Äquivalent vermeiden.

Materialeffizienz und Strukturgewicht

Obwohl Stahl pro Kilogramm eine höhere CO₂-Intensität aufweist, erfordert die modulare Bauweise insgesamt weniger Materialmasse pro Megawatt. Betonbau hingegen benötigt größere strukturelle Volumina, was die Emissionen erhöht.

Mit zunehmender Skalierung kann sich dieser Unterschied deutlich auf die Gesamtbilanz eines Rechenzentrumsportfolios auswirken.

Transport und Baustellenlogistik

Die Analyse zeigte leicht höhere Transportemissionen bei modularen Systemen, bedingt durch angenommene Transportdistanzen vom Werk zum Einsatzort. Dieser Effekt kann sich verringern, wenn Fertigungsstandorte näher an Zielregionen liegen.

Während modulare Einheiten weitgehend vormontiert geliefert werden, erfordert der Betonbau zahlreiche Einzelanlieferungen und längere Baustellenzeiten – mit entsprechenden Auswirkungen auf Transport- und Baustellenemissionen.

Bauphase und Modernisierung

Modulare Stahlkonstruktionen profitieren von industrieller Vorfertigung und trockenen Montageprozessen, wodurch Abfall, Energieverbrauch und Bauzeit reduziert werden. Betonbau erfordert hingegen energieintensive Nassprozesse und schweres Gerät.

Auch bei späteren Modernisierungen sind modulare Konzepte flexibler und verursachen geringere zusätzliche Emissionen.

Rückbau und Wiederverwertung

Stahlmodule lassen sich demontieren, wiederverwenden oder hochwertig recyceln. Betongebäude hingegen müssen meist abgerissen und minderwertig wiederverwertet werden. Die Wahl der Bauweise beeinflusst somit auch die Emissionen am Lebensende einer Anlage.

CO₂-Bilanz als Planungsfaktor

Die Quantifizierung des grauen CO₂ ermöglicht es, Bauentscheidungen bereits in der Kapazitätsplanung systematisch zu bewerten – parallel zu Kosten, Zeit und Skalierung.

Wer graue Emissionen frühzeitig berücksichtigt, kann wachstumsorientierte Infrastrukturen entwickeln, regulatorische Anforderungen besser erfüllen und langfristige Klimaziele strategisch absichern.