Was sagt die EMC Home of Data als klimaneutrales Unternehmen zum neuen Energieeffizienz-Gesetz?

Das neue Energieeffizienz-Gesetz in Verbindung mit Rechenzentren

Immer mehr leistungsstarke Anwendungen wie Künstliche Intelligenz, Autonomes Fahren, Videostreaming etc. – nur um wenige zu nennen - erfordern immer mehr Rechenleistung der Rechenzentren. Und obwohl in den letzten Jahren viel in der Energieeffizienz der Rechenzentren gewonnen wurde, steigt der Strombedarf kontinuierlich an. Als einer der größten Stromverbraucher stehen Rechenzentren natürlich besonders in der Vorbildrolle.
Das neue geplante Energieeffizienz-Gesetz des Bundes, das die Klimaneutralität bis 2045 festlegen möchte, hat die Notwendigkeit zu handeln begriffen, und fordert im Entwurf verschiedene Ansätze, um Rechenzentren bis 2028 100% nachhaltig zu machen.
Die Machbarkeit dieser Forderungen und Auflagen, die der Gesetzentwurf fordert, gelten jedoch unter Rechenzentrums-Betreibern und Experten als umstritten. Die EMC Home of Data gilt, wie wir schon in einem vorigen Blog-Post beschrieben haben, als klimaneutrales Unternehmen. Aus diesem Grund möchten wir die Forderungen aus unserer Sicht betrachten und Möglichkeiten diskutieren, wie auch wir unsere Nachhaltigkeit verbessern könnten.

Was wird von Rechenzentren gefordert?

In diesem Sinne ist es logisch, dass der neue Gesetzesentwurf erhöhte Anforderungen an die Betreiber der Rechenzentren stellt, was Energieeffizienz und die Nutzung von erneuerbarem Strom angeht und verpflichtet Betreiber, regelmäßige Berichte über die Menge, Druck, Temperatur und Verfügbarkeit der Abwärme zu machen und so mehr Transparenz aufzuzeigen.
Der PUE-Wert (Power Usage Effectiveness), der aussagt, wie energieeffizient ein Rechenzentrum ist, soll bis 2030 einen Wert von maximal 1,3 haben. Die EMC Home of Data ist hier bereits mit einem PUE von 1,2 sehr nachhaltig.
Des Weiteren sollen Rechenzentren bis 2025 ausschließlich durch nicht geförderten Strom, also jenen, für den keine Zahlung in Anspruch genommen wurde und der nur aus erneuerbaren Energien erzeugt wurde, betrieben werden.
Zudem wird gefordert, dass bis 2028 die gesamte Abwärme nutzbar gemacht wird.
Damit aber erst gar nicht so viel Abwärme entsteht, sollen die Serverräume der Rechenzentren auf nicht mehr als 27 Grad abgekühlt werden. Dies sei das Minimum, das nötig ist, um einen einwandfreien Betrieb eines Rechenzentrums zu gewährleisten.

Was bedeutet der Begriff Abwärme und welche Rolle spielt er in der Nachhaltigkeit?

Die Technik der non-stop laufenden Server verursacht Wärme, damit Server also einwandfrei funktionieren, muss der Raum runtergekühlt werden.
Der Schlüssel der Nachhaltigkeit eines Rechenzentrums liegt zumeist in der Kühlung eines Rechenzentrums. Nahezu alle Rechenzentren haben luftgekühlte Serverräume, da wassergekühlte Serverräume bei einem technischen Defekt natürlich den Betrieb eines Servers stark beeinträchtigen würden. Wasser und Technik sind bekanntlich nicht die besten Freunde.

Sind die Forderungen für Rechenzentren umsetzbar?

Dass die geforderte Transparenz zeitintensiv ist, muss nicht lange diskutiert werden, doch ist dies eine Forderung, die sich umsetzen lässt.
Ein komplexeres Unterfangen sind die weiteren Verpflichtungen. Solar- und Windstrom, also eben jener „ungeförderter“ Strom, der ab 2025 ein Rechenzentrum betreiben soll, unterliegt natürlich witterungsbedingten Schwankungen und einem Tag-Nacht-Rhythmus. Dies lässt sich mit den Anforderungen an den Betrieb eines Rechenzentrums nicht vereinbaren. Dabei ist zu erwähnen, dass man für den Strombedarf eines Rechenzentrums riesige Flächen an Photovoltaik-Anlagen bräuchte, über die man so normalerweise nicht verfügt, besonders nicht in der Stadt.
Aus diesem Grund beziehen wir bei EMC Home of Data den Ökostrom aus Photovoltaik und Flusswasserkraft. Letztere unterliegt keinem Tag-Nacht-Rhythmus und ist kaum starken Schwankungen ausgesetzt. Was wäre aber nun, wenn ein heißer Sommer, von denen es in Zukunft mehr geben soll, für einen sehr geringen Wasserpegel der umliegenden Flüsse sorgt und nicht mehr allein den hohen Strombedarf eines Rechenzentrums decken kann? „Dann wären natürlich auch wir gezwungen, den normalen, regulären geförderten Strom zu nutzen“, so Bernhard Huter, Geschäftsführer der EMC Home of Data. Ein Betrieb, der 100% aus Ökostrom gedeckt wird - auch in Krisenzeiten – ist daher nicht einfach zu realisieren.

Ein weiterer stark debattierter Punkt ist jener, der bis 2028 die gesamte Abwärme eines Rechenzentrums nutzbar sehen möchte. Die Abwärme beträgt meist zwischen 27 - 35°. Um sie in das allgemeine Fernwärmenetz der Stadt einzuspeisen, müsste man aber eine deutlich höhere Temperatur erreichen. In Städten mit einem Fernwärmenetz der ersten oder zweiten Generation, wie beispielsweise Frankfurt, Berlin oder München, braucht man Abwärme von ca. 100° - 120°. Um die Abwärme also anzuheben, benötigt man eine elektrisch betriebene Wärmepumpe, die den Wärmepegel aber nur auf ca. 65° anheben kann.

Seit 2022 besitzt die EMC Home of Data eine solche Wärmepumpe, wodurch wir in der Lage sind einige unserer Gebäudeabschnitte, beispielsweise Treppenhäuser, Lagerräume, Notstromaggregate sowie Büro- und Verkehrsflächen, durch eigene Abwärme zu beheizen. Wir können somit ca. 5% unserer Abwärme wirtschaftlich sinnvoll am Rechenzentrums Campus verbrauchen. Da viele Rechenzentren in größere Bürokomplexe eingebettet sind, ist es hier einfacher, die Abwärme zu nutzen und ihr Gebäude zu heizen, betreffen folgende Punkte eher Colocation-Anbieter, wie die EMC Home of Data. Lassen Sie uns das anhand von Beispielwerten aus dem eigenen Betrieb näher erklären, um diesen umstrittenen Punkt des Energie-Gesetzes besser zu verstehen:

Verwenden wir z.B. 100kW, um ca. 65° warmes Wasser zu erhalten, erreichen wir ein Verhältnis von 100kW elektrischer Energie zu 400kW Heizenergie. Kein sensationell guter Wert, aber aus Gesichtspunkten der Nachhaltigkeit ein sinnvoller Wert. Um dieses erwärmte Wasser nun in gängige  Fernwärmenetze einspeisen zu können, muss die Temperatur nochmal über weitere Wärmepumpen auf ca. 100 Grad gehoben werden. Das Ratio von 1:4 würde sich dabei auf 1:1 verschlechtern. Rechnet man dann noch hinzu, dass die Abnehmer von Wärme hochanteilig saisonalen Schwankungen unterliegen, erschließt sich unmittelbar, warum die Rechenzentrumsbetreiber auf der Abnehmerseite andere, moderne Fernwärmenetze fordern, um einen wirtschaftlichen Betrieb und somit eine effiziente Nutzung der Abwärme zu erreichen. Ein solches Fernwärmenetz wäre jenes der 4. Generation, das mit 65° warmen Wasser funktioniert.

Weiterhin benötigt man dazu natürlich auch noch einen geeigneten Transportkanal, um sie dem Fernwärmenetz zugänglich zu machen. Dabei ist besonders auch kostentechnisch gesehen die Frage zu stellen, warum dies nicht die jeweilige Stadt oder Kommune als Betreiber bereitstellt. Kritiker sagen, dies wäre, als ob man als Autofahrer die Autobahn selbst bauen muss.
Aber nehmen wir an, wir hätten Technik sequenziell betriebener Wärmepumpen und auch die geeigneten Transportwege, so ist die Abnahme dieser Abwärme noch längst nicht garantiert. Ein Rechenzentrum bringt stetig, Sommer wie Winter, Abwärme; ein Wohnviertel oder Geschäfte möchten aber nur im Winter geheizt werden und bräuchten im Sommer eher Kälte. Ein Großteil der geleisteten Wärme würde also nicht genutzt werden.
Damit sich also die Wärmepumpe und die daraus resultierenden ökologischen und kostentechnischen Faktoren lohnen würden, wäre es sinnvoll, direkt eine passende Umgebung für ein Rechenzentrum zu suchen, zum Beispiel ein großes Schwimmbad oder Wäschereien, die das ganze Jahr über beheizt werden müssen. Auch eine Algenfarm, sei laut Bernhard Huter, Geschäftsführer der EMC Home of Data eine gute Nachbarschaft. Diese benötigen das ganze Jahr über warmes Wasser, um Algen zu erzeugen, die in Nahrungsmittel o.ä. verarbeitet werden können. Aber welches Rechenzentrum hat schon zufälligerweise Schwimmbad oder Algenfarm in der Nachbarschaft? Wir leider nicht.

Eine Umfrage 2017 fasste zusammen, wieso Rechenzentrumsbetreiber die Abwärme bisher nicht nutzen:

Was sind somit die Folgen für Rechenzentren?

Die Planung des Baus neuer Rechenzentren wird somit heikler, da man sich ökologisch gesehen die passende Nachbarschaft suchen, teure Transportwege und Wandlungstechnik anschaffen, bzw. vertraglich klären muss. So löblich das auch erscheinen mag, ist es dadurch und aufgrund der hohen Strompreise in Deutschland günstiger und einfacher, das Rechenzentrum im Ausland zu errichten. Einer der internationalen Marktführer in Sachen Rechenzentren NTT kündigte bereits an, mit dem Beschluss dieser Vorgaben, alle Pläne für Rechenzentren-Neubauten in Deutschland zu stoppen. Langfristig gesehen würde Deutschland also möglicherweise große Teile digitaler Dienstleistungen importieren müssen. Überlegt man dieses Szenario weiter, wird möglicherweise auch das europäische Ausland bald in Sachen Nachhaltigkeit nachziehen und den Neubau von Rechenzentren erschweren.

Aus diesem Grund ist es eben erfreulich, dass sich Bund und Länder momentan so viele Gedanken darum machen, wie man Rechenzentren dabei unterstützen kann, so denkt Frankfurt darüber nach, welche Nachbarschaft am günstigsten erscheint, um die Abwärme eines Rechenzentrums zu nutzen. Eine kürzlich von den Grünen veröffentlichte Studie in Bayern legt es der bayerischen Staatsregierung nahe, erforderlich unterstützende Maßnahmen für einen nachhaltigen Betrieb in Rechenzentren in die Wege zu leiten.

Schweden unterstützt Rechenzentren sehr in der Nutzbarmachung der Abwärme. So geben dort bereits 30 Rechenzentren ihre Abwärme ins Fernwärmenetz. Bis 2035 sollen hier 10% des Heizbedarfs von Rechenzentren gedeckt werden. Dies wird in Schweden wie folgt erreicht: Mittels Wärmepumpen wird das Temperaturniveau auf 65° angehoben und durch Fernwärmerohre direkt zu einem Biomassivheizkraftwerk geleitet, das die gesamte Abwärme auf das Temperaturniveau des Fernwärmenetzes anhebt. Die so nutzbar gemachte Wärmeenergie von 112 Millionen kWh deckt etwa den Wärmebedarf einer Kleinstadt mit ca. 200.000 Einwohnern.

Ähnliche Ansätze wie in Schweden werden bei vereinzelten Rechenzentren in Deutschland, beispielweise in Darmstadt, Frankfurt oder Greifswald verfolgt. Doch wurden diese Ideen bereits beim Bau des Rechenzentrums berücksichtigt und wurden somit subventioniert. So werden 90% des Warmwasserbedarfs des Hochhauses Eurotheum in Frankfurt von einem nahegelegenen Rechenzentrum gedeckt.
Die meisten Rechenzentrumsbetreiber, darunter auch die EMC Home of Data, finden jedoch heute keinen geregelten Weg um in Zusammenarbeit mit Städten und Kommunen sowie dem BAFA als Bundesamt um in der Kombination aus umweltpolitischer Verantwortung und wirtschaftlicher Sicherheit in der Umsetzung einen belastbaren Weg zu finden.

Einspeisung der Abwärme ins Nahwärmenetz

Natürlich könnte auch die EMC Home of Data ihre Abwärme auch beispielsweise an das benachbarte Wohnquartier und Flüchtlingsheim weitergeben. Transportrohre würden dennoch benötigt und diese können wir natürlich auch nicht ohne Genehmigung oder Subventionierung durch öffentliches Gebiet legen. Im direkten Kontakt mit dem Betreiber des Netzes zeigt sich hier jedoch augenblicklich noch keine Lösung. Im kommenden vierten Bauabschnitt des Rechenzentrumscampus wird die EMC Home of Data jedoch auf eigene Kosten und Risiko die Möglichkeit zur Ausleitung der Abwärme baulich berücksichtigen.

Vertical Farming

Eine interessante Alternative, um die Abwärme nu nutzen, wäre abgesehen von den oben erwähnten Anbietern, wie Schwimmbad, Gewächshaus oder Algenfarm das sogenannte Vertical Farming, insbesondere die Variante der Aquaponik. Dabei werden Fische in einem Becken gehalten, deren Ausscheidungen als Dünger für Pflanzen dienen. Für das Vorhaben ist eine gute Belüftung, die geeignete Temperatur, die im Bereich der normalen Abwärme von Rechenzentren liegt, sowie Rechenleistung für die Effizienzsteigerung wichtig und würde sich schon allein daher perfekt in ein Rechenzentrum integrieren, sofern man genügend freie Fläche hat, um dies zu realisieren.

Kälteerzeugung

Wärme kann mithilfe von Kälteabsorptionsmaschinen auch Kälte erzeugen. Dies ist insbesondere für Rechenzentren mit großer Bürofläche eine gute Möglichkeit die Abwärme das gesamte Jahr über zu nutzen.

Fazit

Der Gesetzesentwurf geht in die richtige Richtung und zeigt Rechenzentren, wie wichtig es ist, zu handeln, doch sollte die Verantwortung nicht allein den Rechenzentren übertragen werden. Die erfreulichen Beispiele aus Schweden, Greifswald oder Frankfurt zeigen, wie gut eine Zusammenarbeit zwischen Rechenzentrum und Bundesland funktionieren kann.
Es zeigt aber auch den dringenden Redebedarf zwischen Bund, Ländern und Rechenzentrumsbetreibern, damit alle Rechenzentren ihre Abwärme sinnvoll und vor allem nachhaltig nutzen können. Bis dahin können aber selbstverständlich dennoch viele Schritte unternommen werden.
Wir als EMC Home of Data sind – obwohl wir eine marktführende Energieeffizienz haben und als klimaneutral gelten - in jedem Fall motiviert auch unsere Abwärme nutzbereit zur Verfügung zu stellen und hoffen, dass dies eines Tages auf einer vertraglich gesicherten Basis möglich sein wird.