Rechenzentren müssen noch nachhaltiger werden
7. Juli 2020
Das Rechenzentrum der Telekom-Tochter T-Systems in Biere bei Magdeburg ist nach Firmenangaben einer der größten Cloud Data Center Europas. Geschäftskunden parken hier ihre Daten: Mehrere Hundert Petabyte Speichervolumen stehen dafür bereit. Sehr bald nach dem ersten Datenbunker hat T-Systems einen zweiten daneben gebaut.
Es gibt hierzulande einen Boom beim Neubau von Knotenpunkten. Das liegt zum einen daran, dass es den Unternehmen wichtig ist, ihre Daten auf Servern in Deutschland zu speichern. Zum anderen nährt das sogenannte Edge Computing den Boom. In der Industrie 4.0. und künftig etwa beim autonomen Fahren fallen jede Menge Daten an, die gleich vor Ort verarbeitet werden müssen. Das erfordert viele kleine dezentrale Einrichtungen.
So investieren nationale und internationale Cloud-Anbieter wie Google und Amazon stark in Deutschland, wie eine aktuelle Studie des Berliner Borderstep-Instituts ergab, die im Auftrag des eco-Verbands für die Internetwirtschaft erstellt wurde. Und das obwohl hier Strom soviel kostet, wie in kaum einem anderen industrialisierten Land.
Hunger nach Daten und Strom
Rund 50.000 Rechenzentren aller Größenordnungen gebe es in Deutschland, so der Borderstep-Experte für Green IT, Ralph Hintemann. Für ihn gehört dazu alles, was mindestens drei Server beherbergt. Die Rechenzentren sind im Besitz von IT-Unternehmen, Behörden, Hochschulen, Banken oder Industriebetrieben. Aktuell verbrauchen die Bytes-Umschlagplätze laut dem Netzwerk Nachhaltige Rechenzentren (NeRZ) 12,4 Mrd. Kwh Strom im Jahr, das ist fast soviel wie die Stadt Berlin.
"Der Bedarf an Rechenleistung hat sich seit 2010 verzehnfacht", sagt Hintemann. Zwar sei der Energiebedarf pro Gigabit im Rechenzentrum heute 12 Mal niedriger als vor zehn Jahren, aber die hohe Nachfrage nach Rechenleistung habe den Effizienzfortschritt aufgefressen, stellt die Studie fest. Dabei sind die Möglichkeiten, Energie zu sparen oder klimaneutral zu werden, bei weitem nicht überall ausgereizt.
Wenn es um mehr Effizienz geht, ist die Kühlung die entscheidende Stellschraube: Sie verbraucht fast soviel Strom wie die Datenverarbeitung selbst. Hat man früher den ganzen Raum gleichmäßig gekühlt, damit die Server nicht heiß laufen, wird heute die Kalt- von der Warmluft getrennt und gezielt an die Server herangeführt.
Von Wasser umspült
In manchen Rechenzentren traut man sich auch, Wasser in die Nähe der Elektronik zu lassen, weil es Wärme vielfach besser als Luft aufnimmt. Prof. Volker Lindenstruth von der Uni Frankfurt, Experte für Hochleistungsrechner, hat ein patentiertes Verfahren entwickelt, das heute vor allem die Supercomputer von Forschungseinrichtungen äußerst energieeffizient vor Überhitzung schützt. Dafür werden Rechnerschränke, Racks, in Hochregalen gestapelt. An der Rückseite verlaufen Rohre in Türen aus Metall. In diesen Wärmetauschern fließt enthärtetes Wasser in einem geschlossenen Kreislauf. Ein Startup vermarktet die Technologie auch an Industriekunden.
Noch besser sieht die Energiebilanz aus, wenn die Abwärme genutzt wird. Die fällt in riesigen Mengen an, das ganze Jahr über und mit Temperaturen um die 30 Grad. Üblich sei es bereits, so Hintemann, die eigenen Büros damit zu heizen. Der Rest - 99 Prozent - verpufft aber. Entweder gebe es keine Abnehmer oder es sei zu unwirtschaftlich.
Stadtplaner und Energieversorger mit an den Tisch holen
Doch es geht auch anders: Im Frankfurter Eurotheum beheizt der Datenbunker das ganze Hochhaus mit Büro- und Konferenzräumen, Hotelzimmern und Gastronomie.
Anders geht es auch bei Volkswagen. 2017 hat die Volkswagen Financial Services AG auf dem Gelände einer ehemaligen Kaserne in Braunschweig ein neues Rechenzentrum mit moderner Kühlung und Ökostrom gebaut. Die Abwärme aus der Verarbeitung der Finanztransaktionen versorgt 100 Häuser im benachbarten Neubaugebiet. Eine Wärmepumpe hebt die Temperatur auf das benötigte Niveau. Die VW-Tochter ließ sich das ganze Projekt nach eigenen Angaben rund 65 Millionen Euro kosten.
Solche Projekte sind aber nur zu realisieren, wenn Energieversorger und Stadtplaner mit am Tisch sitzen, wenn sie IT-Dienstleister gezielt ansiedeln und mit Wärmenetzanschlüssen aushelfen. In Deutschland geschieht das bisher selten. In Stockholm dagegen speisen die Datenknotenpunkte ihre Abwärme ins städtische Fernwärmenetz, in der Schweiz heizen sie einige kommunale Schwimmbäder. "Ihnen werden dafür Flächen und Anschlüsse zur Verfügung gestellt", sagt Hintemann. In Deutschland würde auch eine Befreiung der Geothermie-Pumpen von der EEG-Umlage die Abwärme-Nutzung wirtschaftlich attraktiver machen.
Abwärme für Nahrungsproduktion nutzen
Eine Zukunftsvision ist es, Gewächshäuser neben einem Rechenzentrum zu errichten und mit der überschüssigen Wärme zu betreiben. So könnte Obst, Gemüse, Fische oder Algen mitten in der Stadt gezüchtet werden. Für eine Symbiose spricht viel: Das "Vertical Farming" brauche immer mehr Daten, die Rechner lieferten ganzjährig die richtige Temperatur. Die Anbindung ließe sich mit geringem Aufwand umsetzen.
Auch altes kann effizienter werden
Ein älteres Rechenzentrum bei laufendem Betrieb zu modernisieren, ist schwierig: Zu groß sei das Risiko eines Datenverlusts, meint Hintemann. Aber auch im Bestand gebe es Potenzial für Effizienzsteigerungen bei der Soft- und Hardware. Das Institut für Energiewirtschaft und rationale Energieanwendung (IER) der Uni Stuttgart hat Anfang des Jahres einen Leitfaden für nachhaltige Rechenzentren veröffentlicht. Ein Hebel ist die optimale Auslastung. Auch wenn sie nicht verwendet werden, fressen eingeschaltete Server viel Strom.
"Weil Betriebssicherheit das A und O ist, wird die zeitweise geringe Serverauslastung toleriert, um in Spitzenzeiten Einschränkungen zu vermeiden", so das IER. Es empfiehlt also, die Auslastung zu steigern, "Zombie-Server" abzuschalten und die Komponenten und Konzepte stets aktuell zu halten.
Borderstep-Experte Hintemann sieht weitere Vorteile im intelligenten Lastmanagement: "Einige Prozesse wie Backups und die Konsolidierung der Datenbanken sind nicht zeitkritisch. Sie lassen sich verschieben und dann ausführen, wenn wetterbedingt mehr Ökostrom in Netz vorhanden ist."