Energieeffizienz im Fokus: Wie Rechenzentren nachhaltig werden

Wie können Rechenzentren ihre Performance aufrechterhalten und zugleich ihren hohen Energieverbrauch senken? Vor dieser Herausforderung stehen Betreiber weltweit, auch angesichts steigender Anforderungen durch K1 und Cloud-Computing. Innovative Technologien und Strategien helfen dabei, den ökologischen Fußabdruck zu minimieren. Von der Nutzung erneuerbarer Energien bis zur Integration von Wasserstoff: Der Weg zu nachhaltigen IT-lnfrastruk-turen ist anspruchsvoll, aber auch chancenreich.

Wachsende Nachfrage bei steigender Regulierung

Während klassische Rechenhardware in Unternehmen durch Virtualisierung, Cloud-Computing und Software as a Service (SaaS) immer seltener gebraucht wird, wächst der Bedarf für die Verarbeitung großer Datenmengen ungebremst weiter. Insbesondere künstliche Intelligenz (KI) sorgt dafür, dass Immer mehr Leistung aus großen Rechenzentren bezogen wird. Laut Bitkom Ist der Stromverbrauch dieser Rechenzentren (Inklusive kleinerer IT-Installationen) zwischen 2010 und 2024 um über 90 % auf knapp 20 Mrd. kWh Im Jahr angestiegen (vgl. Abb. l).

Das stellt die Betreiber vor die Herausforderung, Ihre Prozesse effizienter zu gestalten und den ökologischen Fußabdruck zu reduzieren. Denn auch die europäische und nationale Gesetzgebung gibt diesbezüglich eine klare Richtung vor. So fordert der Green Deal der EU, dass der Sektor der Informations- und Kommunikationstechnologie (ICT) bis 2030 klimaneutral ist. Deutschland ergänzt diese Vorgaben durch das Energieeffizienzgesetz (EnEfG), das zusätzliche Maßnahmen zur Energieeinsparung vorschreibt. Dazu gehören bspw. die Festlegung strenger Energieeffizienzziele für Rechenzentren, die den Power-Usage-Effectiveness (PUE)-Wert regulieren. Dieser Wert, der das Verhältnis zwischen Gesamtenergieverbrauch der Anlage und dem Verbrauch der IT-Geräte misst, darf ab 2027 nicht über 1,5 liegen und muss bis 2030 auf 1,3 gesenkt werden.

Diese Vorgaben, aber auch der wirtschaftliche Aspekt, Stromverbrauchskosten zu senken, sollten Rechenzentrumsbetreiber dazu bewegen, ihre IT-Infrastruktur zu überdenken und energieeffiziente Technologien zu Implementieren. Für sie führt kein Weg an Investitionen in erneuerbare und günstige Energien, effizientere Gebäude und andere Maßnahmen für einen nachhaltigen, kosteneffizienten Betrieb vorbei. Diese Schritte erfordern aber eine strategische Neuausrichtung und den Einsatz moderner Technologien, um auch langfristig zu gleichen Teilen wirtschaftlich und ökologisch nachhaltig zu agieren.

Gute Nachrichten gibt es von der Kl-Chip-Technologle, die in ihrer neuesten Entwicklungsstufe deutlich energieeffizienter ist als in den bisherigen Generationen. D. h., dass Betreiber durch Investitionen in neue Chipgenerationen ihren Leistungs- und Energieverbrauchskoeffizienten deutlich verbessern können

Mehr Zuverlässigkeit, weniger Emissionen

Im ersten Schritt bietet die Eigenstromerzeugung mittels Photovoltaik und Windkraft einen starken Hebel, um den Betrieb von Rechenzentren nachhaltiger zu gestalten. Solaranlagen auf Dächern und Fassaden sowie Windkraftanlagen auf geeigneten Flächen können Teile des Energiebedarfs decken. Wichtig: Der Umstieg auf diese Technologien muss Teil einer größeren Transformation sein, da sie typischerweise weniger als 3 % des Gesamtbedarfs abdecken. Dennoch tragen sie zur Reduzierung der Betriebskosten bei und verringern die Abhängigkeit von fossilen Energieträgern.

Neben der Eigenstromerzeugung bietet auch die Umstellung von Gasmotorenkraftwerken auf Wasserstoff eine Möglichkeit, CO2-Emissionen signifikant zu reduzieren. Ein konkretes Beispiel hierfür ist die Integration von Wasserstoff-Brennstoffzellen, die als Backup-Stromversorgung in Rechenzentren eingesetzt werden können. Diese Technologie ermöglicht es, im Falle eines Stromausfalls den Betrieb ohne fossile Brennstoffe aufrechtzuerhalten, was nicht nur die Emissionen senkt, sondern auch die Zuverlässigkeit und Nachhaltigkeit der Infrastruktur erhöht.

Langfristige Perspektiven für eine klimaneutrale Energieversorgung

Um ambitionierte Klimaziele zu erreichen, Ist es auch denkbar, hybride Energiesysteme zu entwickeln, die Wasserstoff mit erneuerbaren Energien kombinieren. Durch die Nutzung von überschüssiger Energie aus Wind- oder Solaranlagen zur Produktion von grünem Wasserstoff kann dieser dann in Zeiten hoher Nachfrage oder geringer erneuerbarer Energieproduktion als stabiler Energieträger verwendet werden. Solche Konstellationen erfordern jedoch eine sorgfältige Planung und Investition in die Wasserstoffspeicherung und -verteilung - insbesondere, um eine Verfügbarkeit sicherzustellen. Außerdem gilt es, dabei die Fortschritte bei der Entwicklung des Wasserstoffkemnetzes Im Blick aufmerksam zu verfolgen, das bis 2032 in Deutschland aufgebaut werden soll.

Die Kombination verschiedener Energietechnologien muss in einem umfassenden Energiemanagementsystem erfolgen, das sowohl technische als auch wirtschaftliche Aspekte berücksichtigt. Photovoltaik und Windenergie bieten kurzfristige Vorteile, während Wasserstoff langfristige Perspektiven für eine klimaneutrale Energieversorgung eröffnet. Ein integrativer Ansatz, der beide Technologien vereint, kann die Energieeffizienz von Rechenzentren signifikant steigern und ihre Rolle als Vorreiter der nachhaltigen Digitalisierung stärken.

Abwärmenutzung und Standortwahl als Schlüsselfaktoren für die Dekarbonisierung

Abwärme, die bei der Kühlung von Servern entsteht, bietet ein enormes Potenzial zur Energieeinsparung. Durch die Integration in lokale Fernwärmenetze kann diese überschüssige Wärme genutzt werden, um benachbarte Gebäude wie Büros, Krankenhäuser oder Schwimmbäder zu beheizen. Der Green IT Cube am GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt ist ein Paradebeispiel dafür, wie moderne Rechenzentren ihre Abwärme sinnvoll nutzen können. Dieses Rechenzentrum ist in einer kompakten Würfelform gestaltet und bietet Platz für eine große Anzahl von Servern. Anstatt die Server mit der üblichen Luftkühlung zu betreiben, wird hier ein fortschrittliches Wasserkühlungssystem eingesetzt. Das Wasser fließt direkt durch die Rückseiten der Serverracks, wodurch die Wärme effizient abgeführt wird.

Diese abgeführte Wärme wird nicht einfach verschwendet, sondern über ein System von Wärmetauschern in die Heizungsanlage der benachbarten Gebäude integriert. So werden im Winter sowohl die Büros als auch die Kantine des Campus mit dieser überschüssigen Wärme versorgt.Dieses Verfahren spart nicht nur Energie, sondern ermöglicht auch eine platzsparende Bauweise des Rechenzentrums. Besonders beeindruckend: der niedrige PUE-Wert von 1,07.

Die Standortwahl ist ein weiterer Schlüsselfaktor für die Dekarbonisierung von Rechenzentren. Norddeutschland bietet aufgrund der Nähe zu Offshore-Wind-parks ideale Bedingungen für eine nachhaltige Energieversorgung. Die Verfügbarkeit von CO2-armen Stromquellen ermöglicht es, Rechenzentren effizienter zu betreiben und die Abhängigkeit von fossilen Energieträgern zu verringern. Darüber hinaus profitieren Betreiber von der stabilen Netzkapazität und den güns-tigen klimatischen Bedingungen, die eine zuverlässige Kühlung und Energieversorgung gewährleisten.

Durch die Kombination von Abwärmenutzung und einer strategischen Standortwahl können Rechenzentren ihre Rolle als Vorreiter der nachhaltigen Digitalisierung stärken. Diese Ansätze erfordern eine sorgfältige Planung und Integration In bestehende Systeme, um die Vorteile vollständig auszuschöpfen und die ambitionierten Klimaziele zu erreichen. Sie bieten eine klare Perspektive für die Zukunft der Rechenzentren als integrale Bestandteile einer nachhaltigen urbanen Infrastruktur.

Fokus auf resiliente und flexible Energiesysteme

Der Weg zu nachhaltigen Rechenzentren ist komplex, aber unumgänglich, denn die Nachfrage nach Rechenleistung und damit auch die Leistungsfähigkeit von Rechenzentren wird weiter wachsen. Die Transformation erfordert dabei nicht nur technologische Innovationen, sondern auch strategische Investitionen. Die Finanzierung des Umstiegs auf resiliente und flexible Energiesysteme für IT-Infrastrukturen ist entscheidend, um langfristige Nachhaltigkeitsziele zu erreichen. Unternehmen sollten in den Ausbau erneuerbarer Energien, die Integration von Wasserstofftechnologien und die Nutzung von Abwärme investieren. Dabei können Förderprogramme und Partnerschaften mit Energieanbietern wertvolle Unterstützung bieten.

In Zukunft werden Rechenzentren nicht nur als Energieverbraucher, sondern als Integrale Bestandteile einer nachhaltigen Energiewirtschaft als Teil des Energiesystems betrachtet. Ihre Fähigkeit, sich an dynamische Marktanforderungen und wirtschaftliche Gegebenheiten anzupassen, wird entscheidend sein. Der Fokus wird auf der Schaffung reslllenter und flexibler Energiesysteme liegen, die sowohl ökologische als auch wirtschaftliche Vorteile bieten.

Die Branche steht vor der spannenden Herausforderung, durch innovative Ansätze und gezielte Investitionen die Balance zwischen Leistungsfähigkeit und Klimaneutralität zu finden. Rechenzentren haben das Potenzial, die digitale Transformation voranzutreiben und gleichzeitig einen bedeutenden Beitrag zur Energiewende zu leisten. Die Zukunft gehört denjenigen, die bereit sind, mutig in nachhaltige Lösungen zu investieren und ihre Geschäftsmodelle entsprechend auszurichten.