Rechenzentren sollen bis 2027 klimaneutral sein: Innovationsprojekt zur Abwärmenutzung aus Rechenzentren zeigt mit „Bytes2Heat“ mögliche Lösungswege auf

Im Koalitionsvertrag heißt es: „Neue Rechenzentren sind ab 2027 klimaneutral zu betreiben“ [1]. In Anbetracht des aktuellen hohen Stromverbrauchs deutscher Rechenzentren, begünstigt durch Videokonferenzen, IoT-Anwendungen, Cloud-Lösungen, Streaming und Digitalkonsum, scheint dies eine Mammutaufgabe zu sein, denn Rechenzentren sind wahre Stromfresser. Neue Rechenzentren schießen infolge der steigenden Nachfrage nach Rechenkapazitäten wie Pilze aus dem Boden. Lag der Stromverbrauch deutscher Rechenzentren im Jahr 2015 bei etwa 12 Mrd. Kilowattstunden, stieg dieser bis 2020 kontinuierlich auf 16 Mrd. kWh an [2, 3]. Das entspricht ca. drei Prozent des gesamten deutschen Strombedarfs [4]. In Frankfurt sind Rechenzentren sogar für 20 % des Stromverbrauchs der Stadt verantwortlich [5]. Und der Trend verläuft weiter aufwärts [6]. Allein im Rhein-Main-Gebiet, mit dem „DE-CIX“ als Europas größtem Netzwerkknoten, soll der Strombedarf von 1 Mrd. kWh im Jahr 2017 auf bis zu 4 Mrd. kWh im Jahr 2025 ansteigen [7]. Neben dem Stromverbrauch für die IT verursacht die Kühlung der Serverräume durch Klimatisierung und Lüftungsanlagen auf 18 bis 27 Grad den größten Anteil des Verbrauchs, denn die Verarbeitung und Speicherung von Daten verbraucht viel Strom in den Hallen, die randvoll gepackt sind mit schrankgroßen Serverschränken – und dabei fällt Abwärme in fast gleicher Höhe an [8]. Aber diese Energie kann recycelt werden und ist so nicht ganz verloren. Die Abwärme könnte als „geschenkte“ Wärme weitergenutzt werden und fossile Brennstoffe ersetzten, mit denen bislang Gebäude oder Unternehmen in der Nachbarschaft der Rechenzentren beheizt werden. So würde der Wärmesektor in Deutschland schneller dekarbonisiert und damit auch grüner werden.

Die Abwärmenutzung ist darum ein extrem wichtiger Schritt in Richtung Klimaneutralität eines Rechenzentrums, wie auch die kürzlich veröffentlichte Bitkom Studie „Rechenzentren in Deutschland“ [9] bestätigt. Eine der größten Herausforderungen dabei: Die verschiedenen Akteure entlang der Wärmelieferkette zusammenzubringen. Die Rechenzentren als Anbieter von Abwärme, die Nutzerinnen und -nutzer dieser Wärme, wie Eigentümerinnen und Eigentümern von Gebäuden, Industrieanlagen oder Gewächshäusern und Energiedienstleister, die für den Transport, die Abrechnung und sichere Versorgung mit Wärme Rechnung tragen. Die aufgeheizte Luft von luftgekühlten Rechenzentren lässt sich beispielsweise ganzjährig zur Algen-, Fisch- oder Insektenzucht verwenden, genauso wie für Trocknungsprozesse von Holz, Heu, Trockenfrüchten oder Wäsche. Gute Nachbarschaft ist dabei wichtig: Um Investitionskosten zu minimieren, sollte die Transportdistanz zwischen Rechenzentrum und Wärmeabnehmer möglichst kurz sein [10]. Werden Rechenzentren direkt mit Wasser gekühlt, könnte ca. 60 Grad warmes Wasser ohne zusätzliche energetische Aufwertung mit einer Wärmepumpe auch über größere Distanzen zum Beispiel an Schwimmbäder geliefert werden. Doch bisher trauen sich nur weniger Rechenzentrenbetreiber Wasser an ihre Server zu lassen und auch die Hardwarehersteller sind noch zurückhaltend bei der Entwicklung geeigneter Server.

Das Problem, wie potenzielle Abnehmer und Abnehmerinnen mit den Rechenzentren zusammenfinden, will das Innovationsprojekt und die daraus entstehende Bytes2Heat-Plattform lösen. Und viele machen mit: Im Projekt tauschen sich seit einem Jahr Expertinnen und Experten aus 84 Organisationen und relevanten Akteure in einem Co-Development-Prozess aus, und haben in Workshops bereits kreative Ideen entwickelt. Wie Abwärmenutzung aus Rechenzentren innovativ genutzt werden könnte.

Beispiele sind ein Wirtschaftlichkeitsrechner, ein regionales Wärmenetzwerk oder auch ein „Symbiose Campus“. Diese und viele mehr sollen in Leuchtturmprojekten in den nächsten Monaten weiterentwickelt und idealerwiese auch umgesetzt werden. Einige gute Beispiele für die Nutzung der Abwärme aus Rechenzentren aus aller Welt wurden bereits zusammengetragen, um gemeinsam daraus zu lernen und diese nachzuahmen.

Bytes2Heat steht mit seinen Expertinnen und Experten aus Forschung, Wirtschaft sowie dem eigenen Netzwerk zur Verfügung und unterstützt diesen Trilog zwischen Rechenzentren, Technologieanbieter und Abwärmeabnehmer.

Als Projektpartner arbeiten die Deutsche Unternehmensinitiative Energieeffizienz e.V. (DENEFF), die Institute IER und IVR der Universität Stuttgart sowie die Innovative WärmeNetze GmbH (IWN) im Rahmen von Bytes2Heat eng zusammen. Mira Weber von der DENEFF steht Ihnen unter mira.weber@deneff.org oder telefonisch unter +49 (0) 176 30 75 60 46 als Kontaktperson zur Verfügung. Gerne vermitteln wir auch Ansprechpartnerinnen und Ansprechpartner und unterstützen beim Finden von Interviewpartnern und Drehorten aus der Praxis.

Das Projekt wird gefördert vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages. Des Weiteren unterstützen die folgenden Unternehmen Bytes2Heat: BFE Institut für Energie und Umwelt, Danfoss, DC-Datacenter-Group, ENGIE Deutschland und E.ON Energy Solutions.

[1] „Mehr Fortschritt wagen. Bündnis für Freiheit, Gerechtigkeit und Nachhaltigkeit“. Koalitionsvertrag 2021 – 2025 zwischen der Sozialdemokratischen Partei Deutschlands (SPD), BÜNDNIS 90 / DIE GRÜNEN und den Freien Demokraten (FDP), 2021. Zum PDF

[2] Wissenschaftlicher Dienst des Deutschen Bundestages, „Energieverbrauch von Rechenzentren“. Sachstand, Berlin WD 8 – 3000 – 041/19, 2019. Zum PDF

[3] Wissenschaftlicher Dienst des Deutschen Bundestages, „Energieverbrauch von Rechenzentren“. Sachstand, Berlin WD 8 – 3000 – 070/21, 2021. Zum PDF

[4] BDEW Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft e.V., Entwicklung des Stromverbrauchs nach Verbrauchern: Letztverbrauch Strom nach Verbrauchergruppen in Deutschland. Zum PDF

[5] R. Hintemann & Jens Clausen, „Rechenzentren in Deutschland: Eine Studie zur Darstellung der wirtschaftlichen Bedeutung und der Wettbewerbssituation“, Berlin, 2020. Zum PDF

[6] R. Hintemann, „Energiebedarf der Rechenzentren steigt trotz Corona weiter an. Cloud Computing profitiert von der Krise“, Berlin, 2020. Zum PDF

[7] Hessischer Rundfunk hr-iNFO (2021). „Boom der Rechenzentren in Rhein-Main – Fluch oder Segen?“. Zum Audiobeitrag

[8] American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, „2011 Thermal Guidelines for Data Processing Environments – Expanded Data Center Classes and Usage Guidance: Whitepaper prepared by ASHRAE Technical Committee (TC) 9.9 Mission Critical Facilities, Technology Spaces, and Electronic Equipment“, ASHRAE TC 9.9, 2011.

[9] Rechenzentren in Deutschland Aktuelle Marktentwicklungen, Stand 2022. Zum PDF

[10] A. Asthana, R. Sethuramalingam, P. Weston, „Review of Waste Heat Utilisation from Data Centres“, Sheffield, 2019.