Energieeffiziente Rechenzentren können die schlechte Umwelt-Bilanz der Informationstechnologie erheblich verbessern und dazu beitragen, sowohl die Energiekrise als auch den Klimawandel abzuschwächen.
In Zeiten der Erderwärmung und der zunehmenden Verknappung von fossilen Energieträgern ist Effizienz für alle Unternehmen ein Gebot der Stunde. Ein hoher Wirkungsgrad von Rechenzentren hat positive Auswirkungen auf die Umwelt und verringert die Betriebskosten. Schädliche Emissionen und hohe Kosten sollten zugunsten der Entlastung der Natur möglichst geringgehalten werden.
Was sind Rechenzentren und wofür werden sie benötigt?
Ein Rechenzentrum ist eine Anlage, in der mehrere Computer zu einer größeren und leistungsfähigeren Einheit zusammengeschaltet werden. Des Weiteren befindet sich die benötigte Infrastruktur zum Betrieb der Installation in den Räumlichkeiten. Dazu zählen die Angestellten, die die Funktionalität der Rechentechnik sicherstellen genauso wie Anlagen zur Stromversorgung, Systeme zur Kühlung und Hardware für die Datenübertragung.
Man unterscheidet zwischen externen und internen Rechenzentren. Während Letztere ausschließlich Prozesse des Unternehmens bearbeiten, dem sie angehören, bieten externe Center ihre Rechenleistung und Speicherkapazität Betrieben, Verwaltungen oder Institutionen an. Empfänger dieser Dienstleistungen der Informations- und Kommunikationstechnologie (IKT) sind fast alle Bürger und Firmen.
Sämtliche Aktionen im Internet via Smartphone, Tablet oder PC werden über Rechenzentren abgewickelt. Cloud-Anwendungen und Streamingdienste nutzen sie genauso wie Banken, Finanzämter oder Forschungseinrichtungen. Eine industrielle Produktion und die damit verbundene Erhebung und Speicherung von Daten wären ohne sie nicht denkbar. Rechenzentren haben einen großen Einfluss auf wirtschaftliche Prozesse und deren Entwicklung und gelten in der zunehmend digitalisierten Welt als unverzichtbar.
Rechenzentren heute und morgen
Heute gibt es in Deutschland etwa 3000 Rechenzentren mit mehr als 40 kW IT-Leistung. Die Gesamtmenge aller kleineren IT-Installationen liegt bei etwa 50.000. Laut einer bitkom-Studie sind die Kapazitäten zwischen 2016 und 2021 um 30 % angestiegen.
Einen Grund dafür gibt die Studie mit dem Wachstum der Cloud-Computing-Dienste an, während traditionelle Anwendungen etwa konstantes Niveau hielten. Es wird erwartet, dass die Kapazitäten bis zum Jahr 2025 um weitere 20 % steigen werden, was wiederum hauptsächlich dem Cloud-Computing zuzuschreiben ist. Dieses wird dann mit einem Volumen von etwa 50 % das dominierende Angebot sein.
Trotz zunehmend steigender Effizienz der Rechenzentren erhöht sich der Energiebedarf ebenfalls. Erwartet wird eine Zunahme von 16 kWh im Jahr 2020 auf etwa 18 kWh bis zum Jahr 2025. Der wachsende Energiebedarf muss möglichst effizient und klimafreundlich gestaltet werden. Die Vorteile der Digitalisierung großer Bereiche des gesellschaftlichen Lebens dürfen nicht dauerhaft durch eine negative ökologische Bilanz der Rechenzentren belastet werden.
Auch in der IT spielt der Klimawandel eine Rolle
Der Klimawandel, dessen Ursachen nachweisbar menschengemacht sind, betrifft alle gesellschaftlichen Bereiche, von der Privatperson bis zum international tätigen Konzern. Jeder Einzelne sollte bemüht sein, seinen ökologischen Fußabdruck so klein wie möglich zu halten. Das gilt im Privatleben genauso wie für die berufliche Tätigkeit.
Auch Rechenzentren weisen bis heute eine negative ökologische Bilanz auf. Sie verbrauchen sehr viel Energie in Form von Strom, der in noch zu geringem Maße aus erneuerbaren Quellen gewonnen wird. Auch bei der Herstellung von Hardware werden viele Ressourcen verbraucht und es fallen Emissionen an.
Im Koalitionsvertrag der Ampelregierung heißt es, dass neu installierte Rechenzentren bis zum Jahr 2027 klimaneutral arbeiten sollen. Dieses Ziel wurde schon vorher von der Europäischen Kommission benannt, angestrebter Zeitpunkt: das Jahr 2030.
Um die Klimabilanz von Rechenzentren transparenter zu machen, empfiehlt das Umweltbundesamt verpflichtende Energieausweise sowie eine CO2-Bilanz pro Service- oder Übertragungseinheit. Energieeffizienz wird zukünftig ein Gütesiegel für Rechenzentren wie auch für all jene sein, die diese nutzen.
Umweltschutz
Sämtliche Aspekte im Zusammenhang mit dem Bau und der Herstellung der benötigten Komponenten für den Betrieb sollten den Kriterien des Umweltschutzes entsprechen. Jegliche Technik für Rechenzentren muss in der Zukunft aus umweltschonenden Materialien mithilfe erneuerbarer Energien hergestellt werden.
Schon während des Planungsprozesses gibt es einige Faktoren zu berücksichtigen, die Bau und Betrieb eines Centers umweltverträglich sicherstellen. Der zu wählende Standort spielt dabei eine große Rolle. Dieser sollte entsprechend der Verfügbarkeit von ökologisch erzeugtem Strom ausgewählt werden. Zudem besitzen klimatische Faktoren einen erheblichen Anteil an der erwünschten positiven Bilanz des Rechenzentrums. Außenluft kann beispielsweise zur Kühlung der Anlage beitragen.
Die während des Betriebs in der Anlage produzierte Wärme kann als Abwärme zur Versorgung von privaten Haushalten oder Geschäftsgebäuden genutzt werden.Nur wenn die Nachhaltigkeit eines Rechenzentrums gesichert ist, wird es zukunftsfähig sein.
Senkung der Betriebskosten
Werden die laufenden Betriebskosten gesenkt, resultieren daraus gleich mehrere positive Aspekte. Zum einen verbessert sich dadurch die ökologische Bilanz des Unternehmens, zum anderen erhöht sich dessen Gewinn. Etwa die Hälfte der Betriebskosten von Rechenzentren entfallen auf die Stromkosten. Diese zu senken, indem der Verbrauch effizienter gestaltet wird, führt zu deutlichen Einsparungen.
Aber auch andere Faktoren besitzen das Potenzial, die Betriebskosten zu verringern. Der Aufwand für Wartung und Instandhaltung lässt sich optimieren. Organisatorische und logistische Aufgaben können gegebenenfalls an externe Dienstleister abgegeben werden. Neue Technik muss der Kontrolle ihrer umweltfreundlichen Herstellung standhalten. Außerdem sollte sie langlebig und am Ende ihrer Lebensdauer recycelbar sein.
Die Senkung der laufenden Kosten hat unmittelbare Auswirkungen auf den ökologischen Fußabdruck eines Rechenzentrums und leistet demzufolge einen erheblichen Beitrag zur Eindämmung des Klimawandels.
Welche Anforderungen sollten energieeffiziente Rechenzentren erfüllen?
Moderne energieeffiziente Rechenzentren sollten zukünftig CO2 neutral arbeiten. Um dieses Ziel zu erreichen, ist es dringend notwendig, ihren Stromverbrauch zu reduzieren und den Strom aus erneuerbaren Quellen zu gewinnen. Eine ausgeglichene CO2-Bilanz wird dadurch erreicht, dass entweder keine Treibhausgase in die Atmosphäre abgegeben werden oder die Emissionen vollständig kompensiert werden.
Neue Rechenzentren sollten bereits im Sinne dieser Kriterien geplant werden. Eine nachhaltige Bauweise aus entsprechenden Materialien ist eine Anforderung, der sich jeder Neubau stellen muss. CO2-Neutralität, Energieeffizienz bezüglich der Art der Erzeugung und der Verringerung des benötigten Stroms sowie der Faktor Green IT sind wesentliche Anforderungen an moderne Rechenzentren.
CO2 neutral wirtschaften
Weltweit beträgt der Anteil der Informationstechnologie am CO2-Ausstoß etwa zwei bis drei Prozent. Dabei sind die größten Emittenten nicht die Center, sondern die Hersteller von Hardware für digitale Endgeräte.
Die CO2-Emissionen von Rechenzentren sind sogar leicht rückläufig. Das liegt an dem Umstand, dass der Anteil an den erneuerbaren Energien in den letzten Jahren stark zugenommen hat. Allerdings fließen in diese Bilanz lediglich die Werte des Betriebs der Center ein, nicht die der Herstellung der notwendigen Technik und die des Datentransfers.
Ein erheblicher Faktor zur Senkung der CO2-Emission ist die Effizienz der Server in den Zentren. Eine gute Auslastung und eine richtig dimensionierte Kühlung haben große Auswirkungen auf den Treibhausgasausstoß.
Der leichten Rückläufigkeit der Emissionen steht die Zunahme der Anzahl an Rechenzentren und deren steigender Energiebedarf gegenüber. Durch eine zunehmende Nutzung erneuerbarer Energien lässt sich der CO2-Ausstoß weiter reduzieren.
Stromverbrauch verringern
Rechenzentren, die sich zukunftsfähig am Markt positionieren wollen, stehen vor der Aufgabe, die steigende Nachfrage und Auslastung mit einer nachhaltigen und umweltfreundlichen Arbeitsweise zu vereinen.
Der Stromverbrauch hat sich vom Jahr 2010 bis zum Jahr 2020 fast verdoppelt und betrug etwa drei Prozent des gesamten Verbrauchs in Deutschland. Der Anstieg ist eine direkte Folge der Erhöhung der Kapazitäten der Anlagen. Es sind vor allem die Server, deren Kühlung und die stetig steigenden Speichergrößen für den hohen Verbrauch verantwortlich. Immer mehr Datentransfer und -ablage erfolgen über Cloud-Dienste.
Einsparpotenziale finden sich in der Optimierung von Prozessen und der bestmöglichen Auslastung der Infrastruktur. Moderne Prozessoren werden immer leistungsfähiger und gleichzeitig effizienter. Das Gleiche gilt für Netzteile – ältere Geräte haben einen recht geringen Wirkungsgrad. Den Verbrauch an Energie zu verringern, ist zwingend nötig, zumal in Zeiten der allgemeinen Energiekrise.
Green IT
Die Bezeichnung verweist auf umweltverträgliche Produkte und Dienstleistungen der Informationstechnologie. Die Idee der Green IT reicht bis in das Jahr 1992 zurück, in dem die amerikanische Umweltschutzbehörde das Umweltsiegel Energy Star kreierte. Ziel des Konzepts ist es, den gesamten Kreislauf der Nutzung von IT umwelt- und ressourcenschonend zu gestalten. Die Gewinnung der notwendigen Energie und der Rohstoffe sowie deren Weiterverarbeitung erfolgt auf eine nachhaltige und umweltverträgliche Art und Weise.
Die Methoden von Green IT sind für den Betrieb moderner Rechenzentren besonders erstrebenswert. Gerade in Zeiten der Energiekrise und steigender Kosten für Rohstoffe ist wirtschaftliches und umweltfreundliches Handeln zwingend notwendig. Das Konzept beinhaltet neben den hier bereits besprochenen noch weitergehende Maßnahmen:
- ökologisch ausgerichtete Produktion von Hardware
- Herstellung möglichst langlebiger Technik
- umweltschonende Entwicklung von Software
- Recycling und umweltverträgliche Entsorgung
- mobile Arbeitsprozesse
- papierlose Büroabläufe
Fazit
Nur durch einen konsequenten Einsatz aller effizienzsteigernden Maßnahmen haben Rechenzentren eine sowohl wirtschaftlich attraktive als auch umweltverträgliche Zukunft. Die Energiekrise meistern, den Klimawandel abmildern und CO2 neutral agieren sind die Erfordernisse, denen sich energieeffiziente Rechenzentren stellen müssen. Der Bedarf der mit hoher Rechenleistung ausgestatteten IT-Anlagen steigt stetig, insbesondere durch zunehmende Cloud-Anwendungen. Umwelt und Klima nicht zusätzlich durch diese Entwicklung zu belasten, ist von elementarer Bedeutung.