Leitlinien und Forschungsprojekte Der Weg zu nachhaltigen Rechenzentren in Baden-Württemberg

Autor / Redakteur: Jan Tomaschek, Ulrike Kugler und Günter Barnikel* / Ulrike Ostler

Die hohe Dichte an Rechenzentren, insbesondere von großen Colocation-Datacenter im Raum in und rund um Frankfurt am Main, verführt dazu, Hessen als Nabel aller Diskussion um Neubau und Betrieb von Rechenzentren zu sehen, in jüngerer Zeit vor allem im Zusammenhang mit Grünstrom, Nachhaltigkeit und Energie-Effizienz. Doch Baden-Württemberg hat bereits im Jahr 2017 mit „digital@bw“ als erstes Bundesland eine einheitliche, integrative Strategie für die Gestaltung des digitalen Wandels ins Leben gerufen.

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IT-Dienstleistungen und rasch ansteigender Konsum von elektronischer Unterhaltung und Werbung lässt die Treibhausgasemissionen (THG) um rund 9 Prozent pro Jahr ansteigen. Die Herstellung und der Betrieb von IT-Komponenten verursachte im Jahr 2018 bereits 3,7 Prozent der weltweiten Treibhausgasemissionen und damit fast halb so viel wie der viel stärker sichtbare Verkehr, der für alle Autos und Motorräder in Summe 8 Prozent der THG-Emissionen verursachte. Videostreaming allein verursacht 80 Prozent des Energiebedarfs für Datentransfer.
IT-Dienstleistungen und rasch ansteigender Konsum von elektronischer Unterhaltung und Werbung lässt die Treibhausgasemissionen (THG) um rund 9 Prozent pro Jahr ansteigen. Die Herstellung und der Betrieb von IT-Komponenten verursachte im Jahr 2018 bereits 3,7 Prozent der weltweiten Treibhausgasemissionen und damit fast halb so viel wie der viel stärker sichtbare Verkehr, der für alle Autos und Motorräder in Summe 8 Prozent der THG-Emissionen verursachte. Videostreaming allein verursacht 80 Prozent des Energiebedarfs für Datentransfer.
(Bild: : https://www.nachhaltige-rechenzentren.de/wp-content/uploads/2020/06/2020-06_Nachhaltige-Rechenzentren_Leitfaden_BF.pdf)

Der digitale Wandel bietet viele Chancen für eine nachhaltige Entwicklung, muss aber auch gestaltet werden, um negative Auswirkungen auf Umwelt und Gesellschaft zu minimieren. Aus diesem Grund wurden in den letzten Jahren auf verschiedenen politischen Ebenen entsprechende Leitlinien entwickelt.

Die EU hat unter dem Dach des europäischen Green Deal, der Digitalen Strategie und der Industriestrategie aufgezeigt, in welchen Handlungsfeldern sie tätig werden will, um den digitalen mit dem ökologischen Wandel zusammenzuführen. Hier sind besonders die Ziele hervorzuheben, in der EU bis 2030 klimaneutrale und hochgradig energie- und materialeffiziente Rechenzentren zu schaffen, die Ökodesign-Richtlinie für Informations- und Kommunikationstechnik (IKT) weiterzuentwickeln, die Reparierbarkeit von IKT-Produkten zu fördern und ihre Menge bis 2025 erheblich zu verringern sowie eine Transparenz des Ressourcen-Fußabdrucks von IKT-Produkten und ‑Diensten zu gewährleisten.

Das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und nukleare Sicherheit setzte sich in seiner „Umweltpolitischen Digitalagenda“ im Jahr 2020 das Ziel, Digitalisierung nachhaltig zu gestalten, um den sozial-ökologischen Umbau in Richtung einer lebenswerten Zukunft zu unterstützen.

Die Voraussetzungen in Baden-Württemberg

Baden-Württemberg hat bereits im Jahr 2017 mit digital@bw als erstes Bundesland eine einheitliche, integrative Strategie für die Gestaltung des digitalen Wandels ins Leben gerufen. Hierin wurde die „Nachhaltige Digitalisierung“ als eines der zentralen Handlungsfelder festgelegt, um Mehrwerte für den Menschen zu erzielen, Potenziale zur Förderung einer ressour-censchonenden Entwicklung zu heben und Rebound-Effekten entgegenzuwirken. Ein Themengebiet ist die ressourceneffiziente IKT in der Verwaltung, die mittels der Landesstrategie Green IT umgesetzt wird, unter anderem anhand der Handlungsfelder Rechenzentren und Beschaffung.

Das Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg führt in diesem Rahmen eine Reihe von Projekten durch, die aufzeigen sollen, wie digitale Werkzeuge für einen effektiven Umwelt-, Klima- und Naturschutz eingesetzt werden können und sich negative Auswirkungen des digitalen Wandels möglichst vermeiden lassen (siehe Kasten „Nützliche Links“).

Das Forschungsprojekt „Nachhaltige Rechenzentren“ (EcoRZ)

Nicht zuletzt die Coronapandemie hat gezeigt, dass die fortschreitende Digitalisierung immer leistungsfähigere Rechenzentren erfordert. Deren Stromverbrauch bemisst sich in Deutschland auf rund 16 Terawattstunden (Stand 2020) mit stetig steigender Tendenz. Zwar gab es in den letzten Jahren deutliche Verbesserungen in der Energie-Effizienz, diese wurden jedoch durch den laufenden Ausbau überkompensiert.

Diese Energie wird bisher zumeist weitgehend ungenutzt in die Atmosphäre abgegeben. Innovative Beispiele zeigen aber, dass die entstehende Wärme auch sinnvoll weitergenutzt werden kann, etwa in Büros, Haushalten oder Gewächshäusern. Ein weiterer wichtiger Faktor hinsichtlich der Nachhaltigkeit ist auch die Frage, wie Rechenzentren Strom aus Wind-, Wasser- oder Sonnenkraft optimal integrieren können, beispielsweise indem sie ihre Rechenlast an die Verfügbarkeit von Energiequellen anpassen. Denkbar wäre auch ein netzdienlicher Rechenzentrumsbetrieb durch eine Erhöhung der Flexibilität, um dadurch Schwankungen im Elektrizitätssystem ausgleichen.

Das vom Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft geförderte Forschungsprojekt „Nachhaltige Rechenzentren“ („EcoRZ“) setzte sich mit diesen Aspekten auseinander. Gestützt auf Simulationsrechnungen und Umfragen an bestehenden Rechenzentren untersuchte ein Konsortium aus Forschung, Industrie und Wirtschaft , welche Regionen in Baden-Württemberg zum Bau von Rechenzentren potentiell besonders geeignet wären.

Standorteignung zum Bau von Rechenzentren unter Nachhaltigkeitsaspekten in Baden-Württemberg. Gut geeignete Regionen liegen etwa im nördlichen Oberrheingebiet, der Landesmitte (Großraum Stuttgart) oder auch im Südosten nahe der Landesgrenze zu Bayern.
Standorteignung zum Bau von Rechenzentren unter Nachhaltigkeitsaspekten in Baden-Württemberg. Gut geeignete Regionen liegen etwa im nördlichen Oberrheingebiet, der Landesmitte (Großraum Stuttgart) oder auch im Südosten nahe der Landesgrenze zu Bayern.
(Bild: https://www.nachhaltige-rechenzentren.de/wp-content/uploads/2020/06/2020-06_Nachhaltige-Rechenzentren_Leitfaden_BF.pdf, S. 14.)

Dafür wurde ein Bewertungssystem zur Beurteilung verschiedener Nachhaltigkeitsaspekte von Rechenzentren entwickelt. Kern der Analyse bildete die Festlegung eines Sets an Indikatoren zu den Bereichen Ökologie, Ökonomie und Gesellschaft. Das Analyse-Werkzeug wurde auf Baden-Württemberg angewendet und lieferte ein kartographisches Gesamtbild auf Gemeindeebene.

Betrachtet wurden auch technische Lösungen zur Steigerung der Effizienz von Rechenzentren. Außerdem untersuchte das Konsortium Möglichkeiten zur Steigerung des Eigenverbrauchs erneuerbarer Energien durch eigene Erzeugung und Flexibilisierung. Weiterhin wurden Optionen für eine bessere Nutzung der im Rechenzentrumsbetrieb entstehenden Abwärme analysiert.

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Nützliche Links

Mit der Digitalisierungsstrategie „digital@bw“ treibt das Land Baden-Württemberg die nachhaltige Digitalisierung aktiv voran. Mit der Landesstrategie „Green IT“ verfolgt es das Ziel, die IT seiner Verwaltung ressourcenschonender zu gestalten, indem Landesrechenzentren effizienter werden, möglichst nachhaltige Hardware beschafft wird und auch landeseigene Softwareprogramme künftig dem Gedanken der Ressourceneffizienz Rechnung tragen.

In den 5 Handlungsfeldern des Umweltministeriums zur „Nachhaltigen Digitalisierung“ entstehen Projekte, die den Nutzen der Digitalisierung erlebbar machen und aufzeigen, welche Chancen der digitale Wandel den Menschen in Baden-Württemberg bietet. Viele Projekte stehen bereits in der Umsetzung. Aktuelle Informationen werden auf der Webseite des Ministeriums für Umwelt, Klima, und Energiewirtschaft bereitgestellt.

  • digital@bw

Forschungsvorhaben Nachhaltige Rechenzentren - Nachhaltige Rechenzentren in Baden-Württemberg

Anhand des realen Wärmelastprofils des Stadtteils Stuttgart-Stöckach wurden im Projekt Szenarien entwickelt, welche die Integration eines Rechenzentrums in ein städtisches Quartier vorsehen. Betrachtet wurde beispielhaft ein 200 Kilowatt Rechenzentrum, dessen Abwärme mithilfe von Hochtemperaturwärmepumpen in das vorhandene Fernwärmenetz eingespeist werden könnte.

Durch die Nachnutzung der Abwärme könnten so Treibhausgasemissionen vermieden werden, die bei der bisherigen Art der Wärmebereitstellung entstehen. Erfolgt die Stromversorgung dieses Rechenzentrums mit einem eigenen BHKW, dessen Wärme ebenfalls in das Fernwärmenetz eingespeist wird, kann darüber hinaus ein Beitrag zur Netzstabilität und Versorgungssicherheit geleistet werden.

Auf dieser Basis wurden Handlungsempfehlungen für verschiedene Ausgangssituationen im Hinblick auf einen nachhaltigen, Energie-effizienten Betrieb von Rechenzentren abgeleitet und in einem Leitfaden veröffentlicht. Der Leitfaden ist über die Projekt-Webseite frei abrufbar.

Was folgt?

Der digitale Wandel sollte nachhaltig gestaltet werden, damit er dem Menschen nützt und Umwelt und Klima schont. Dies setzt unter anderem voraus, dass die für den Betrieb von Rechenzentren eingesetzte Energie möglichst effizient genutzt wird. Das Forschungsprojekt E-coRZ konnte hierzu neue Erkenntnisse liefern, die in einem Leitfaden veröffentlicht wurden.

* Die Autoren: Jan Tomaschek und Ulrike Kugler arbeiten für das Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Referat 15 – Informationstechnik, IT-Leitstelle, UIS, Nachhaltige Digitalisierung in Stuttgart. Günter Barnikel ist tätig für Komm.ONE, Anstalt des öffentlichen Rechts, Stuttgart.

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