Rechenzentren: Klimawandel erfordert Umdenken

Diese Woche hat die brasilianische Bundesregierung ein Dekret veröffentlicht, das Maßnahmen zur Reduzierung des Stromverbrauchs auf nationaler Ebene enthält. Das Dokument sieht eine Senkung des Verbrauchs um 10 bis 20 % zwischen September 2021 und April 2022 im Vergleich zum Durchschnitt der gleichen Monate in den Jahren 2018 und 2019 vor. Er wirkt sich dabei direkt auf die Rechenzentren und Datenverarbeitungszentren des Landes aus.

Zu den Empfehlungen gehört die Verringerung des Energieverbrauchs für die Kühlung von Umgebungen, dabei soll die Kühlung der Räume von Rechenzentren nur bis zur Grenze des technisch Notwendigen erfolgen. Das Ausschalten von Zusatzgeräten, wenn sie nicht benutzt werden, und das Ausschalten der Beleuchtung in unbesetzten Räumen sind ebenso inbegriffen. Allerdings wird eine Grenze von 24 Grad für Klimaanlagen festgelegt, was für die Kühlung von Serverräumen ineffizient sein kann.

Die Maßnahme ist nach Angaben der Regierung aufgrund einer großen Dürre notwendig geworden, die das Land verwüstet, die Stauseen und Dämme erschöpft. Dies wirke sich auf die Landwirtschaft und die Wasserkraftwerke aus, die 65 % der nationalen Stromversorgung ausmachen.

Vor einigen Monaten sahen sich auch die Vereinigten Staaten mit einer ähnlichen Situation konfrontiert. Damals veröffentlichte ein Fernsehsender eine Studie darüber, wie Rechenzentren Wasser zur Kühlung ihrer Umgebungen nutzen und welche Auswirkungen dies auf Regionen hat, die mit einer beispiellosen Dürre konfrontiert sind. Sie konzentrierte sich besonders auf den Wettbewerb um die Wassernutzung mit den Anwohnern selbst. Ende Mai herrschte in etwa 43 % des Landes Trockenheit, wobei einige Regionen 50 % oder weniger als die normalen Niederschlagsmengen meldeten.

Die extreme Hitze in diesem Jahr hat wichtige Fragen über den Standort von Rechenzentren aufgeworfen. Bei deren Kosten müssen der Wert der Energie, der Wasserreichtum und mögliche Kühlmethoden zur Verlängerung der Lebensdauer der Geräte berücksichtigt werden.

Dennoch ist die Diskussion über die Kühlung nicht neu. In den letzten fünf Jahrzehnten wurden die meisten Datenverarbeitungszentren mit Druckluft auf Doppelböden gekühlt. Als die Ausrüstungsdichte zunahm und die Effizienz der Server von der Temperatur abhing, wurden andere Techniken eingeführt. So zum Beispiel Eindämmungsstrategien, bei der Kalt- und Warmgänge eingeführt wurden, oder der Bau von Inline-Kühlanlagen mit drehzahlgeregelten Ventilatoren.

Abhängig von der geografischen Lage des Rechenzentrums und der Jahreszeit ist es auch möglich, freie Kühlung zu verwenden. Dabei wird die frische Außenluft in belüfteten Kanälen aufgefangen und die warme Innenluft nach draußen geleitet. Eine andere Methode ist die Tauchkühlung, bei der die Stromwandlerkreise in eine dielektrische Flüssigkeit wie Mineralöl getaucht werden. Ein solches Öl leitet Wärme, aber keine Elektrizität. So werden die Bauteile nicht beschädigt und die Wärme effizienter abgeführt als bei der Luftkühlung.

Statista schätzt, dass die Zahl der weltweiten Rechenzentren im Jahr 2021 mehr als 7,5 Millionen betragen wird. Davon befinden sich 2,6 Millionen oder 35 % in den USA, die im Jahr 2017 mehr als 90 Milliarden KWh Strom verbrauchten. Das entspricht 34 Kraftwerken mit je 500 Megawatt. Das Vereinigte Königreich und Deutschland folgen auf der Liste der Rechenzentren mit 451 bzw. 442. Danach folgen Kanada, die Niederlande, Australien, Frankreich und Japan. Alle diese Regionen sind vom Klimawandel betroffen, sei es durch Hitze, Kälte, steigende Meeresspiegel oder sogar die Gefahr von Tsunamis.

In einem 2018 veröffentlichten Papier mit dem Titel „Lights Out: Climate Change Risk to Internet Infrastructure” (Risiken des Klimawandels für die Internet-Infrastruktur) haben die Autoren Modelle für den Anstieg des Meeresspiegels verwendet. Diese wurden einer Karte mit Rechenzentren und PoPs an den US-Küsten überlagert. So kamen die Autoren zu dem Schluss, dass es in diesen Gebieten große Schwachstellen bei unterirdischen Glasfaserleitungen und Rechenzentren gibt. Aus der Studie geht hervor, dass in 15 Jahren mehr als 6 km Glasfaserkabel unter Wasser liegen werden. Zudem werden mehr als 1.100 Rechenzentren von Wasser umgeben sein. Die am stärksten betroffenen Gebiete seien demnach New York, Miami und Seattle.

Die durch den Klimawandel verursachten Dürren haben die Welt in den letzten 20 Jahren schwer getroffen. Die Auswirkungen auf die Nachhaltigkeit von Rechenzentren sind spürbar. Sie werden durch Diskussionen und die Einführung neuer und effizienterer Energienutzungen, die Suche nach erneuerbaren Energiequellen, eine bessere Wasser- und Abfallwirtschaft und die Planung der Widerstandsfähigkeit gegen extreme Wetterereignisse gemildert.

Ein 15-MW-Rechenzentrum kann beispielsweise mehr als 1,36 Millionen Liter Wasser pro Tag verbrauchen. Daher haben einige Rechenzentren kreative Kühlungslösungen entwickelt. Das Google-Rechenzentrum Hamina in Finnland nutzt Meerwasser aus dem Finnischen Meerbusen zur Kühlung seiner Umgebung. Eine weitere Technik ist das Sammeln von Regenwasser und Verdunstungskühlsysteme. In Oregon plant Amazon, seine Wasserabfälle zur Bewässerung von Ackerland rund um die Stadt Umatilla zu verwenden.

In den Niederlanden gibt es Unternehmen, die ein System namens Kyotocooling installieren, um gleichwertige Kühlraten bei einem Bruchteil des Energieverbrauchs zu erreichen. „Die Kyoto-Scheibe ist ein kaltes, langsam rotierendes Rad, das aus einer Aluminiumplatte besteht. Die Hälfte des Rades dreht sich in der kühlen Außenluft und die andere Hälfte in der warmen Luft des Serverraums. Die Wärmeenergie wird absorbiert und im Aluminium gespeichert, bevor sie an die Außenluft abgegeben wird, wenn sich das Rad um 180° gedreht hat. Die kalte Energie, die von den Wärmetauscherplatten draußen absorbiert und gespeichert wird, wird dann an die Serverumgebung abgegeben.”

Trotz des technologischen Fortschritts und des Einfallsreichtums sowie der Tatsache, dass einige große Unternehmen wichtige Maßnahmen zur Verringerung des Verbrauchs natürlicher Ressourcen ergriffen haben, ist der Kohlenstoff-Fußabdruck nach wie vor ein großes Problem. Die weltweiten Rechenzentren verbrauchen 2 % der weltweit erzeugten Energie und tragen zu 2 % der CO2-Emissionen bei, was dem Ausstoß aller Fluggesellschaften weltweit entspricht. Mit anderen Worten: es ist ein Teufelskreis. Es ist also höchste Zeit, dass alle Unternehmen, die Rechenzentren betreiben, über den wirtschaftlichen Profit hinausdenken und ihre Bemühungen mit denen der lokalen Regierungen verbinden. Nur so können sie ihre Umweltauswirkungen, einschließlich ihres CO2-Fußabdrucks, weiter verringern, nachhaltigere Unternehmen schaffen und die lokalen Gemeinschaften weniger gefährden.