Können wir Rechenzentren so gestalten, dass sie zukunftsfähig sind?

Wie konzipiert man (und investiert in) eine dauerhafte, wirtschaftlich tragfähige Anlage für eine Welt, in der Betrieb und Energienutzung wahrscheinlich sehr bald anders geregelt (und besteuert oder bepreist) werden? Wie entwickeln Sie die Infrastruktur, die Sie benötigen, um die schnell wachsende Verbrauchernachfrage zu befriedigen, wenn sich so viele der zugrunde liegenden Kosten- und Betriebsannahmen mit Sicherheit ändern werden? Wann ist es richtig zu investieren und welche Entscheidungen sind sinnvoll?

Diese komplexen Fragen sind auf dem schnell wachsenden Markt für Rechenzentren von großer Bedeutung. Rechenzentren gehören zu den am härtesten arbeitenden und leistungsintensivsten Infrastrukturen, die je entwickelt wurden. Und die Datennachfrage und der Datenverbrauch wachsen so schnell, dass es schwer ist, sinnvoll zu quantifizieren, wie viel zusätzliche Kapazität wir entwickeln müssen. Neue Supercomputing-gestützte Tools für künstliche Intelligenz und beliebte Verbraucherdienste tragen täglich zu diesem Aufwand bei. Gleichzeitig ist der Wettbewerb in der Branche hart und der Druck, einen kommerziell attraktiven, skalierbaren und zuverlässigen Dienst anzubieten, beträchtlich.

Grundlagen der Problematik

Zunächst einmal muss man sich darüber im Klaren sein, dass das "grüne Rechenzentrum" noch in der Entwicklung begriffen ist. Während einige Projekte gute Anstrengungen in Richtung eines oder mehrerer Elemente der Nachhaltigkeit unternehmen, ist dies bei den meisten nicht der Fall, und die allgemeine Priorisierung von Kosten und schneller Markteinführung durch die Branche führt in der Regel zu Rechenzentrumsprojekten, die das für die Erteilung der Baugenehmigung erforderliche Minimum erfüllen.

Daraus ergibt sich für die Betreiber von Rechenzentren ein Dilemma und eine gewisse Trägheit: Die derzeitigen Markterwartungen in Bezug auf Kosten und Programm sind auf eine niedrige Messlatte in Bezug auf Nachhaltigkeit ausgerichtet, und... es ist schwierig, in zukunftsfähige Konzepte zu investieren, wenn die Technologie für den Betrieb eines echten Netto-Null-Rechenzentrums noch nicht verfügbar ist.

Auch die Regulierungsbehörden müssen erst noch definieren, was Netto-Null für die Datenindustrie wirklich bedeutet. Die PuE-Kennzahl (Power Usage Effectiveness) ist eine Möglichkeit, die Effizienz einer Einrichtung zu bewerten, und in Ländern wie den Niederlanden gibt es erste Versuche, diese Kennzahl als Regulierungsinstrument einzusetzen, um die Betreiber dazu zu bringen, ein Verhältnis von 1:1 anzustreben und ihren Energieverbrauch stark zu reduzieren. Mit der weiteren Verfeinerung der derzeitigen Infrastruktur können wir uns jedoch einem PuE von 1 nähern, wobei die zusätzlichen Einsparungen immer geringer werden und das Endergebnis immer noch einen enormen Kohlenstoff-Fußabdruck aufweisen wird.

Wir bei Arup sind der Meinung, dass es auch ohne einen definierten staatlichen Kodex oder Audit-Standards durchaus möglich ist, ein Programm zur Emissionsreduzierung zu erstellen - sowohl in Bezug auf die verkörperten Werte als auch auf den Betrieb. Diese Bemühungen sind von entscheidender Bedeutung, wenn man die Lebensdauer der derzeit geplanten und gebauten Gebäude in den Zentren auf 5 Jahrzehnte veranschlagt und die wachsende Nachfrage nach Kapazitäten in diesem Sektor bedenkt. Wir entwickeln derzeit eine Vision für ein Netto-Null-Kohlenstoff-Rechenzentrum, die im Jahr 2024 umgesetzt werden soll. Dabei werden die Emissionen auf allen Ebenen und in allen Bereichen berücksichtigt.

Scope 1 (direkte Emissionen, Verbrennung von Kohlenwasserstoffen am Standort)

Wenn wir über Scope-1-Emissionen oder die direkte Produktion von Kohlenwasserstoffemissionen sprechen, haben Rechenzentren ein kleineres Problem zu lösen. Die Zentren benötigen keine Heizung, sind aber in der Regel auf Standby-Dieselgeneratoren angewiesen, um die normalerweise aus dem Stromnetz bezogene Energie zu sichern. Diese müssen auf alternative Energiequellen wie netzgekoppelte Batterien umgestellt werden oder auf mehrere redundante Netzanschlüsse umgestellt werden, so dass Generatoren für Ersatzbrennstoffe ganz entfallen. Dies wird eine kontextbezogene Entscheidung sein. Dies ist ein gutes Beispiel für das derzeitige Dilemma der Branche - der Wunsch nach Veränderung ist vorhanden, aber Technologien wie Brennstoffzellenbatterien sind noch nicht ausgereift genug, um sich darauf zu verlassen oder kommerziell zu investieren.

Scope 2 (indirekte Emissionen im Zusammenhang mit gekauftem Strom)

Hier geht es um die Quelle der Energie, mit der die meisten Rechenzentren betrieben werden. Einige wenige Standorte haben das Glück, sich an Orten zu befinden, an denen sie mit lokal erzeugter erneuerbarer Energie betrieben werden können, aber das ist bei weitem nicht die Norm. Die derzeitige Praxis, spezielle Ökostromtarife zu nutzen, stellt keine langfristige Lösung dar. Die Entscheidung für erneuerbare Energien ist in diesem Zusammenhang nur eine preisliche Produktwahl - sie führt nicht unbedingt dazu, dass mehr erneuerbare Energien im Mix enthalten sind. Die Energieeffizienz spielt ganz klar eine Rolle. Wenn ein Zentrum expandiert, sollte es alles tun, um sicherzustellen, dass das PuE-Verhältnis so nahe wie möglich an 1:1 bleibt.

Scope 3 (andere indirekte Emissionen als Scope 2 - alles andere)

Wir müssen den mit dem Rechenzentrum verbundenen verkörperten Kohlenstoff quantifizieren, kohlenstoffarme Optionen einsetzen und gegebenenfalls ausgleichen (die Entwürfe sind derzeit auf eine Kombination aus Kosten und Programm optimiert).

Messen, lernen, planen

Der Energieverbrauch für den Betrieb der Server und die Kühlung ist eindeutig das zentrale Thema. Jüngsten Schätzungen zufolge liegt der derzeitige Energieverbrauch von Rechenzentren weltweit bei etwa 200-250 Terawattstunden (TWh) pro Jahr. Dies entspricht etwa 1 % des weltweiten Stromverbrauchs. Die Internationale Energieagentur (IEA) prognostiziert, dass der Energieverbrauch von Rechenzentren in den kommenden Jahren weiter rapide ansteigen wird, angetrieben durch Cloud-Dienste, künstliche Intelligenz und das Internet der Dinge (IoT). Dies könnte bis 2040 zu einer Verdreifachung des Energieverbrauchs in diesem Sektor auf 740 TWh pro Jahr führen.

Hilfreich ist, dass die Kühlsysteme in den letzten Jahren energieeffizienter geworden sind und dass sich ein Übergang von der Luft- zur Flüssigkeitskühlung von Chips abzeichnet. Wir wissen nicht, wann es soweit sein wird, aber es wird innerhalb der Lebensdauer von Rechenzentren sein, die jetzt geplant und gebaut werden. Wir sollten auf jeden Fall die Fähigkeit zur Anpassung einplanen, damit sie nicht überflüssig werden. Wir raten dazu, bereits jetzt mit der Planung einer Anlage zu beginnen, die auf alternative Kühlmitteltechnologien umgestellt werden kann, um die Lebensdauer und Nachhaltigkeit der Anlage auf Jahrzehnte hinaus zu verlängern.

Ein Thema für alle

Dies ist nicht nur ein Problem für die Betreiber. Da Scope-3-Emissionen durch den Verbrauch einer Dienstleistung oder eines Produkts verursacht werden, könnten auch Sie als Kunde, der Kapazitäten in einem Rechenzentrum mietet, am Ende für die von Ihnen verbrauchten Daten und den Strom mit Klima- oder Kohlenstoffsteuern belastet werden.

Das derzeitige Datengeschäftsmodell scheint auf Schritt und Tritt von den unvermeidlichen regulatorischen und kommerziellen Veränderungen bedroht zu sein. Um morgen wettbewerbsfähig zu sein, muss man sich jetzt zu mehr Nachhaltigkeit verpflichten. Das Interesse an den Betriebsemissionen des Daten-Fußabdrucks von Unternehmen wird im Laufe der Zeit wahrscheinlich ebenfalls zunehmen, was dazu führt, dass die großen Akteure mehr von den Zentren verlangen, auf die sie sich verlassen.

Abschließend lässt sich sagen, dass das nachhaltige Rechenzentrum heute zwar eine Geschichte von Teillösungen ist, dies aber nicht bedeutet, dass die Branche es sich leisten kann, ihr Engagement für dieses Thema aufzuschieben. Dies sind Faktoren, die die kommerziellen und betrieblichen Annahmen aller Akteure im Datengeschäft weiterhin beeinflussen und umgestalten werden. Es ist längst überfällig, mit der Erforschung des Konzepts für umweltfreundlichere Investitionen, Technologien und Praktiken zu beginnen. Unsere Branche ist von Wachstum und der Notwendigkeit getrieben, die Erwartungen der Nutzer zu übertreffen. Aber die Trends sind eindeutig, und die Nachhaltigkeit wird bald zu den Prioritäten der Entscheidungsträger auf allen Ebenen gehören.