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Nov 27, 2023

Kann die Wiederverwendung von Wärme Rechenzentren wirklich nachhaltig machen?

Die Wiederverwendung von Wärme wird als eine Möglichkeit angepriesen, Rechenzentren nachhaltig und antriebsstark zu machen

Die Wiederverwendung von Wärme wird als Möglichkeit zur Nachhaltigkeit von Rechenzentren und als Treiber der Dekarbonisierung angepriesen. Aber es ist schwieriger als es aussieht.

Von Greg Noone

Mark Bjornsgaard gewöhnt sich an die Aufmerksamkeit. „Vor zehn Tagen war ich das noch nicht“, sagt der Gründer von Deep Green und verweist auf die beispiellose Publizität, die sein Unternehmen durch die Installation eines seiner digitalen Heizkessel zur Beheizung eines Schwimmbades in Exmouth, Devon, erlangte. Irgendetwas an der Nutzung der von Servern erzeugten Abwärme – eine Ressource, von der offenbar nur wenige Menschen wussten, dass sie existiert – schien die Fantasie der britischen Öffentlichkeit anzuregen. Seitdem wurde Björnsgaard mit Anfragen von anderen Schwimmbädern nach weiteren Informationen zu seinen digitalen Heizkesseln sowie von Kommunalverwaltungen überschwemmt, die wissen wollten, wie diese winzigen Rechenzentren in ihren eigenen öffentlichen Heizprojekten genutzt werden könnten.

„Aus geschäftlicher Sicht war es absolut erstaunlich, denn wir geraten jetzt in Gespräche, von denen wir erwartet hatten, dass wir sie ein paar Jahre lang nicht führen würden“, sagt Bjornsgaard. Es ist auch ein Zeichen der Zeit. Angesichts beispielloser Schwankungen der Energieunsicherheit, die zum großen Teil auf die Invasion Russlands in der Ukraine zurückzuführen ist, ist die Angst vor steigenden Strompreisen in ganz Europa so groß wie nie zuvor. Neben der Diskussion über die nationale Abhängigkeit von Erdgas ist auch die Aufmerksamkeit auf die Frage gelenkt worden, wie Energie eingespart oder besser genutzt werden kann – nicht zuletzt in einer Cloud-Computing-Infrastruktur, die mehr Kohlenstoffemissionen verursacht als die Luftfahrtindustrie, was zum Teil darauf zurückzuführen ist aufwändige und stromfressende Kühlsysteme.

Kritiker argumentieren, dass die gesamte Strom- und Wärmeenergie viel besser außerhalb des Rechenzentrums und zum Wohle der Gesellschaft als Ganzes genutzt werden könnte. Basierend auf dem physikalischen Gesetz, dass Energie nie verloren geht, sondern lediglich ihre Form ändert, ist es denkbar, dass die vielen Gigawatt Strom, die für den Betrieb von Rechenzentren verwendet werden, ungekühlt in Wärme umgewandelt werden könnten, um Tausende von Haushalten und Unternehmen zu heizen. Dieses Potenzial hat dazu geführt, dass Norwegen und Deutschland Gesetze erlassen haben, die Rechenzentrumsbetreiber dazu verpflichten, einen Plan – welchen Plan auch immer – für die Wärmewiederverwendung auf ihren Räumlichkeiten zu haben, während ähnliche Projekte dazu geführt haben, dass Gewächshäuser, Fischfarmen, Häuser und Büros wolkenwarm sind. „Und das ist gut so“, sagt Bjornsgaard, der großen Glauben an praktische grüne Energielösungen hat. Wenn es hart auf hart kommt, argumentiert er, „können wir uns die nächsten zehn Jahre nicht mit Weltraumlasern und der Spaltung von Wasserstoff herumschlagen und all diese aufwändigen [Projekte] ausprobieren, die wir gerne entwickeln.“

Server werden sehr schnell sehr heiß – so sehr, dass Ihr gewöhnlicher Sortenständer wahrscheinlich Feuer fangen würde, wenn er nicht künstlich gekühlt würde. Dies beeinträchtigt zwangsläufig die gesamte elektrische Effizienz des Rechenzentrums, die anhand eines Verhältnisses namens „Power Usage Effectiveness“ berechnet wird. Je mehr Leistung zur Berechnung über die Kühlung hinaus genutzt werden kann, desto besser. Selbst mit den effizientesten Kühlsystemen blieb der durchschnittliche PUE-Wert für die meisten Rechenzentren im Jahr 2021 jedoch bei einem unangenehm hohen Wert von 1,57 – was bedeutet, dass bis zu 40 % des durch diese Einrichtungen fließenden Stroms für die Kühlung aufgewendet wurden.

Die Wiederverwendung von Abwärme würde theoretisch diese Zahlen senken, diese Rechenzentren nachhaltig machen und obendrein Wärme und Wärme für die lokalen Gemeinschaften bereitstellen. Dies war in Dublin der Fall, wo AWS an einem Gemeinschaftsheizungsprogramm teilnimmt, und in Stockholm, wo sich ein Rechenzentrumsbetreiber das Ziel gesetzt hat, bis 2035 mit seiner Abwärmeenergie 10 % der Stadt zu heizen. Das Ausmaß von Diese Projekte erinnern jedoch auch daran, dass viele dieser Projekte normalerweise nur durch massive Kapitalinvestitionen zustande kommen – nicht zuletzt, weil die meisten von ihnen Wärme aus luftgekühlten Rechenzentren mithilfe teurer Wärmepumpen wiederverwenden. Eine Alternative ist die Immersionskühlung für Edge-Hochleistungsrecheneinheiten, bei der der Server von einer Flüssigkeit – normalerweise Wasser oder Öl – umgeben und dann in Kupferrohre eingewickelt wird, um einen Wärmetauscher zu bilden. Dies beschreibt auch Deep Greens ersten, groben Prototyp eines digitalen Boilers, der aus kaum mehr bestand als einem „selbstgebrauten Eimer Massageöl mit einem darin baumelnden Computer, einem Argos-Heizkörper und einer Fischteichpumpe“, sagt Bjornsgaard, der sich danach erleichtert fühlt „Wir haben uns nicht umgebracht, als wir den Computer ins Öl gesteckt haben und der Kühler heiß wurde.“

Betreiber von Rechenzentren können nicht nur mehr Computer in ihren Räumlichkeiten unterbringen, sondern auch die Immersionskühlung lässt sich leicht an Edge-Computing-Anwendungen anpassen. Das deutsche Unternehmen Cloud&Heat Technologies beispielsweise demonstrierte 2017, wie man mit immersionsgekühlten Servern ein Frankfurter Hochhaus beheizt, während das französische Startup Stimergy Abwärme nutzte, um ein Schwimmbad in Paris zu erwärmen (ursprünglich wurde die Anlage mit einer Erdwärmebohrung beheizt). )

Das Exmouth Leisure Centre sei nur die neueste Anwendung der Technologie, sagt Bjornsgaard, und Deep Greens erster offizieller Vorstoß in immersionsgekühltes Edge-Computing. Er hofft, dass der digitale Heizkessel mit der Zeit bis zu 80 % der Poolwärme erzeugen wird. Die relativ geringe Größe der Einheiten bedeutet auch, dass sie theoretisch mehr oder weniger überall dort installiert werden können, wo normalerweise ein Heizkessel steht. „Das ist ein Landraub für die Pflanzenräume dieser Welt“, sagt Björnsgaard. „Sie sind die künftigen hochwertigen Standorte, die wir brauchen werden, damit Edge Computing Realität wird.“

Erwarten Sie jedoch nicht, dass dies sofort zu einer Massenzersplitterung der Serverfarmen in unzählige Lagerschränke und Wartungsräume führt – die digitalen Kessel von Deep Green werden größtenteils nur Aufgaben mit hohem Rechenaufwand bewältigen. Die Einführung dieses Modells der Wärmewiederverwendung bedeutet jedoch, dass der CO2-Beitrag von HPC-Anwendungen nicht proportional zu unserer wachsenden Abhängigkeit von diesen Diensten wachsen muss. „Wenn Sie ein Protein falten, einen Film rendern oder ein Wettermuster modellieren oder irgendetwas tun, was die Roboter für uns tun können, sind das keine latenzempfindlichen Aufgaben“, sagt Bjornsgaard. „Sie können diese Arbeiten planen, Sie können sie auf unserem Anwesen erledigen – und Sie können die ganze Wärme von ihnen einfangen.“

Wenn die praktischen Vorteile klar sind, warum ist die Idee dann nicht schon auf den Weg gekommen? Ein Grund ist ganz offensichtlich der historische Moment: Offensichtlich befanden wir uns nicht in einer so beunruhigenden Zeit für die westliche Energiesicherheit wie jetzt. Hinzu kommen die Vorabkosten und im Fall der Randwärme Wiederverwendungslösungen wie Deep Green, die Tatsache, dass die Technologie absolut neuartig bleibt. Bjornsgaard stellt sich gerne vor, wie ungewöhnlich der Pitch für einen digitalen Heizkessel für einen durchschnittlichen CIO klingen könnte. „Diese zufälligen Leute, von denen Sie noch nie gehört haben, sagen, Sie könnten einfach Ihre gesamte Cloud-Rechenleistung herausreißen und sie in Ihrem örtlichen Sozialwohnungsbauprojekt abladen, und der IT-Leiter sagt: ‚Nein, danke!‘“, sagt er. „Niemand wird gefeuert, weil er IBM gekauft hat.“

Doch wenn es uns gelingen soll, die immer größer werdenden CO2-Schulden der Cloud zu reduzieren, ist einfallsreiches Denken erforderlich, fügt der Gründer hinzu. Es wäre hilfreich, fügt er hinzu, wenn die Zentralregierung klare Richtlinien festlegen und informieren würde. „Bei all dieser Hochleistungsberechnung sollte die Wärme zurückgewonnen werden“, sagt Bjornsgaard. „Es sollte das Gesetz sein, dass wir in einem Rechenzentrum keine Hochleistungsrechner haben sollten.“

Die Aussichten dafür scheinen weit entfernt. Während Norwegen und Deutschland Regeln haben, die den Betreibern jede Art von Maßnahmen vorschreiben, um Rechenzentren durch Wärmewiederverwendung nachhaltig zu machen, wurden EU-weite Richtlinien als Milquetoast kritisiert, und es gibt kaum Anzeichen dafür, dass die Regierungen des Vereinigten Königreichs oder der USA großes Interesse daran gezeigt haben, Cloud-Anbieter dazu zu drängen ihre Abwärme effektiver verwalten. Dann gibt es die Hyperscaler. „Was wir brauchen, ist, dass die großen Player anfangen, dies ernst zu nehmen“, sagt Bjorsgaard. Es sei schön und gut, darüber zu reden, wie erneuerbare Energien die eigene Cloud-Umgebung antreiben, argumentiert er, aber den indirekten Scope-3-Emissionen, die den verborgenen Großteil des CO2-Beitrags des Sektors ausmachen, werde kaum Aufmerksamkeit geschenkt.

Derzeit konzentriert sich Bjornsgaard auf die Lieferung zusätzlicher digitaler Heizkessel an Kunden im gesamten Vereinigten Königreich. Befürchtet er, dass die Begeisterung für das Modell nachlassen könnte, wenn die Großhandelspreise für Energie sinken? Der Unternehmer glaubt nicht. Letztendlich wird die Verringerung der Abhängigkeit Europas von Erdgasimporten weiterhin zu schwankenden Marktpreisen führen. Außerdem, argumentiert Bjornsgaard, sei das Wertversprechen für die Wiederverwertung von Abwärme klar. „Selbst wenn man so hartnäckig wäre, dass einem die Eisbären und der Klimawandel egal wären“, sagt er, „ist es nur eine wirtschaftliche Frage.“