Trends und Möglichkeiten der Abwärmenutzung

Der RZ-Faktor in der Wärmewende

Der Wärmemarkt im Detail.
Der Wärmemarkt im Detail.
© BDEW Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft, 2021

Schon Charles Darwin erkannte: Jene Spezies, die sich am besten an die vorherrschenden Gegebenheiten anpasst, wird überleben. Der Mensch hat dies über die Jahrtausende hinweg perfektioniert. Und mehr noch: Der Homo sapiens als vermeintlich intelligentes Lebewesen meint, die Gegebenheiten um ihn herum zu seinen Gunsten verändern zu müssen, und verliert dabei den Zusammenhang der natürlichen Prozesse aus den Augen.

Derzeit schlägt die Natur jedoch gewissermaßen zurück, und wir haben uns in unsere modernen Höhlen zurückgezogen und Gegenmaßnahmen in Form von Impfstoffen entwickelt. Dies war möglich, weil es in unseren Behausungen auch im Winter warm, hell und gemütlich ist – sowie weil wir dank Internet stets vernetzt und informiert sind. Aber die Natur schlug ein weiteres Mal zurück: In Deutschland kam die Flut und in Südeuropa das Feuer. Der menschengemachte Klimawandel stellt unser Leben auf den Kopf. Doch viel zu selten haben wir uns mit dessen konkreten Ursachen befasst. Wie wird all die Energie für Internet, Licht, Wärme und Produktion von Gütern erzeugt? Energie, die uns nicht nur unser Überleben sichert, sondern auch unseren modernen Lebensstil.

Doch es scheint – endlich – ein Ruck durch Europa zu gehen, so wie es einst der damalige Bundespräsident Roman Herzog für Deutschland gefordert hat. Beinahe im Wochentakt diskutieren Politikerinnen und Politiker neue Forderungen zur Eindämmung des Klimawandels. Kaum wurde 2050 als Ziel vereinbart, fordern europäische Politiker die Klimaneutralität bis 2030.

Ein bedeutendes Thema stellt dabei die Energiewende mit der regenerativen Strom- und Wärmeerzeugung dar. Rechenzentren sind dabei ein wichtiger Baustein. Nicht nur, dass durch die Digitalisierung der elektrische Energieverbrauch für die IT-Infrastruktur erheblich wächst und die Produktion dieses Stroms seit Jahrzehnten durch Verbrennen von Kohle, Gas und Öl geschieht. Vielmehr auch durch die Tatsache, dass bei der konventionellen Erzeugung Abwärme entsteht und sich diese für Fernwärme nutzen lässt. Dies waren im Jahr 2019 nicht unerhebliche 118,5 Milliarden kWh (BDEW - Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft, 2021). Durch die Transformation der Energiegewinnung hin zu Solar- und Windkraft ist es nötig, die Art der Wärmebereitstellung neu zu gestalten. Im Jahr 2018 wurden in Deutschland für Rechenzentren 14 Milliarden kWh Strom benötigt (Dr. Hintemann, 2021), der schlussendlich als Abwärme über deren Dächern abgelassen wurde. Es lohnt sich also, genau zu untersuchen, wie eine moderne Abwärmenutzung die Betreiber- und Investitionskosten der Rechenzentren senkt und zur Dekarbonisierung beiträgt.

Herausforderungen klassischer RZ-Kühlung

Als klassische Kühlung gilt die Luftkühlung, also Klimaschränke oder In-Rows, die in mittleren und großen Rechenzentren die Wärme der Server mit Hilfe von Luft aufnehmen und an ein Wassersystem abgeben. Zur Kühlung dieses Kaltwassers dienen Kältemaschinen. Jedoch sind diese Geräte laut und verbrauchen eine erhebliche Menge an elektrischer Energie. Des Weiteren kommen oft Maschinen zum Einsatz, die mit umweltschädlichen Kältemitteln arbeiten, sogenannten F-Gasen. Viele dieser Industriegase sind längst verboten, und jene, die noch erlaubt sind, werden über den Global-Warming-Potential-Faktor (GWP) in Europa bis 2030 soweit künstlich verknappt, dass ein Weiterbenutzen dieser Kältemittel wirtschaftlich kaum sinnvoll scheint. Bereits jetzt sind die Preise von R134a oder R410 stark gestiegen. Und auch Gemische mit niedrigen GWP wie 1234ZE stehen in der Kritik und auf dem Prüfstand des Bundesumweltamts. Die Beantragung von Fördermitteln oder die Zertifizierung mit dem Blauen Engel sind mit diesen Halogenkältemitteln schon jetzt nicht möglich (Bundesumweltamt, 2015).

Die Kühlung mit natürlichen Kältemitteln erfordert dagegen größere Herausforderungen: Entweder sie sind leicht entzündlich wie Propan, Buthan, Propen etc., giftig wie zum Beispiel Ammoniak, oder sie benötigen wie im Fall von CO2 besondere Temperaturniveaus und hohe Druckstufen. Keine guten Aussichten für die Planung einer klassischen RZ-Kühlung.

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