Datacenter-Abwärmenutzung Hitze aus dem Rechenzentrum: Mit etwas Phantasie geht vieles!

Anbieter zum Thema

Deutsche Unternehmensinitiative Energieeffizienz e.V. (DENEFF)

Universität Stuttgart Inst. f. Energiewirtschaft u. Rationelle Energieanw. (IER)

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Die Abwärmenutzung bei Rechenzentren ist im Moment heiß diskutiert. Doch welche Möglichkeiten gibt es bereits? Eine Tagung der DENEFF (Deutsche Energie-Effizienzinitiative der Industrie) befasste sich daher in erster Linie mit Praxisbeispielen, die Schule machen könnten.

Während man hierzulande heftig über Abwärmenutzungsquoten, regionale oder städtische Raumplanung und die Kosten des Wärmenetz-Rohrleitungsbaus debattiert, hat es Schweden besser. Dort ist Abwärmenutzung seit vielen Jahrzehnten Kultur. Sie ist so selbstverständlich, dass keine besonderen Normen erforderlich sind, um Anbieter und Abnehmer zusammenzubringen.

Staffan Reveman, in Deutschland lebender Schwede und unter anderem Geschäftsführer von Reveman Energy Consulting gehört zu den Stimmen mit Gewicht im Rechenzentrumsmarkt. Er sagt: „Wärme wird nicht weggeschmissen. Das ist in Schweden eine allgemeine Werthaltung.“

Und so kommt es, dass dort die Hälfte des Wärmebedarfs über Fernwärme gedeckt wird. Sie stammt wiederum zu mehr als der Hälfte aus Abwärme, unter anderem von Rechenzentren, und zu weiteren großen Anteilen aus erneuerbaren Energien. Im Lande gibt es 550 Nah- und Fernwärmenetze bei zehn Millionen Einwohnern. „Wir haben hier in Deutschland diesbezüglich viel zu lange geschlafen“, sagt Reveman und meint diesmal Deutschland.

Bytes2Heat sammelt 70 Projekte

Immerhin scheinen hiesige Rechenzentrumsbetreiber, ob nun alteingesessen oder Quereinsteiger in die agile Branche, langsam aufzuwachen. Dazu trägt sicher auch das angedrohte Energie-Effizienzgesetz bei. Es existiert noch nicht öffentlich, wird aber in einschlägigen Kreisen schon fleißig herumgereicht und kritisiert.

Doch viele Praktiker schreiten inzwischen einfach zur Tat. Und so gab es auf der DENEFF (Deutsche Unternehmensinitiative Energie-Effizienz-Tagung jede Menge ungewöhnlicher Beispiele für Datacenter-Abwärmenutzung. Rund 70 davon hat das Projekt „Byte2Heat“ schon gesammelt, das von Professor Peter Radgen und zwei Lehrstühlen der Universität Stuttgart federführend durchgeführt wird. Kooperationspartner sind DENEFF e.V. und IWN GmbH.

Wie Mira Weber, Bytes2Heat-Projektleiterin bei DENEFF e.V., berichtete, wird das Web-Angebot des Projekts demnächst um Tools für das Matching von Abwärme-Angebot und -Nachfrage, einen Wirtschaftlichkeitsrechner sowie eine Übersicht über politische Bedingungen und Regularien ergänzt.

Aalzucht und Spargel im Abwärmestrom

Der Landwirt Karl Rabe ist als Alternative zu Ackerbau und Viehzucht auf den Aal gekommen. Der bringt gute Erlöse und braucht 25 bis 27 Grad warmes Wasser, ideal also, um die Abwärme eines luftgekühlten Rechenzentrums zu übernehmen, das Rabe ebenfalls errichtet. Ganz nebenbei wird das Abwasser aus den Aaltanks verwendet, um Wasserlinsen zu düngen, die wiederum die Aale ernähren.

Das Wasser wird zudem durch einen Symbiosefilter gereinigt. Rabe: „Auf 90 Quadratemetern können wir so 40 Tonnen Fisch jährlich ernten.“

Bei Spargel und Beeren Baumann, einem Betrieb für Sonderkulturen nahe Plattling, profitiert das unterirdische Gewächs von Abwärme. Sie könnte aus einem Rechenzentrum kommen, stammt aber in diesem Fall real von einer Papierfabrik. Agraringenieur Rupert Reisch, dessen Gattin der Erzeugungsbetrieb gehört: „Wir können durch die Abwärmeheizung und den Folientunnel, in dem der Spargel wächst, schon im Februar aus dem Freiland ernten. Das ist derzeit einmalig in Deutschland.“

Leitungsbau auf eigene Kosten

Die 2,2 Millionen Euro teuren, 285 Kilometer langen Leitungen dafür hat der Betrieb auf eigene Kosten legen lassen. Das Heißwasser der Fabrik hat 90 Grad. Es wird über Wärmetauscher auf 35 Grad abgekühlt und erwärmt das Erdreich auf 28 Hektar.

Das auf 25 Grad abgekühlte Wasser fließt dann am zufließenden Heißwasser mit 90 Grad vorbei und wird über Wärmetauscher wieder auf 60 Grad erhitzt. So kommt es zurück in die Fabrik. Pro Jahr verbraucht der Betrieb etwa 31.000 Megawattstunden (MWh). Der Amortisationszeitraum der Anlage liegt bei 15 bis 20 Jahren. Die Technik sei, so Reisch, gut skalierbar.

Mehlwurm: Wachstumsperiode halbiert

Im schwedischen Forschungsinstitut RISE experimentiert Matthias Vesterlund unter arktischen Bedingungen mit Mehlwurmzüchtung also Outlet für Rechenzentrumsabwärme. Die optimalen Zuchttemperaturen zwischen 25 und 30 Grad passen gut zum Datacenter-Abwärmeprofil.

Die aufgebaute Test- Kreislaufwirtschaft umfasst neben den Mehlwürmern noch Brauereiabfälle, die als Dünger für die Zucht der Kriechtiere verwendet werden, und Hühner, die Mehlwürmer fressen und ihrerseits entweder Eier- oder Fleischlieferanten sind. Zudem liefern sie Dünger. Mit der Datacenter-Abwärme wachsen die Mehlwürmer innerhalb von acht Wochen zur Erntereife heran. Das ist doppelt so schnell heran wie in der Natur.

Zudem sind Mehlwürmer wertvolle Eiweißlieferanten und wie viele Insekten durchaus für den menschlichen Verzehr geeignet. Die schwedischen Behörden haben Insekten erst kürzlich als menschliche Nahrungsmittel ganz offiziell zugelassen.

Früchte und Holzschnitzel trocknen

Weitere Anwendungen mit denen die Schweden experimentieren, sind die Trocknung von Früchten im Abluftstrom. Bei 35 bis 40 Grad erreicht der Restfeuchtegehalt getrockneter Apfelscheiben innerhalb von acht Stunden Werte weit unter einem Prozent. Auch Schadstoffe entstehen bei der Trocknung im Datacenter-Abluftstrom nicht.

Schließlich berichtete Vesterlund von Versuchen, Rechenzentrumsabwärme zur Trocknung von Holz-Hackschnitzeln zu verwenden. Eine entsprechende Anlage wurde an ein Rechenzentrum angelagert und trocknete innerhalb von zwei Wochen 120 Tonnen Holzschnitzel.

Mit ML-Modellen wurden dabei die Bedingungen optimiert und ein Energiewiederverwendungsgrad (ERE) von etwas unter 30 Prozent erreicht. Entsprechende Anlagen sollen sich in etwa acht Jahren amortisieren.

Käseproduktion am Berg

Ein weiteres interessantes Beispiel brachte Benjamin Ott mit, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Energiewirtschaft und Rationelle Energie-Anwendung an der Universität Stuttgart: Ein 1,5-MW-Rechenzentrum im schweizerischen Geis versorgt eine Bergkäserei mit rund 800 kWh Abwärme (10 Prozent der gesamten Datacenter-Abwärme). Sie pasteurisiert damit ihre Milchprodukte, die aus rund 10 Millionen Liter Milch jährlich gewonnen werden. Besteht kein Bedarf, wird die Wärme in einem Schichtspeicher zwischengelagert.

Auch Gebäude bieten vielfältige Abwärmenutzungsmöglichkeiten. Ein interessantes Beispiel ist der Frankfurter Stadtteil Westville („Datacenter-Abwärmenutzung, Das Leuchtturmprojekt Westville soll Frankfurter Energiebedarf senken“), an dem unter anderem Telehouse beteiligt ist. Doch in Frankfurt tut sich noch mehr. So prüft Dr. Janybek Orozaliev, wissenschaftlicher Mitarbeiter für Solar- und Anlagentechnik der Universität Kassel, derzeit , ob ein großer Datacenter-Cluster bei Frankfurt Teile von Eschborn und Sossenheim versorgen könnte.

Inzwischen steht fest, dass die nötigen Rohre an eine Brücke gehängt werden dürfen, um die Autobahn zu queren – teure Erdarbeiten entfallen hier. Hinderlich sind aber die kleinteilige Anlage der Kühlaggregate auf den Dächern der Rechenzentren und fehlende weitere Dachflächen. „Auf einem Dach stehen dreistellige Mengen an Rückkühlern, jeder mit seiner eigenen Zu- und Ableitung. Jeder einzelne müsste für die Abwärmenutzung ausgerüstet werden“, erklärt Orozaliev. Das werde teuer. Sollte das Projekt irgendwann umgesetzt werden, stünden allerdings 500 GWh jährlich zur Verfügung.

Straßen- und Stadionheizung

Auch für die Erwärmung winterlicher Straßen und Fußwege oder von Fußballrasen, wie das ab der 3. Liga vorgeschrieben ist, eignet sich Datacenter-Abwärme. So werden beispielsweise die 6,5 Quadratkilometer Fläche des Kurfürstendamm im Winter erwärmt, was dank konventioneller Wärme-Erzeugungsmedien pro Tag zwei Tonnen Kohlendioxid erzeugt.

Datacenter-Abwärme würde es auch tun. Schon 20 Grad Abwärmetemperatur reichen dafür aus. Man könne Streu- und Räumkommandos, Salz, Treibstoff oder Strom einsparen, ohne mehr Kohlendioxid zu erzeugen. Zudem steigt durch die Erwärmung die Lebensdauer des Straßenbelags, da Frostschäden ausbleiben, berichtete Janna Wortelker, Projektleiterin bei der Innovative Wärmenetze GmbH.

Eis- und Wärmespeicher

Ein gekonnter Umgang mit den Regeln der Thermodynamik eröffnet große Chancen: So eignen sich Eisspeicher als Speichermöglichkeit für Kälte, die dann im Sommer, wenn mehr Kühlenergie benötigt wird, bereitsteht oder - sogar per Fahrzeug - anderswohin geliefert werden kann. Solche Eisspeicher werden von einzelnen Rechenzentren zusammen mit Wärmepumpen bereits genutzt, berichtete Malte Weidmann vom Planungsbüro Weidmann.

Umgekehrt lassen sich auch Wärmespeicher als Langzeitpuffer zwischen Angebot und Nachfrage schalten. Dabei nutzt man gern Phasenwechsel-Wärmespeicher mit Paraffinkügelchen als Speichermedium.

Die Sicherheit leidet nicht unter dem Verfahren. „Rechenzentren, die diese Technologie implementieren, können durchaus nach Tier IV zertifiziert werden“, berichteten Artur Faust und Helmut Göhl, die mit ihrem Unternehmen Greendcsion solche Projekte durchführen.

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