Mission Zukunft: So überschreibt Borderstep Direktor Prof. Dr. Klaus Fichter seinen Essay für das Adlershof Journal. Darin beleuchtet er, wie der Wissenschafts- und Technologiepark Adlershof zum „World Leader in Impact Innovation“ werden kann.

Im Auftrag der WISTA Management GmbH erstellte Borderstep bereits 2019 eine Studie mit „Strategieoptionen für den Wissenschafts- und Technologiepark Adlershof 2030“. Die Studie schlug u. a. die Gründung eines interdisziplinären Zentrums für „Grand Challenges“-Lösungen vor.

Die Idee einer verstärkten Ausrichtung des Wissenschafts- und Technologieparks Adlershof an den großen Zukunftsherausforderungen wurde in den vergangenen Jahren weiter präzisiert und soll nun durch eine konsequente Missionsorientierung, exzellente Inter- und Transdisziplinarität, den Aufbau leistungsfähiger Innovation Communities und neuartiger Formen der Kollaboration in physischen, virtuellen und hybriden Innovationsräumen realisiert werden. (Klaus Fichter)

Der Essay „Mission Zukunft“ erschien im Adlershof Journal September/Oktober 2023 und kann hier kostenfrei nachgelesen werden.

Die in dieser Studie vorgenommene Darstellung zu Wärmepumpen in Mehrfamilienhäusern im Bestand ist eine Reaktion auf zahlreiche Anfragen von Besitzenden von Mehrfamilienhäusern, die seit der Woche der Wärmepumpe im Herbst 2022 auf uns mit Fragen zugekommen sind.

Funktion, Nutzung und Kosten von Wärmepumpen

Um diese Fragen zu beantworten, stellen wir neben dem grundsätzlichen Funktionsprinzip der Wärmepumpe die Möglichkeit der Nutzung der verschiedenen Quellen von Umgebungswärme aus der Erde, dem Wasser und der Luft vor. Zudem erläutern wir Effizienz und Kosten von Wärmepumpenanlagen, die sich in Szenarien zukünftiger Energiepreise regelmäßig als entweder gleich teuer wie andere Heizungssysteme oder aber sogar als langfristig wirtschaftlich vorteilhaft erweisen.

Welches Wärmepumpensystem passt zu welchem Mehrfamilienhaus?

Speziell mit Blick auf Mehrfamilienhäuser ist es wichtig zu überlegen, welches Wärmepumpensystem eingebaut werden soll und wo ein machbarer Zugang zu einer Quelle von Umweltwärme besteht. Es kann dabei gezeigt werden, dass auch auf kleinen Grundstücken immer wieder die Niederbringung von Erdsonden möglich ist, dass aber Mehrfamilienhäuser auch erfolgreich mit Luftwärmepumpen beheizt werden können.

Wärmepumpen auch für Etagenwohnungen nutzbar?

Seit der Energiekrise in 2022 erfreut sich auch die Nutzung von Luft-Luft Wärmepumpen zum Heizen von Etagenwohnungen zunehmender Beliebtheit. Mit ihnen kann der Gasbedarf schnell und wirksam und vor allen Dingen zu extrem günstigen Investitionskosten gesenkt werden, denn Luft-Luft Wärmepumpen kleiner Leistungsklassen sind schon ab 2.000 € zu haben.

Unterschiedliche Praxisbeispiele

Der Blick auf die Beispiele des Einbaus von Wärmepumpenanlagen in Mehrfamilienhäuser zeigt Gebäude aus den Baujahren 1881 bis 1972. Es fällt auf, dass mit zwei Ausnahmen in alle Gebäude die Wärmepumpenanlage im Zuge einer energetischen Modernisierung eingebaut wurde. Hatten die Gebäude vor der Modernisierung Energieeffizienzklassen H, G oder F, so verbesserte sich diese im Zuge der energetischen Optimierung auf D, C, B oder gar A.

Mehr noch als bei Einfamilienhäusern scheint die Entscheidung über den Umbau der Heizungsanlage mit der energetischen Modernisierung von Mehrfamilienhäusern verknüpft zu sein. Geht man davon aus, dass sich Gebäude der Energieeffizienzklassen A bis D mit nur geringen energetischen Optimierungen auf Wärmepumpe umrüsten lassen, dann kann aktuell etwas mehr als die Hälfte des Bestandes an Mehrfamilienhäusern kurz und mittelfristig auf Wärmepumpen umgerüstet werden.

Klimawandel fordert entschlossenes Handeln

Im Frühsommer 2023 tobt die Auseinandersetzung um das Gebäudeenergiegesetz, das jetzt Heizungsgesetz genannt wird, in unverminderter Intensität seit fast einem Vierteljahr. Aber völlig unabhängig von der politischen Diskussion, die vom Willen der Wählenden genauso beeinflusst wird wie von Lobbys der Energiewirtschaft und politischen Opportunitäten, schreitet der Klimawandel ebenfalls fort und fordert entschlossenes Handeln. Daher gilt es, die Einsatzmöglichkeiten der potenziell klimaneutralen Alternativen zu Gas- und Ölheizung nicht nur auszuloten, sondern auch auszuweiten.

Die Studie Clausen, J. & Hinterholzer, S. (2023). Wärmepumpen in Mehrfamilienhäusern im Bestand. Berlin: Borderstep Institut steht als kostenloser Download zur Verfügung.

Der Flächenbedarf und die Kosten sprechen dagegen, analysiert eine Studie des Borderstep Instituts, die im Anschluss an das Projekt Key Points der kommunalen Wärmewende entstanden ist. Trotz dieser Gegenargumente setzen kommunale Wärmepläne manchmal auf die vermeintlich „grünen“ Alternativen zum Erhalt des Erdgasnetzes, wie das Beispiel der Versorgungsbetriebe Bordesholm (VBB) zeigt. Die VBB nehmen damit die Ängste vieler Menschen und auch vieler Energieversorgender auf, wirtschaftlich führt dies jedoch in eine Sackgasse. Die Studie rechnet das am Beispiel Bordesholm nach. Sie kann kostenfrei heruntergeladen werden.

Der Geschäftsführer der Versorgungsbetriebe Bordesholm (VBB) gab im Juni 2023 den „Kieler Nachrichten“ ein Interview zur Frage der kommunalen Wärmeplanung. Es wurde am 19. Juni 2023 in der Regionalausgabe der Kieler Nachrichten, der „Holsteiner Zeitung“, auf der Seite 33 abgedruckt. In diesem Interview erwähnt er, dass der kommunale Wärmeplan für Bordesholm so gut wie fertig sei: „Wir priorisieren grünes Gas und Wasserstoff. Wir wollen unser Erdgasnetz weiterhin nutzen, darin aber Biomethan-Gas zum Kunden transportieren. Das Konzept ist aus unserer Sicht sanft und flexibel.“

Angst vor der Wärmewende

Dieser Satz nimmt die Ängste vieler Menschen und auch vieler Energieversorgender vor einer radikalen Wende hin zu Wärmenetzen und Wärmepumpen auf und verspricht, auch weiter durch Verbrennung zu heizen. Dann können die Thermen einfach an der Wand hängen bleiben, denn „bei vielen Heizungen ist überhaupt kein neuer Brenner notwendig, weil die meisten auch mit grünem Gas laufen“.

Borderstep Mitgründer Dr. Jens Clausen, Projektleiter des Vorhabens „Keypoints der Wärmewende“ des Fördervereins von Scientists for Future e.V.:
Das klingt erstmal überzeugend. Aber was wäre, wenn alle oder auch nur viele Regionalversorgende diesen Weg einschlagen wollen? Wie würde sich die Produktion des dafür nötigen Biogases auf die Landwirtschaft und die Flächennutzung auswirken? Wieviel Strom müsste produziert werden, um die notwendige Wärmemenge durch Wasserstoff bereitstellen zu können? Um den Flächenbedarf und die Kosten zu konkretisieren, haben wir das in unserer Studie am Beispiel Bordesholm exemplarisch nachgerechnet.

Am Beispiel der Stadt Bordesholm mit einer Fläche von ca. 10 km2 und des Amtes Bordesholm mit 14 Gemeinden und einer Fläche von 99 km2 zeigt diese Studie Konsequenzen auf. Eine Reihe von Zahlen wurde errechnet:

Biogasproduktion statt Futtermittelanbau?

Die Umstellung auf Biogas erfordert im Szenario der Studie, in Zukunft 48 % der Ackerfläche mit Silomais zu bebauen. Dadurch stünde zukünftig kaum noch Fläche für den Futtermittelanbau zur Verfügung. Zudem ist Biogas aufgrund der Treibhausgasemissionen aus der Landwirtschaft nicht klimaneutral und die Maisernte ist abhängig von der Verfügbarkeit von Grundwasser für die Bewässerung.

Hohe Investitionen in zusätzliche Stromerzeugung für die Wasserstoffproduktion

Eine Alternative scheint die Umstellung der Gasversorgung auf Wasserstoff zu sein. Sie erfordert jedoch hohe Investitionen in zusätzliche Stromerzeugung mit Wind oder Solar, Elektrolyseanlagen, einen Wasserstoffspeicher und überall dort neue Heizthermen, wo diese nicht wirklich H2-Ready sind. Aufgrund der geringen Energiedichte von Wasserstoff im Vergleich zu Erdgas ist es unter Umständen auch notwendig, das Gasnetz auszubauen.

Borderstep Mitgründer Dr. Jens Clausen:
Die in der öffentlichen Debatte wenig geliebte Wärmepumpe steht in diesem Vergleich recht gut da. Ihr Betrieb erfordert eine im Vergleich zu Wasserstoff sehr geringe Stromproduktion und die Investitionskosten für die Ausstattung aller Gebäude der Stadt mit Wärmepumpen dürften deutlich niedriger liegen als die für die Wasserstoffproduktion- und Verteilung.

Der Energiebedarf der Rechenzentren nimmt weiter zu. Mit 17,9 Mrd. kWh verbrauchten die Rechenzentren im Jahr 2022 fast eine Mrd. kWh mehr Strom als im Jahr 2021. Der steigende Energiebedarf von Rechenzentren und die damit verbundenen Treibhausgasemissionen sind ein Grund dafür, dass sich auch Politik und Regulierung zunehmend mit der Rechenzentrumsbranche befassen.

Aber auch die weiteren Ressourcenbedarfe der Rechenzentren, wie der Wasser- und Flächenverbrauch oder ihre Materialbedarfe, müssen künftig stärker adressiert werden, wenn Rechenzentren nachhaltig betrieben werden sollen.

Mehr öffentliche Aufmerksamkeit

Dies sind Ergebnisse mehrerer aktueller Untersuchungen des Borderstep Instituts zur Entwicklung des Energiebedarfs der Rechenzentren in Deutschland.

Vor allem der Bau neuer großer Rechenzentren mit Leistungsaufnahmen bis hin in den dreistelligen Megawatt Bereich hat dazu geführt, dass die öffentliche Aufmerksamkeit für die Rechenzentrumsbranche in den vergangenen Jahren deutlich angestiegen ist.

Zu Recht: Kann doch der Stromverbrauch eines einzigen solchen Mega Rechenzentrums die Größenordnung des Stromverbrauchs einer Großstadt erreichen. Kein Wunder also, dass mit der Energieeffizienz-Richtlinie auf EU-Ebene und dem Energieeffizienzgesetz in Deutschland vor allem die größeren Rechenzentren ins Visier genommen werden.

Den gesamten Bericht Rechenzentren 2022 von Dr. Ralph Hintemann und Simon Hinterholzer können Sie kostenlos downloaden.

Seit 2012 untersucht Borderstep die Rechenzentrumsbranche

Die Berechnungen erfolgen mit Hilfe eines umfangreichen Strukturmodells der Rechenzentrumslandschaft in Deutschland und Europa, das am Borderstep Institut entwickelt wurde und seit 2012 regelmäßig aktualisiert wird:

• Hintemann, R. & Hinterholzer, S. (2022). Rechenzentren 2021. Cloud Computing treibt das Wachstum der Rechenzentrumsbranche und ihres Energiebedarfs. Berlin: Borderstep Institut.
• Hintemann, R. (2021). Rechenzentren 2020. Cloud Computing profitiert von der Krise. Energiebedarf der Rechenzentren steigt trotz Corona weiter an. Berlin: Borderstep Institut.
• Hintemann, R. (2020). Rechenzentren 2018. Effizienzgewinne reichen nicht aus: Energiebedarf der Rechenzentren steigt weiter deutlich an. Berlin: Borderstep Institut.
• Hintemann, R. (2018). Rechenzentren 2017. Boom führt zu deutlich steigendem Energiebedarf der Rechenzentren in Deutschland im Jahr 2017. Berlin: Borderstep Institut
• Hintemann, R. (2017). Rechenzentren 2016. Trotz verbesserter Energieeffizienz steigt der Energiebedarf der deutschen Rechenzentren im Jahr 2016. Berlin: Borderstep Institut.
• Hintemann, R. (2015). Rechenzentren 2015. Deutliches Wachstum bei deutschen Rechenzentren – Update 2015. Berlin: Borderstep Institut.
• Hintemann, R. (2015). Rechenzentren 2014. Deutliches Wachstum bei deutschen Rechenzentren im Jahr 2014. Berlin: Borderstep Institut.
• Hintemann, R. & Fichter, K. (2013). Server und Rechenzentren in Deutschland im Jahr 2012.

Deutschlandfunk Kultur sendet in dieser Woche eine Themenwoche rund um das Problemfeld „Energiefresser Internet“. Höhepunkt ist die Samstagsausgabe der Sendung „Im Gespräch“ am 5. August 2023 ab 9:05Uhr.

Zu Gast sind Dr. Ralph Hintemann, Digitalisierungs- und Nachhaltigkeitsexperte beim Borderstep Institut, und Jörg Schieb, Journalist, Computerexperte. Die Sendung wird moderiert von Vladimir Balzer.

Hörerinnen und Hörer werden live zugeschaltet und können ihre Fragen an die Interviewpartner stellen. Interessierte melden sich unter:
Telefon 08 00 22 54 22 54
E-Mail gespraech@deutschlandfunkkultur.de

Dass Rechenzentren eine alternative Wärmequelle darstellen, die es dringend zu nutzen gilt, ist unbestritten. Doch bei den technischen Bedingungen, durch die eine Abwärmenutzung erst praktikabel wird, sind noch viele Fragen offen.

Welche Hürden es zu nehmen gilt, um die Abwärmenutzung voranzutreiben, erläutern die Autoren Dr. Ralph Hintemann, Simon Hinterholzer, Alexej Paul und Constantin Völzel.

Der Artikel Abwärmenutzung von Rechenzentren praktikabel machen ist in der aktuellen iX erschienen.

Hintergrund

Die voranschreitende Digitalisierung führt dazu, dass immer mehr und immer größere Rechenzentren errichtet werden, die immer mehr Energie benötigen. Im vergangenen Jahrzehnt stieg der Stromverbrauch der Rechenzentren in Europa um 55 Prozent auf insgesamt 87 Mrd. kWh.

In Deutschland liegt der Stromverbrauch im Jahr 2021 bei 17 Mrd. kWh. Das ist mehr, als die gesamte Stadt Berlin an Strom verbraucht. Dieser Strom wird in den Servern und anderen Geräten in Rechenzentren in Wärme umgewandelt, die dann meist mit zusätzlichem Aufwand an die Außenluft abgegeben wird. Wärmebedarf in Gebäuden wird überwiegend aus fossilen Energieträgern gedeckt.

Wie lässt sich Abwärme aus Rechenzentren sinnvoll nutzen?

Bei luftgekühlten Rechenzentren beträgt das Temperaturniveau, auf dem die Wärme das Rechenzentrum verlässt, meist weniger als 35 °C. Dennoch ist der Ansatz, diese Wärme einer Verwendung zuzuführen, aus mehreren Gründen interessant:

• Zum Ersten wird der Wärmebedarf in Gebäuden und Anlagen heute noch zu großen Teilen aus fossilen Energieträgern gedeckt; der Anteil erneuerbarer Energien liegt im Bereich Wärme und Kälte im Jahr 2021 bei nur 16,5 Prozent. In Zukunft sollte insbesondere aus Klimaschutzgründen die nachhaltige und regenerative Wärmeversorgung deutlich intensiviert werden. Mit diesem Ziel fördert die Bundesregierung über die Bundesförderung effiziente Wärmenetze (BEW) ab 2022 den Aus- und Umbau von Wärmenetzen.
• Zum Zweiten erfolgt der Auf- und Ausbau neuer Rechenzentren mit einer hohen Geschwindigkeit. Der Neubau von Rechenzentren könnte so geplant werden, dass eine Nutzung der Wärme in der Umgebung in möglichst vielen Fällen realisierbar wird. Insbesondere in Ballungszentren wie dem Rechenzentrumshotspot Frankfurt a.M., in dem mehr als 20 Prozent des Strombedarfs durch Rechenzentren verursacht werden, ist eine Versorgung von Wohn- und Gewerbegebäuden mit Wärme besonders attraktiv. Sowohl auf Ebene der EU als auch auf Bundesebene wird daher angestrebt, in Zukunft die Abwärmenutzung aus Rechenzentren deutlich auszubauen.
• Zum Dritten ermöglichen es neue Technologien, die Effizienz der Wärmenutzung deutlich zu erhöhen. So verlässt bei einer Heißwasserkühlung von Servern die Wärme das Rechenzentrum auf einem hohen Temperaturniveau von 60 °C und mehr. Damit werden vielfältige Nutzungen bis hin zur Kälteerzeugung mit Hilfe von Adsorptionskältemaschinen wirtschaftlich attraktiv. Bislang erfolgt die Nutzung von Abwärme aus Rechenzentren in Deutschland jedoch nur in Ausnahmefällen. Gründe dafür sind neben vielfältigen organisatorischen Herausforderungen insbesondere die wirtschaftlichen Rahmenbedingungen.

Das vollständige Hintergrundpapier Wirtschaftlichkeit der Abwärmenutzung aus Rechenzentren in Deutschland steht kostenlos zum Download zur Verfügung.

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Startklar – der OneCrowd Podcast stellt zukunftsweisende, innovative Geschäftsideen vor und präsentiert Menschen, die mit Leib und Seele hinter ihrer Vision stehen. Wie lässt sich Fortschritt fördern und dabei Ökologie und Ökonomie nachhaltig vereinen? Der Podcast bietet neben Analysen neuester Entwicklungen und spannende Interviews mit Startup-Gründenden und Finanzexperten und beleuchtet wichtige Crowdfunding-Themen rund um Geldanlagen und Investments.

Start-up-Förderprogramme zur Unterstützung von Unternehmensgründungen sind ein wichtiges Instrument zur Förderung des nachhaltigen Unternehmertums. Sie beschleunigen und schaffen Anreize für die Entwicklung innovativer nachhaltiger Lösungen.

Bislang wird jedoch kaum analysiert, ob Start-up-Förderprogramme dieses Potenzial ausschöpfen. Und ob sie – über die wirtschaftlichen Effekte hinaus – zur ökologischen und sozialen Nachhaltigkeit beitragen.

Borderstep Direktor Klaus Fichter und Borderstep Researcherin Alexandra Widrat skizzieren Ansätze und Methoden, wie Start-up-Förderprogramme Wirkungsmanagementprozesse etablieren können, die zu ihren jeweiligen Programmstrategien passen und einen Mehrwert für die geförderten Start-up-Teams schaffen.

Darüber hinaus werden Handlungsempfehlungen gegeben, die den Gründungsförderern dabei helfen können, eine Kultur der nachhaltigkeitsorientierten Wirkungsmessung und des Wirkungsmanagements im gesamten Gründungsförderungssystem zu etablieren.

Den Journal Artikel können Sie hier kaufen.

Mehr zum Thema

Das Borderstep Institut hat sich bereits im Projekt IMPACT nachhaltigkeitsorientierter Gründungsförderung mit dem Thema befasst.

Unter anderem hat das Projekt-Team ein Modell entwickelt, mit dem die ganzheitliche Wirkung eines Gründungsförderprogramms erfasst, beurteilt und verbessert werden kann.

Der IMPACT Guide: Von der Evaluation zum Impact-Management von Gründungsförderprogrammen bietet Gründungsförderakteuren, Programmverantwortlichen und Begleitforschung Impulse, Orientierungen und Lösungsansätze, wie die langfristige Wirkung von Gründungsförderprogrammen bewertet und gesteuert werden kann.

Der Impact Guide und die Begleitmaterialien stehen kostenlos als Download zur Verfügung:

Impact Guide

IMPACT Guide Begleitmaterial

Die Grüne Fraktion im Bayerischen Landtag hat mit der Studie Rechenzentren in Bayern: Ökologische Nachhaltigkeit – zukunftsgerichtete Standortpolitik erstmalig eine regionale Analyse für Bayern beim Borderstep Institut in Auftrag gegeben.

Die Studie gibt einen Überblick über die Entwicklung des bayerischen Rechenzentrumsmarktes und über seine Auswirkungen auf die ökologische Nachhaltigkeit in Bayern.

Rechenzentrumsmarkt in Bayern wächst

Auf dieser Grundlage kann auf Landesebene eine gezielte Politik betrieben werden, die in Bayern eine leistungsfähige Rechenzentrumsinfrastruktur als Basis für eine (nachhaltige) Digitalisierung schafft. Sie stellt  aber auch sicher, dass der ökologische Fußabdruck der Rechenzentren in Bayern möglichst gering ist.

Die durchgeführten Recherchen zeigen, dass der Rechenzentrumsmarkt in Bayern deutlich wächst. Zwischen 2010 und 2022 sind die Kapazitäten in den bayerischen Rechenzentren um 70 % angestiegen.

Auch für die Zukunft ist ein weiteres Wachstum im Markt zu erwarten. Setzen sich die aktuellen Trends weiter fort, so steigen die Kapazitäten bis zum Jahr 2030 um weitere 40 % an. Das Marktwachstum ist im Wesentlichen durch die deutliche Ausweitung der Kapazitäten von Cloud-Rechenzentren begründet.

Bayern bietet Standortvorteile

Im bundesdeutschen Vergleich ist Bayern nach Hessen und Berlin aktuell einer der gefragtesten Rechenzentrumsstandorte in Deutschland. Standortvorteile des bayerischen Marktes werden insbesondere in den geringen Risiken für Überschwemmungen und Erdbeben und in der leistungsfähigen Wirtschaft gesehen.

Da große internationale Betreibende von Rechenzentren sich in Deutschland aktuell vor allem auf die Bundesländer Hessen und Berlin konzentrieren, wachsen die Kapazitäten der Rechenzentren an diesen Standorten zurzeit aber deutlich schneller als Bayern.

Hier können Sie die gesamte Studie kostenlos lesen.

Uni Oldenburg sucht Verstärkung: An der Fakultät II „Informatik, Wirtschaft- und Rechtswissenschaften“ der Carl von Ossietzky Universität Oldenburg ist im Fachgebiet Innovationsmanagement und Nachhaltigkeit (Prof. Dr. Klaus Fichter) zum 01.10.2023 eine 75 %-Stelle (TV-L E13) als Wissenschaftliche Mitarbeiterin (m/w/d) „Sustainable Entrepreneurship & Innovation“ zunächst bis zum 31.12.2024 mit der Option auf Verlängerung zu besetzen. Die Stelle umfasst Forschungs- und Diskursaufgaben in einem Drittmittelvorhaben im Themengebiet „Sustainable Entrepreneurship & Innovation“.

Zu den Aufgaben der Stelle gehören wissenschaftliche Grundlagenarbeiten für Zukunftsdiskurse und die Entwicklung von Konzept- und Impulspapieren im Projekt „Demokratisierung von Innovation: Transformationsimpulse durch neue Innovationsakteure, Ko‑Innovationsprozesse und die Ausbildung von Change Agents“, das vom Niedersächsischen Ministerium für Wissenschaft und Kultur gefördert wird. Das Vorhaben widmet sich einem wichtigen und wachsenden Bereich neuartiger Innovationskooperationen, nämlich der Zusammenarbeit von Studierenden, Start-ups und etablierten Unternehmen bei der gemeinsamen, ko‑kreativen Entwicklung nachhaltigkeitsorientierter Innovationsideen. Die Stelle umfasst außerdem die Mitwirkung an Diskursformaten zu Nachhaltigkeitsinnovationen und an Lehr‑/Lernkonzepten im Bereich des Challenge-Based Learning und des Sustainable Entrepreneurships.

Mehr Informationen zur ausgeschriebenen Stelle der Uni Oldenburg finden sich hier.