Willkommen beim Borderstep Institut für Innovation und Nachhaltigkeit

Wie sieht das Energiesystem der Zukunft aus?

Wie sieht das Energiesystem der Zukunft aus? Das erforschte Borderstep im Projekt WindNODE gemeinsam mit Partnern wie Siemens, BMW oder GASAG. Jetzt ist der Synthesebericht „Flexibilität, Markt und Regulierung“ erschienen.

Wie sieht das Energiesystem der Zukunft aus?

Der steigende Anteil erneuerbarer Energien im deutschen Stromnetz erfordert innovative Lösungen, um bei Erzeugungsspitzen möglichst viel des grünen Stroms sinnvoll einsetzen zu können. Das WindNODE-Koordinierungskomitee „Flexibilität, Markt und Regulierung“ hat im gleichnamigen Synthesebericht die Erkenntnisse zusammengetragen, die in der vierjährigen Projektlaufzeit zur Integration von Erneuerbaren gewonnen wurden und dabei ein Hauptaugenmerk auf die Vermarktung und die Regulierung von Flexibilität geworfen.

Mit dem Synthesebericht „Flexibilität, Markt und Regulierung“ zeigen die Partner des Projekts WindNODE – Das Schaufenster für intelligente Energie aus dem Nordosten Deutschlands unterschiedliche Sichtweisen auf das Thema Integration von Erneuerbaren auf. Im Projekt wurde Flexibilitätspotenzial identifiziert und bewertet, neue Arten der Flexibilitätsbeschaffung für die Engpassbewirtschaftung getestet und der regulatorische Rahmen analysiert und auf Weiterentwicklung geprüft.

Anbieterperspektive von Flexibilität

Der Bericht beinhaltet insbesondere die Anbieterperspektive von Flexibilität der vier WindNODE-Partner Borderstep Institut, Siemens, BMW und GASAG:

  • Die Arbeiten des Borderstep Instituts haben gezeigt, dass sich Gebäude und Quartiere netzund marktdienlich verhalten können und gleichzeitig der hohe Komfort für die Bewohner erhalten bleibt.
  • Durch die Implementierung eines geeigneten Messsystems und die detaillierte Auswertung
    einzelner Prozesse konnten neue Vermarktungsoptionen für den Industriestandort von
    Siemens erschlossen werden.
  • Die BMW Group errichtete aus gebrauchten und neuen Fahrzeugbatterien eine Second-LifeSpeicherfarm, die am Strommarkt aktiv ist und perspektivisch zur Synchronisation von Erzeugung und Verbrauch der Werksinfrastruktur genutzt werden kann.
  • Die von der GASAG-Gruppe entwickelten Algorithmen für eine intelligente und prognosebasierte Steuerung von Energieanlagen profitieren vom neuen Power-to-Heat-/Power-to-ColdSpeichersystem, wodurch die Optimierungsmöglichkeiten deutlich ausgeweitet werden.

Vermarktungsoptionen von flexiblen Erzeugern und Verbrauchern

Der Synthesebericht „Flexibilität, Markt und Regulierung“ bietet einen umfassenden Blick auf die Vermarktungsoptionen von flexiblen Erzeugern und Verbrauchern und adressiert wichtige Themen rund um das Energiesystem der Zukunft. Dazu gehören zum Beispiel die Herausforderungen und Chancen durch neue Verbraucher und Erzeuger auf der Ebene der Niederspannung, vor dem Hintergrund einer sich weiter dekarbonisierenden Gesellschaft.

Der Bericht kann kostenfrei heruntergeladen werden.

Wie wirkt Corona auf die Arbeitswelt?

Welche Effekte hat die Corona-Pandemie auf die Arbeitswelt? Ein Werkstattbericht des Borderstep-Instituts im Rahmen des Projektes CliDiTrans zieht Zwischenbilanz aktueller Veröffentlichungen. Dabei wird zum einen erläutert, welche Veränderungen und auch CO2-Einsparungen im Rahmen des beruflichen Verkehrs eingetreten sind. Zum anderen erfolgt eine Darstellung der Erfahrungen und Zusammenhänge bezogen auf Home-Office und Videokonferenzen. Auch mögliche Zukunftstrends werden betrachtet.

Die COVID-19 Pandemie hat sowohl in Deutschland als auch global zu starken Veränderungen der Zusammenarbeit geführt. Aufgrund flächendeckender Reisebeschränkungen während des Lock-Downs Anfang 2020 und einer zwingenden Notwendigkeit zur physischen Distanzierung mussten viele geschäftliche Termine wie Konferenzen, Messen, Geschäftstreffen im In- und Ausland, aber auch regelmäßige Teambesprechungen konsequent abgesagt werden. Somit waren viele Organisationen gezwungen, sich alternative Konzepte zur Kollaboration zu überlegen.

Home-Office und virtuelle Konferenzen – gekommen um zu bleiben?

Home-Office Konzepte und virtuelle Konferenzen in Form von Videokonferenzen erlebten in den vergangenen Monaten einen starken Zuspruch und waren für viele Beschäftigte eine geeignete Möglichkeit einerseits, die tägliche Arbeit erledigen zu können und andererseits, Distanz zu wahren. So verbrachte fast die Hälfte der Beschäftigten in Deutschland während des Lock-Downs (Mitte März bis Mitte Mai) zumindest einen Tag pro Woche im Home-Office. Videokonferenzen erlebten einen bisher nicht dagewesenen Anstieg der Nutzungszahlen.

Während in Corona-Zeiten die Motivation zur Virtualisierung physischer Treffen und der Etablierung von Home-Office darin liegt, physische Kontakte stark zu reduzieren, stellt sich nun aber auch die Frage, welche langfristigen Effekte diese unvorhergesehenen Entwicklungen mit sich bringen können.

Besteht nun die Möglichkeit, dass virtuelles Arbeiten zur Normalität wird und Arbeitnehmende hierdurch eine Chance sehen, ihre Arbeit flexibler und besser vereinbar mit ihrem Privatleben gestalten zu können? Die weitestgehende Minimierung physischer Treffen und Dienstreisen hat zudem auch Hoffnungen geweckt, durch eine Virtualisierung der Arbeitswelt Emissionen reduzieren zu können.

Digitalisierung als Stütze der Gesamtwirtschaft

Auch die Tragfähigkeit der Digitalisierung als Stütze der Gesamtwirtschaft wurde in den vergangenen Monaten sehr deutlich. Denn digitale Lösungen haben notwendige Distanzmaßnahmen nicht nur abgefedert, sondern es auch ermöglicht, soziale Interaktionen und wirtschaftliche Tätigkeiten in vielen Branchen aufrechtzuerhalten.

Mit all diesen Fragen beschäftigt sich Borderstep-Researcherin Stefanie Schramm in ihrer Literaturrecherche. Den vollständigen Werkstattbericht können Sie kostenfrei herunterladen.

Responsible Innovation Story mit Borderstep

Wie steht es um das Thema Nachhaltigkeit in Europa? Kann die EU sich damit international positionieren? Und wie sehen zukunftsfähige Geschäftsmodelle konkret aus? Diesen Fragen geht „Responsible Innovation Story“ in einem Video-Interview nach.

Borderstep Direktor Prof. Dr. Klaus Fichter spricht mit Host Prof. Dr. Andre Martinuzzi.

Die wichtigsten Erkenntnisse des Gesprächs:

  • Insbesondere in der pulsierenden Start-up-Szene hat Nachhaltigkeitsinnovation stark an Dynamik gewonnen.
  • Finanzierungsprogramme, die Start-ups dabei unterstützen, ihre Nischenmärkte zu vergrößern und zu verlassen, sind jedoch weiterhin unterrepräsentiert.
  • Nur wenn wir ein robustes, auf Nachhaltigkeit basierendes Innovationsökosystem aufbauen, können wir ein zukunftssicheres Alleinstellungsmerkmal für Europa schaffen
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  • © Rolf Schulten

EURAM 2021: Call for papers

Ihre Idee auf der EURAM 2021: Der Track „Innovation for Circularity, Green Technologies and Sustainability“ der 21. EURAM Konferenz veröffentlichte einen Call for Papers. Borderstep-Gründer Prof. Dr. Klaus Fichter ist Co-Chair dieses Tracks. Forschende sind eingeladen, ihre Ideen einzureichen. Das Thema: „Reshaping capitalism for a sustainable world“.

Einreichungsfrist ist der 12. Januar 2021.

Die größte europäische Konferenz für Wirtschaftswissenschaftler findet jährlich statt und bringt Managementforscher und Praktiker in einem interdisziplinären Dialog zusammen.

Die eingereichten Vorschläge begutachten:

  • Erik Hansen, Johannes Kepler Universität Linz (JKU)
  • Klaus Fichter, Universität Oldenburg
  • Frank Tietze, Universität Cambridge
  • Maryse Chappin, Innovationsstudien, Kopernikus-Institut für
    Nachhaltige Entwicklung, Universität Utrecht
  • Julia Schmitt, Johannes Kepler Universität Linz
    (JKU)
  • René Bohnsack, Católica Lisbon School of Business and Economics

Innovationsforscher und -praktiker sind zunehmend daran interessiert, ökologische und gesellschaftliche Herausforderungen als Chancen für Innovationen zu begreifen. Der Track „Innovation for Circularity, Green Technologies and Sustainability“ der EURAM 2021 Konferenz betrachtet die Fortschritte in Richtung nachhaltigkeitsorientierter Innovationen sowie die Unterthemen der zirkulären und grünen Technologie-Innovation. Die Beiträge versuchen, das Innovationsrichtungen auf den Ebenen von Produkten, Produkt-Service-Systemen und Geschäftsmodellen zu verstehen. Im Mittelpunkt steht dabei ein besseres Verständnis der Innovationsprozesse, der zugehörigen Ökosysteme und der unternehmerischen Aktivitäten, die diesen Innovationsergebnissen zugrunde liegen.

Aktuelle Informationen finden Sie auch auf der ResearchGate-Seite des Tracks.

Hier geht es zur vollständigen Ausschreibung: EURAM 2021: Call for Papers

Klaus Fichter Co-Chair bei EURAM-Konferenz

Borderstep-Direktor Prof. Dr. Klaus Fichter war als Co-Chair der Session „Sustainability, Circular and Green Tech Innovation“ Teil der Jahreskonferenz der European Academy of Management (EURAM).

Die größte europäische Konferenz für Wirtschaftswissenschaftler findet jährlich statt und bringt Managementforscher und Praktiker in einem interdisziplinären Dialog zusammen. In diesem Jahr tagt die Runde im Netz.

Das diesjährige Thema der Konferenz lautete „THE BUSINESS OF NOW: the future starts here“.

Die Session bestand aus drei Themenblöcken:

  1. Sustainable Business Model Innovation
  2. Collaboration for Sustainability Innovation
  3. Sustainability Innovation and  Performance and IP

Die Artikel der Session können hier abgerufen werden.

  • © Beuth Hochschule

Start-ups als Changemaker

Das digitale Workshopevent „Start-ups als Changemaker – Besser gründen für die Stadt der Zukunft“ der Beuth Hochschule beschäftigte sich mit dem Thema „Studiere Zukunft/Stadt der Zukunft“. Die Teilnehmenden erhielten Fähigkeiten und Kenntnisse, Strategien und Konzepte zukünftiger urbaner Entwicklung mitzugestalten. Technische Neuerungen sollen dabei die Lebensstandards für die Bewohner urbaner Räume nachhaltig verbessern.

Welchen Beitrag leisten Start-ups dazu? Wie bringen diese Innovationen in den Markt?Und welche Unterstützungsformen brauchen sie dafür? Mit diesen Fragen beschäftigte sich Borderstep Researcherin Dr. Yasmin Olteanu in ihrer Keynote mit dem Titel „Start-ups als Changemaker“.

Es folgten verschiedene Workshops, die sich mit Themen wie Energie, Mobilität, Wohnung und Bauplanung sowie Gesundheit und Ernährung in der Stadt der Zukunft auseinandersetzten.

  • © Natascha - adobeStock

Deutlicher Anstieg des Energiebedarfs der Rechenzentren

Rechenzentren verbrauchten im Jahr 2020 in Deutschland 16 Mrd. kWh Strom. Damit ist der Energiebedarf um 1 Mrd. kWh im Vergleich zu 2019 angestiegen – trotz Corona. Das stellt eine Kurzstudie des Borderstep Instituts für Innovation und Nachhaltigkeit zum Digitalgipfel fest.

Die Auswirkungen der Corona-Pandemie treffen die verschiedenen Arten von Rechenzentren sehr unterschiedlich. So sind die Investitionen in kleinere Rechenzentren, die von Unternehmen für eigene Zwecke betrieben werden, durch die schwere wirtschaftliche Lage vielfach deutlich zurückgegangen. Dagegen haben viele Cloud-Rechenzentren von der Corona-Pandemie profitiert: Die Nachfrage nach Videodiensten, Online-Zusammenarbeit oder Online-Shopping hat deutlich zugenommen.

Digitalisierung trägt zum Sparen von Ressourcen bei

In Summe hat also auch die Corona-Pandemie der Trend zum Anstieg des Energiebedarfs der Rechenzentren nicht gestoppt. Diese Entwicklung ist aber aus Umweltsicht nicht zwingend als negativ zu bewerten. Rechenzentren und Digitalisierung können massiv dazu beitragen, Ressourcen zu sparen. Während der Corona-Pandemie konnten viele Reisen durch digitale Alternativen ersetzt werden.

Nach Berechnungen des Borderstep Instituts entstehen bei einer vierstündigen Videokonferenz am Laptop bei einem virtuellen Treffen von vier Personen gerade einmal 0,73 kg CO2 Emissionen. Müssten für das Treffen Bahn, Pkw oder das Flugzeug genutzt werden, wären die dabei entstehenden CO2-Emissionen im konkreten Beispiel mit 65 kg (Anreise mit der Bahn) bis knapp 500 kg (Anreise mit dem Flugzeug) um Größenordnungen höher. Auch die Arbeit im Homeoffice trägt sehr deutlich zum Klimaschutz bei. Während des ersten Lockdowns von März bis Mai konnten mit Homeoffice nach Borderstep-Berechnungen bis zu 760.000 Tonnen CO2 eingespart werden.

Hintergrund

Der Energiebedarf von Rechenzentren in Europa ist zwischen 2010 und 2020 um 55% stark gestiegen, von rund 56 auf rund 87 Terrawattstunden pro Jahr. Der Großteil dieses Bedarfs entsteht in Nord- und Westeuropa. Hier befinden sich die meisten Datenzentren in der EU. Cloud Computing ist im Jahr 2020 für 40% des Energiebedarfs der Rechenzentren verantwortlich. Bis zum Jahr 2025 wird dieser Anteil voraussichtlich auf 60% ansteigen.

„Rechenzentren werden durch verbesserte Hardware, Software und Rechenzentrumsinfrastrukturen immer effizienter“, stellt Dr. Ralph Hintemann, Senior Researcher und Digitalisierungsexperte am Borderstep Institut fest. „Leider ist es aber in der Vergangenheit trotzdem nicht gelungen, den Anstieg im Energiebedarf insgesamt zu senken. Die zunehmende Digitalisierung und insbesondere der Trend zu immer mehr Cloud Computing führen dazu, dass der Energiebedarf der Rechenzentren kontinuierlich ansteigt.“

Eine aktuelle Studie des österreichischen Umweltbundesamts und des deutschen Borderstep Institut zeigt vielfältige Potenziale, wie die Energieeffizienz der Rechenzentren in Zukunft noch stärker gesteigert werden kann. Ein gutes Beispiel ist die Softwareentwicklung für rechenintensive Anwendungen bei Simulationsrechnungen oder im Bereich der Künstlichen Intelligenz. Das Forschungsteam von Borderstep und Umweltbundesamt empfiehlt daher, technologische Innovationen in diesen Bereichen zu fördern.

Corona zeigt Entlastungsmöglichkeiten der Umwelt durch Digitalisierung

Der steigende Energiebedarf der Rechenzentren ist aus Umweltsicht nicht zwingend als negativ zu bewerten, betont Borderstep Senior Researcher Dr. Ralph Hintemann, Projektleiter der Studie. „Gerade die Corona-Pandemie hat gezeigt, wie wir mittels Digitalisierung eine deutliche Entlastung der Umwelt erreichen können, indem im Homeoffice arbeiten und mehr elektronisch kommunizieren statt mit dem Auto oder Flugzeug große Mengen an CO2 zu produzieren.“

Borderstep errechnete das konkrete CO2-Entlastungspotenzial anhand eines Fallbeispiels. Dabei treffen sich vier Personen für vier Stunden virtuell oder aber persönlich in Stuttgart. Zwei Personen wohnen dabei in Stuttgart, zwei in Berlin. Den Annahmen liegen Zahlen aus dem Jahr 2018 zugrunde. Danach fallen für vier Stunden Videokonferenz pro Person 0,271 kg CO2 an, wenn für die virtuelle Begegnung ein PC (inklusive Monitor) genutzt wird. Bei Nutzung eines Laptops sind es sogar nur 0,184 kg.

Geringste CO2 Belastung bei Videokonferenz am Laptop

Für die physische Präsenz in Stuttgart fallen je nach gewähltem Transportmittel unterschiedliche Belastungen des Klimas an. Die Anreise mit dem Flugzeug hat die schlechteste CO2 Bilanz. Für die Anreise von zwei Personen aus Berlin nach Stuttgart fallen in diesem Beispiel 471 kg CO2 Emissionen an. Die Anreise mit dem PKW verursacht 379 kg CO2 Emissionen. Schonender für die Klimabilanz ist die Anreise mit der Bahn, hier kommen zwei Personen auf etwa 65 kg CO2. Die Videokonferenz am Laptop verursacht demnach für vier Personen nur rund 0,73 kg CO2 und ist daher für dieses Fallbeispiel mit sehr großem Abstand die klimafreundlichste Meetingform.

CO2 Einsparpotenzial durch Homeoffice im 1. Corona-Lockdown beträgt bis zu 760.000 Tonnen CO2

Borderstep betrachtete in einer weiteren Untersuchung, wie sich Homeoffice auf die Klimabilanz auswirkt. Ausgegangen wurde dabei von der Annahme, dass nur etwa 42 % der Erwerbstätigen in Deutschland aufgrund ihrer Tätigkeit überhaupt die Möglichkeit haben, im Home-Office zu arbeiten. Realistisch ist die Annahme, dass etwa 25 % dieser Personen während des Lockdowns (Mitte März bis Mitte Mai) im Homeoffice gearbeitet haben. Für diese Zeit liegt das CO2 Einsparpotenzial durch den Wegfall der Pendlerwege (je nach Anzahl der Arbeitstage im Home-Office) zwischen 150.000 bis zu 760.000 Tonnen.

Projekt WindNODE ist treibhausgas-neutral

Im Rahmen von „WindNODE – Das Schaufenster für intelligente Energie aus dem Nordosten Deutschlands“ erarbeiten 70 Projektpartner Lösungen für eine Welt, in der 100 Prozent des Energiebedarfs aus erneuerbaren Quellen gedeckt werden. Auch Borderstep ist Teil des Forschungsvorhabens.

Durch die Projektarbeit fallen jedoch CO2 Emissionen an. WindNODE hat nun einen neuen Weg beschritten und den CO2-Fußabdruck der Projektarbeit ermittelt. Und nicht nur das: Durch den freiwilligen Beitrag einiger Projektpartner wurden die verursachten Emissionen vollständig kompensiert.

CO2-Fußabdruck von WindNODE ermittelt

Im Dienste des Klimaschutzes forschen und durch diese Forschung CO2 emittieren – dieser Widerspruch ist für Forschungsprojekte im Hier und Heute leider noch unausweichlich. Denn nach wie vor arbeiten die Expertinnen und Experten in beheizten Büros und Laboren, benutzen Verkehrsmittel für ihre Dienstreisen und erzeugen somit durch die Projektarbeit CO2-Emissionen. Die Verantwortlichen des Verbundprojekts „WindNODE – Das Schaufenster für intelligente Energie aus dem Nordosten Deutschlands“ wollten deshalb wissen, wie groß der CO2-Fußabdruck – genauer: die Emissionen aller klimaschädlicher Gase, ausgedrückt in CO2-Äquivalenten (CO2-e) – des Projekts eigentlich war. Gemeinsam mit Siemens und der TU Berlin (Fachgebiet Energiesysteme) haben sie deshalb ein Verfahren zur Ökobilanzierung (Life Cycle Assessment, LCA) des Forschungsprojekts entwickelt.

Dafür hat die Mehrzahl der Verbundpartner an einer Datenerhebung teilgenommen und Personenarbeitsjahre, Dienstreisen, Materialaufwendungen und anderes mehr erfasst. Wie bei jeder solchen Betrachtung mussten dabei eine Reihe von Annahmen und Vereinfachungen getroffen werden. Die Größenordnung der relevanten Emissionen konnte jedoch zuverlässig bestimmt werden: WindNODE hat in etwa 1.106 Tonnen CO2-e verursacht.

Aktive Kompensation der angefallenen Emissionen

Doch natürlich konnte die Bestimmung des CO2-e-Fußabdrucks nur der erste Schritt sein: WindNODE sollte CO2-e-neutral werden, indem die angefallenen Emissionen aktiv kompensiert wurden. Hierfür wurde atmosfair als Partner gewonnen. Der laut Stiftung Warentest beste Kompensationsanbieter gleicht unvermeidlich angefallene CO2-e-Emissionen durch Klimaschutzmaßnahmen aus.

Markus Graebig, WindNODE-Gesamtprojektleiter: „Soweit wir wissen, haben sich bisher kaum Forschungsprojekte der selbstkritischen Frage nach ihrem CO2-Fußabdruck gestellt. Hierfür können unsere Arbeiten eine methodische Blaupause liefern. Wir empfehlen, Projekte von Anfang an möglichst emissionsarm zu planen und sodann die CO2-Bilanzierung in Zukunft zum regulären Teil von F&E-Projekten oder auch Klimakonferenzen zu machen. Dazu gehört auch, dass Kompensationsaufwendungen für unvermeidliche Emissionen Teil der Projektbudgets werden.“

Musterlösungen für das intelligente Energiesystem der Zukunft

WindNODE ist Teil des Förderprogramms „Schaufenster intelligente Energie – Digitale Agenda für die Energiewende“ (SINTEG) des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie. Es umfasst die sechs ostdeutschen Bundesländer inklusive Berlin und steht unter der Schirmherrschaft der MP der teilnehmenden Bundesländer. In WindNODE arbeiten mehr als 70 Partner über vier Jahre lang, von 2017 bis März 2021, gemeinsam an übertragbaren Musterlösungen für das intelligente Energiesystem der Zukunft. WindNODE zeigt ein Netzwerk flexibler Energienutzer, die ihren Stromverbrauch nach dem schwankenden Angebot von Wind- und Sonnenkraftwerken ausrichten können. Ziel ist es, große Mengen erneuerbaren Stroms ins Energiesystem zu integrieren und zugleich die Stromnetze stabil zu halten.

EU Projekt zu Cloud Computing abgeschlossen

Cloud Computing ist der Megatrend in der Computertechnik. Die Verlagerung von Daten und Anwendungen ins Internet bietet viele Vorteile. Sie hat jedoch Folgen für die Umwelt. Das zeigt eine aktuelle Studie des Borderstep Instituts und des österreichischen Umweltbundesamts.

Das Forschungsteam geht davon aus, dass durch Cloud Computing der europäische Energiebedarf der Rechenzentren bis 2025 auf über 90 Terawattstunden pro Jahr ansteigen wird. Das ist mehr als der gesamte Stromverbrauch Österreichs eines Jahres (75 Terrawattstunden im Jahr 2019).

Mehr Energieeffizienz durch nachhaltige Beschaffung

Wie kann die Energieeffizienz von Cloud Computing in Europa gesteigert werden? Und wie kann die öffentliche Beschaffung dazu beitragen? Das haben Borderstep und Umweltbundesamt im Auftrag der Europäischen Kommission analysiert.

Die Studie steht jetzt zum kostenfreien Download bereit. Mehr Informationen gibt es hier.

Hintergrund

Der Energiebedarf von Rechenzentren in den Mitgliedsstaaten der EU ist zwischen 2010 und 2018 stark gestiegen, von rund 54 auf rund 77 Terrawattstunden pro Jahr. Der Großteil dieses Bedarfs entsteht in Nord- und Westeuropa. Hier befinden sich die meisten Datenzentren in der EU. Cloud Computing ist im Jahr 2018 für 35% des Energiebedarfs der Rechenzentren verantwortlich. Bis zum Jahr 2025 wird dieser Anteil voraussichtlich auf 60% ansteigen.

Steigender Bedarf kompensiert Effizienzgewinne

Treiber des Energiebedarfs ist die Digitalisierung: konkret die zunehmende Verfügbarkeit und die verstärkte Nutzung von Cloud-Diensten. Der steigende Bedarf kompensiert deutlich die erheblichen Effizienzgewinne, die durch verbesserte Hardware, Software und Rechenzentrumsinfrastruktur erzielt werden.
Nach den Ergebnissen der Studie besteht die Möglichkeit, den Anstieg des Energiebedarfs der Rechenzentren zu bremsen. Durch Anstrengungen von Wirtschaft und Politik z.B. durch Einsatz von energieeffizienter Technik, durch Weichenstellungen in der Forschungs- und Entwicklungspolitik oder in der öffentlichen Beschaffung wäre es sogar möglich, den Energiebedarf bis 2030 wieder auf das Niveau von 2010 zu senken.

Empfehlungen für grünes Cloud Computing

Die Studie zeigt vielfältige Potenziale, wie Energie für Cloud Computing künftig noch besser genutzt werden kann. Ein gutes Beispiel ist die Softwareentwicklung für rechenintensive Anwendungen bei Simulationsrechnungen oder im Bereich der Künstlichen Intelligenz. Das Forschungsteam von Borderstep und Umweltbundesamt empfiehlt daher, technologische Innovationen in diesen Bereichen zu fördern.

Gleichzeitig raten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler zu mehr Transparenz bei der Energieeffizienz von Cloud Computing. Nur so können sich private Nutzer und Unternehmen in Europa bewusst für umweltfreundliche, digitale Dienste entscheiden. In der Studie wird außerdem empfohlen, entsprechende Richtlinien und Labels zu entwickeln, Anreize für umweltfreundliche Rechenzentren zu schaffen und den gesetzlichen Rahmen entsprechend anzupassen.

Energieeffizienz von Cloud Computing Services unterschätzt

Bei öffentlichen Ausschreibungen spielt die Energieeffizienz von Cloud Computing Services derzeit noch eine untergeordnete Rolle. Die Studie zeigt: Dieses Kriterium kann für Verwaltungen und Organisationen jedoch den Ausschlag geben, auf grünes Cloud Computing zu setzen. Schließlich werden auch in der Verwaltung diese Services immer stärker genutzt, z.B. bei der Analyse von Big Data im Gesundheitswesen.

Bis dato gibt es in Europa nur freiwillige Plattformen und Netzwerke, Leitlinien und Standards für grüne öffentliche Beschaffung von Cloud Computing. Umweltaspekte fehlen auch in den Roadmaps der EU-Mitgliedstaaten für die digitale Zukunft. Sie umfassen Internetzugang, Datensicherheit, Datenübertragung und Aufbau von Dateninfrastrukturen, klammern ökologische Aspekte aber aus.

Von Best Practice Beispielen lernen

Für die Studie gesammelte Best-Practice Beispiele zeigen, wie energie-effiziente Cloud-Computing Technologien in Zukunft aussehen könnten. Öffentliche und private Initiativen quer durch Europa verwenden beispielsweise effizientere Kühlsysteme für Rechenzentren, speisen Abwärme der Server ins Fernwärmenetz ein, bauen Rechenzentren in natürlich kühlen Gegenden oder versorgen diese mit erneuerbaren Energien. Die Studie „Energieeffizientes Cloud Computing“ schafft eine Grundlage, um eine nachhaltige Entwicklung auch im Bereich des Cloud Computings zu forcieren.

Wärmewende durch Künstliche Intelligenz

Klimaschutz im Rechenzentrum: Im neuen Borderstep-Projekt DC-HEAT (Data Centre Heat Exchange with AI-Technologies) wird untersucht, wie mittels künstlicher Intelligenz (KI) die Abwärme aus Rechenzentren künftig effizient genutzt werden kann.

Rechenzentren verbrauchten in Deutschland im Jahr 2019 etwa 15 Mrd. kWh Strom – mehr als die ganze Stadt Berlin. Dabei arbeitet der Server wärmetechnisch wie große Heizplatten – der Strom wird in den Rechenzentren in Wärme umgewandelt. Bisher verpufft diese Wärme jedoch meist ungenutzt in der Luft.

Am Beispiel des Rechenzentrumshotspots Frankfurt (Main) geht das Borderstep Institut nun ge-meinsam mit dem Energiereferat der Stadt Frankfurt (Main), dem SICP – Software Innovation Campus Paderborn der Universität Paderborn sowie den Unternehmen WestfalenWIND IT und Cloud&Heat neue Wege. Mit Hilfe von Künstlicher Intelligenz soll die Planung und der Betrieb von Rechenzentren zukünftig so optimiert werden, dass die Abwärme genutzt und die negativen Um-weltwirkungen der Rechenzentren minimiert werden.

Energiebedarf der Rechenzentren in Europa seit 2010 um 50 Prozent angestiegen

Rechenzentren benötigen zunehmend mehr Energie und Fläche. Nach aktuellen Berechnungen des Borderstep Instituts ist der Energiebedarf der Rechenzentren in Europa seit dem Jahr 2010 um mehr als 50 Prozent angestiegen. In Städten wie Frankfurt und Amsterdam bestehen bereits heute Schwierigkeiten, das weitere Wachstum der Branche technisch und organisatorisch zu bewältigen.

Insgesamt wird es zunehmend schwieriger, den für die Digitalisierung notwendigen Ausbau der Rechenzentren mit den Zielen nachhaltiger Stadtentwicklung zu vereinbaren. Zudem kann die von Rechenzentren abgegebene Wärme in Ballungsräumen ein Problem für das Stadtklima darstellen.

Abwärme aus Rechenzentren als alternative Wärmequelle

Andererseits ist der klimafreundliche Umbau der Wärmeversorgung eine der großen Herausforde-rungen der Zukunft. Öl und Gas als Energiequellen müssen hier auf Dauer ersetzt werden. Als al-ternative Wärmequellen stehen neben Solarthermie, Geothermie oder Biomasse insbesondere auch die Abwärme aus industriellen Prozessen oder aus Rechenzentren zur Verfügung.

„Die Abwärme aus Rechenzentren im Hotspot Frankfurt würde theoretisch ausreichen, um dort in Zukunft alle Wohngebäude zu heizen und mit Warmwasser zu versorgen“, führt Dr. Ralph Hinte-mann vom Borderstep Institut aus. „Auf dem Weg dahin sind aber noch viele technische, organisa-torische und wirtschaftliche Herausforderungen zu bewältigen. Künstliche Intelligenz stellt einen vielversprechenden Ansatz dar, die nutzbare Menge an Abwärme aus Rechenzentren sehr deutlich zu erhöhen“.

Ziel: Konzept für einen KI-Leuchtturm in Frankfurt (Main)

DC-HEAT hat zum Ziel, ein Konzept für einen KI-Leuchtturm zum Thema Abwärmenutzung aus Re-chenzentren in Frankfurt (Main) zu erarbeiten. Dazu werden zunächst in einem strukturierten Pro-zess die Entscheidungsprobleme im Themenfeld identifiziert, bei denen der Einsatz künstlicher Intelligenz eine deutliche Verbesserung bringen kann.

Die Forscher untersuchen hier z.B. Einsatzgebiete in der Wärmenetzplanung und Standortplanung für Rechenzentren, in der dynamischen Abstimmung von Wärmeangebot und -bedarfs sowie im Bereich der Einflüsse der Abwärme auf das Mikroklima der Stadt Frankfurt (Main).

Künstliche Intelligenz zur Reduktion von Abwärme

„Eine intelligente Kopplung von Erzeugern und Nutzern von Wärme ist mit vielen komplexen Ent-scheidungen verbunden“, kommentiert Dr. Gunnar Schomaker vom Software Innovation Campus Paderborn die Rolle der KI im Projekt. „Maschinelles Lernen kann dabei unterstützen, mit den viel-fältigen Einflüssen zum Beispiel in den Bereichen Energieverfügbarkeit, Umweltfaktoren, Nutzer-verhalten oder Betriebsführung umzugehen. Es wird eine spannende Herausforderung, in DC-HEAT die Potenziale der KI zur Abwärmenutzung aus Rechenzentren zu erforschen und insbesondere die automatisierte Anwendung zu erkunden.“

Das Projekt wird von einem breiten Partnernetzwerk getragen. Neben dem Energiereferat der Stadt Frankfurt (Main) und der Initiative Digitales Hessen unterstützen insbesondere der eco – Verband der Internetwirtschaft e.V. und das Netzwerk energieeffiziente Rechenzentren (NeRZ) das Projekt. Dieser Schulterschluss bietet beste Voraussetzungen für den Erfolg dieses internatio-nal sichtbaren Leuchtturmprojekts zum KI-Einsatz für die Nutzung von Abwärme aus Rechenzentren in Frankfurt (Main). Das Vorhaben  konzentriert sich auf Frankfurt (Main), da hier 40 Prozent der Großrechenzentren in ganz Deutschland angesiedelt sind. Es wird gefördert durch das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und nukleare Sicherheit (BMU) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages, im Programm „KI-Leuchttürme für Umwelt, Klima, Natur und Ressourcen“.

Partner

Borderstep Institut für Innovation und Nachhaltigkeit mit Unterstützung von Cloud&Heat Technologies GmbH

SICP – Software Innovation Campus Paderborn

WestfalenWIND IT

Assoziierte Partner

Netzwerk energieeffiziente Rechenzentren NeRZ

Digitales Hessen

Stadt Frankfurt am Main (Energiereferat)

eco-Verband der Internetwirtschaft