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Da Rechenzentren einen immer größeren Teil der weltweiten Energie verbrauchen, müssen sie bei ihren Plänen für eine Netto-Null-Stromversorgung umweltfreundlichere Formen der Notstromerzeugung in Betracht ziehen. Kohlenstoffarmer Wasserstoff als Energiespeichermedium könnte die Antwort sein.

Wenn wir im Internet surfen oder in den sozialen Medien posten, denken wir selten darüber nach, was das an Energiekosten verursacht. Aber die Rechenzentren, die unsere Online-Aktivitäten verarbeiten, sind gefräßige Stromverbraucher. Da ihre Zahl und Kapazität zunimmt, wird ihr Verbrauch wahrscheinlich noch weiter steigen.

Die meisten Betreiber von Rechenzentren haben sich der Dekarbonisierung verschrieben und streben einen Weg zum Netto-Nullverbrauch an. Die meisten Rechenzentren nutzen bereits Strom aus erneuerbaren Energien für ihre primäre Stromversorgung, indem sie Stromabnahmeverträge abschließen. Die Standardlösung für die Stromerzeugung während der Wartungszeiten (und der extrem seltenen Stromausfälle) ist jedoch nicht so kohlenstoffarm. Wenn sie das Stromnetz abschalten müssen, schalten Rechenzentren ihre Dieselgeneratoren vor Ort ein.

In einer Zukunft, in der Netto-Null-Emissionen angestrebt werden, ist der schrittweise Verzicht auf Diesel und andere Kohlenwasserstoffe unumgänglich. Folglich müssen Rechenzentren nach einer nachhaltigen Backup-Lösung suchen - einer Lösung, die Emissionen nicht nur während der jährlichen Routinewartung und -prüfung, sondern auch im unwahrscheinlichen Fall eines Ausfalls des Stromnetzes beseitigt. Unsere Untersuchung der wichtigsten Alternativen bestätigt das Potenzial von Wasserstoff, in einer kohlenstoffarmen Zukunft für Rechenzentren eine Rolle zu spielen - insbesondere kohlenstoffarmer Wasserstoff zur Energiespeicherung.

Das Wasserstoffversprechen

Wasserstoff verbrennt ohne Kohlenstoffemissionen. Er wird bereits als Brennstoff in der industriellen Produktion eingesetzt, und neue Technologien für die kohlenstoffarme Wasserstoffproduktion und Stromerzeugung sind in der Entwicklung. Wasserstoff ist eine Lösung für die mittelfristige Zukunft. Die Einführung von Wasserstoff in Rechenzentren wäre eine Herausforderung: Viele von ihnen würden täglich mehrere Tankwagen mit Wasserstoff benötigen, um ihren Betrieb bei einem Netzausfall aufrechtzuerhalten. Die Speicherung von Wasserstoff vor Ort in Form von komprimiertem Gas würde einen großen Platzbedarf erfordern; seine Speicherung in flüssiger Form würde erhebliche zusätzliche Energie erfordern.

Die Rentabilität von Wasserstoff wird jedoch in den kommenden Jahren stark zunehmen, wenn die Transport- und Speichertechnologien weiterentwickelt und eingeführt werden. In dem Maße, in dem die Länder ihre Wasserstoffstrategien entwickeln, wird es wahrscheinlich billiger werden, ihn in großem Maßstab einzusetzen, so dass die Investitionskosten für die Umstellung der Rechenzentren sinken werden.

Kurzfristige Alternativen

Kurzfristig stellen einige Rechenzentren auf Biokraftstoff-Alternativen zu Diesel um, um ihre Turbinen vor Ort anzutreiben, vor allem hydriertes Pflanzenöl (HVO). HVO hat eine ähnliche chemische Zusammensetzung wie Diesel und erfordert nur geringe oder gar keine Anpassungen der Ausrüstung. Es kann bis zu zehn Jahre lang gelagert und verwendet werden und erfordert im Gegensatz zu Dieselkraftstoff, für den Poliersysteme erforderlich sind, um den gelagerten Kraftstoff über einen ähnlichen Zeitraum zu erhalten, eine weniger anspruchsvolle Wartung vor Ort. Außerdem können die Emissionen um bis zu 90 % reduziert werden. Gegen die Verwendung von HVO spricht vor allem, dass die bevorzugte Quelle für die Herstellung von HVO Palmöl ist, das bekanntermaßen zu einer schlechten Land- und Waldbewirtschaftung beiträgt, und einige Länder und Hersteller haben sich inzwischen verpflichtet, Palmöl aus ihren Produkten zu verbannen.

Es gibt weitere Alternativen zu Diesel, wie z. B. Druckluftspeicher (CAES), Schwungrad-Energiespeicher (FES) und Batteriespeichersysteme. Jede dieser Optionen birgt Herausforderungen und Chancen für Rechenzentren. Die Umstellung auf eine palmölfreie HVO bietet Betreibern die Möglichkeit, ihre Emissionen mit minimalen zusätzlichen Investitionen in die Ausrüstung sofort zu reduzieren. Es handelt sich jedoch nicht um eine langfristige Lösung, sondern eher um eine Zwischenlösung, während die Wasserstoff-als-Kraftstoff-Industrie ihre rasante Entwicklung fortsetzt.

Einführung von Wasserstoff

Wie genau würde die Stromerzeugung auf Wasserstoffbasis funktionieren? Wir stellen uns ein Modell vor, bei dem Wasserstoff als Energiespeicher verwendet wird. Während Wasserstoff industrielle Prozesse und Nutzfahrzeuge antreiben könnte, würden große Energieverbraucher wie Rechenzentren den gespeicherten Wasserstoff zur Stromerzeugung nutzen.

Dazu müssten die Betreiber von Rechenzentren in Anlagen zur Stromerzeugung investieren, die mit dem neuen Brennstoff betrieben werden können. Gegenwärtig ist die Lieferkette der Industrie dabei, Wasserstoffturbinen zu entwickeln, die 100 % Wasserstoff effektiv nutzen können, und zwar in einer Größenordnung, die für robuste Standby-Konfigurationen in Rechenzentren geeignet sein könnte. Zu den erwarteten Entwicklungen gehört die Einführung von Turbinen mit höherer Kapazität im Laufe des nächsten Jahrzehnts. Darüber hinaus könnte die Erforschung von Alternativen, wie z. B. die Einbeziehung von Wasserstoffderivaten wie Ammoniak in Verbrennungsturbinen oder die Entscheidung für die Stromerzeugung durch Brennstoffzellen anstelle der Verbrennung, potenzielle Wege für einen breiten Einsatz in Rechenzentren aufzeigen.

Ein mögliches Modell könnte darin bestehen, dass Rechenzentren ihren eigenen Wasserstoff produzieren, indem sie überschüssigen Strom aus erneuerbaren Energien nutzen, um mit Hilfe eines kleinen Elektrolyseurs vor Ort kohlenstoffarmen Wasserstoff zu erzeugen. Dieser würde dann in einer Anlage im Besitz des Rechenzentrumsbetreibers gespeichert und bei Bedarf zur Stromerzeugung herangezogen. Überschüssiger Wasserstoff könnte möglicherweise auf den Markt exportiert werden und eine Einnahmequelle darstellen.

Das Hub-Modell

Betreiber von Rechenzentren, die sich für den Zukauf von Wasserstoff entscheiden, anstatt ihn selbst zu produzieren, müssen bei der Standortwahl neue Überlegungen anstellen. Heute richtet sich die Standortwahl nach der Verfügbarkeit von Glasfaseranschlüssen und Stromversorgung. Künftig könnten sich Rechenzentren, die Wasserstoff über eine Pipeline beziehen, in der Nähe von Produktionsanlagen oder kohlenstoffarmen "Wasserstoff-Hubs" ansiedeln, um die Transportkosten zu senken.

Diese Hubs, die überschüssige Energie zur Herstellung von kohlenstoffarmem Wasserstoff nutzen würden, werden wiederum in der Nähe von Anlagen zur Erzeugung erneuerbarer Energien angesiedelt sein. Solange Wasserstoff nicht über Pipelines geliefert wird, könnte der Sektor der dekarbonisierenden Rechenzentren aus den traditionellen Industrieparks in die Nähe von Solar- und Windparks abwandern.

Im Vereinigten Königreich könnte die Nachfrage der dekarbonisierenden Rechenzentrumsbranche nach Wasserstoff-Hubs in den kommenden Jahren den Ausschlag dafür geben, dass sie für größere Investitionen rentabel genug werden und die Wasserstoffrevolution als Teil des umfassenderen Netto-Null-Energie-Ökosystems vorantreiben. Die Umstellung von Rechenzentren auf Wasserstoff könnte nicht nur zur Dekarbonisierung des Sektors beitragen, sondern auch zu einer viel breiteren Akzeptanz dieses kohlenstoffarmen Brennstoffs.

Der Artikel basiert auf Beiträgen von Thomas Shaw mit Unterstützung von Andrew Clough, Simon Todd und Mike Copson.