So will die Regierung Data-Center-Betreiber regulieren

Die weiter um sich greifende Digitali­sierung vieler Arbeits- und Lebens­bereiche, immer größer werdende Datenmengen und jetzt auch noch Generative AI: Viele Trends lassen den Bedarf an Rechen- und Speicherressourcen regelrecht explodieren. Immer mehr Server werkeln in den gigantischen Cloud-Rechenzentren von Amazon Web Services (AWS), Google, Microsoft und anderen. Die Chiphersteller kitzeln mit jeder neuen Produktgeneration mehr Leistung aus ihren CPUs und GPUs, um die wachsenden Performance-Ansprüche zu befriedigen.

Doch das alles hat seinen Preis. Auch wenn die Hersteller und RZ-Betreiber vehement darauf hinweisen, wie effizient ihre Produkte und Anlagen mittlerweile funktionierten, kann nichts darüber hinwegtäuschen, dass der absolute Energiehunger der weltweit betriebenen IT-Ressourcen Jahr für Jahr immer größer wird.

Vor allem die Large Language Models (LLMs) wie ChatGPT von OpenAI oder Google Bard sind echte Stromfresser. Die Zahl der Parameter, anhand derer solche KI-Modelle trainiert werden, geht in den dreistelligen Milliardenbereich. Dafür braucht es viele hundert Hochleistungs-GPUs. Wissenschaftlichen Schät­zun­gen zu­folge hat allein das Training von ChatGPT über 900 Megawattstunden verbraucht. Das entspricht in etwa dem Energieverbrauch von 300 deutschen Zwei-Personen-Haushalten in einem Jahr.

Data Center sind CO2-Schleudern

Zwar bemühen sich viele IT-Betreiber, ihre Anlagen mit Strom aus erneuerbaren Quellen zu betreiben. Das gelingt aber nur teilweise. Schätzungen zufolge ist der IT-Sektor für zwei bis vier Prozent der weltweiten Treibhausgasemissionen verantwortlich - Tendenz steigend. Damit wächst der Druck auf die Branche, nicht nur mit intelligenten Lösungen die Ökobilanzen ihrer Kunden zu verbessern, sondern auch selbst aktiv zu werden und ihren Footprint zu verkleinern.

Wie wichtig das ist, zeigen aktuelle Zahlen. Alle Bemühungen rund um den Globus, den Ausstoß klimaschädlicher Emissionen zu senken und damit den Klimawandel aufzuhalten, haben bisher wenig gebracht. Im Gegenteil: Die Menge an CO² und anderen Klimagasen, die die Menschheit in die Atmosphäre unserer Erde bläst, steigt weltweit immer weiter an. Das haben gerade erst wieder führende Wissenschaftler anhand aktueller Datenanalysen ermittelt.

Der Ausstoß an Treibhausgasen liege auf einem Allzeithoch und verursache eine beispiellose globale Erwärmung, schrieben Wissenschaftler im Fachmagazin "Earth System Science Data" erst Anfang Juni 2023. Rund 54 Milliarden Tonnen CO²-äquivalente Gase habe die Menschheit im vergangenen Jahrzehnt jedes Jahr im Durchschnitt ausgestoßen. Die Folge: Bis 2022 hat die dadurch verursachte Erd­erwärmung bereits ein Plus von 1,26 Grad Celsius im Vergleich zum vorindustriellen Zeitalter erreicht.

Und die Spirale dreht sich immer schneller. Die menschenverursachte Erwärmung der Erd­atmosphäre liegt laut den Wissenschaftlern derzeit bei 0,2 Grad Celsius pro Jahrzehnt - eine Rekordgeschwindigkeit im negativen Sinne. Geht es so weiter, dürfte die 2015 im Pariser Weltklimaabkommen getroffene Vereinbarung, den Temperaturanstieg unter der Marke von 1,5 Grad Erderwärmung zu halten, Makulatur sein.

Die Autoren sprechen von einem kritischem Jahrzehnt. Die vom Menschen verursachte globale Erwärmung habe ihren höchsten Stand in der Geschichte erreicht, und es sei zu erwarten, dass eine globale Erwärmung von 1,5 Grad Celsius innerhalb der nächsten zehn Jahre erreicht oder überschritten werde, lautet das Fazit der Wissenschaftler. Nur eine rasche und strikte Verringerung der Treibhausgasemissionen könne das Tempo der Erwärmung in den nächsten Jahren noch bremsen.

Es braucht mehr Anstrengungen für Effizienz

Es gibt viele Möglichkeiten, zum Klimaschutz beizutragen. Neben dem Energiesparen und dem Ausbau erneuerbarer Energiequellen geht es vor allem auch darum, Energie effizienter einzusetzen. Kürzlich erst hat die International Energy Agency (IEA) auf einer Konferenz im französischen Versailles die Nationen mit Nachdruck aufgefordert, ihre Anstrengungen in Sachen Energieeffizienz zu verstärken. Nur dann könne es noch gelingen, das 1,5-Grad-Ziel weiter im Blick zu behalten.

IEA-Direktor Fatih Birol verwies auf Erfolge im Bereich der Energieeffizienz. Die Länder, auf die mehr als 70 Prozent des weltweiten Energieverbrauchs entfallen, hätten seit Beginn der globalen Energiekrise viele neue oder verbesserte Maßnahmen auf den Weg gebracht. "Wir müssen nun einen höheren Gang einlegen und die Fortschritte in Sachen Energieeffizienz bis zum Ende dieses Jahrzehnts verdoppeln", forderte Birol.

"Was wir nicht haben, ist Zeit"

Die für regulatorische Maßnahmen verantwortliche Politik wird nach Einschätzung der IEA-Verantwortlichen eine entscheidende Rolle dabei spielen, ob die Welt Fortschritte beim sparsamen Energieeinsatz erzielen wird und wie schnell diese erreicht werden. "Was wir nicht haben, ist Zeit", warnte Jean-Pascal Tricoire, Chairman von Schneider Electric, in Versailles. "Wir können einfach nicht mehr Zeit verstreichen lassen, bis wir endlich die Kraft der Elektrifizierung und der digitalen Energieeffizienz-Technologien voll ausschöpfen."

Weltweit gibt es bereits jede Menge Regel­werke, die dabei helfen sollen. Der RePowerEU-Plan in Europa, der Inflation Reduction Act in den Vereinigten Staaten und Japans Initiative Green Transformation (GX) sind Beispiele dafür, wie politische Entscheidungsträger Anstrengungen unternehmen, Energieeffizienz auf allen Ebenen durchzusetzen.

Im Mittelpunkt steht dabei auch die energiehungrige IT-Welt. So setzt in Deutschland das Energieeffizienzgesetz (EnEfG) Regeln für den Betrieb von Rechenzentren und wird derzeit heiß diskutiert. Data Center verbrauchen noch immer zu viel Strom, und immer mehr Rechenzentren werden derzeit gebaut - in Deutschland und auch weltweit.

2022 belief sich der globale Bestand an Servern auf rund 85,6 Millionen Stück, berichtete vor kurzem der Digitalverband Bitkom. Im Jahr 2015 waren es nur 58,8 Millionen. Drei Prozent dieser Server stehen in Deutschland, sieben Jahre zuvor waren es mit 3,5 Prozent etwas mehr. Der größte Teil der Rechenboliden befindet sich in den USA und in China.

In Deutschland wird das Data-Center-Wachstum vor allem durch den zunehmenden Ausbau von Cloud Computing getrieben. Die Kapazitäten der entsprechenden Rechenzentren haben sich dem Bitkom zufolge in den vergangenen fünf Jahren nahezu verdoppelt: von 470 Megawatt (MW) Anschlussleistung im Jahr 2017 auf 880 MW im vergangenen Jahr. Aktuell machen Cloud-Rechenzentren 38 Prozent des Marktes aus. Auch der Edge-Rechenzentrumsmarkt kommt dem IT-Verband zufolge langsam in Schwung. Er bewegt sich mit einem Volumen von 101 MW Anschlussleistung im Jahr 2022 allerdings noch auf vergleichsweise niedrigem Niveau. Traditionelle Rechenzentren werden weiter betrieben, jedoch mit leichtem Abwärtstrend (2022: 1.360 MW).

Energiehunger der Data Center wächst

Insgesamt beziffert der Verband die Zahl der größeren Rechenzentren in Deutschland auf derzeit etwa 3.000. Dazu zählen Anlagen mit mehr als 40 Kilowatt (KW) IT-Anschlussleistung und mindestens zehn Server-Racks. Hinzu kommen zirka 47.000 kleinere IT-Installationen. Zusammen summieren sich die Rechenzentren in Deutschland auf eine IT-Anschlussleistung von insgesamt 2.341 MW, so der Bitkom. 2012 waren es nur 1.362 MW.

Auch der Strombedarf der hiesigen Data Center ist gestiegen. Lag der Verbrauch dem Verband zufolge im Jahr 2012 noch bei etwa elf Milliarden Kilowattstunden (kWh), waren es im vergangenen Jahr schon 18 Milliarden kWh. Zum Vergleich: Laut Bundesnetzagentur betrug der Stromverbrauch in Deutschland im vergangenen Jahr 483,9 Milliarden kWh. Der RZ-Sektor kommt damit auf einen Anteil von etwa 3,7 Prozent am deutschen Gesamtstromverbrauch. Tendenz steigend: Denn während der Stromverbrauch in Deutschland insgesamt sinkt - im vergangenen Jahr um 4,1 Prozent im Vergleich zu 2021 (504,5 TWh) - dürfte der Stromhunger der Data Center weiter wachsen, allen Effizienzbemühungen zum Trotz.

Dass die IT-Anlagen angesichts des rasant steigenden Compute-Bedarfs nicht noch mehr Strom verbrauchen, liegt in erster Linie an der verbesserten Effizienz der Rechen­zentren. Die Rechenleistung sei durch die Weiterentwicklung von Hard- und Software deutlich stärker gestiegen als der Bedarf an Energie, teilt der Bitkom mit. Die Effizienz der Rechenzentren habe sich in den vergangenen Jahren insgesamt um den Faktor sechs verbessert.

Trotz dieser enormen Leistung werden weitere Optimierungen folgen müssen. Das Energie­effizienzgesetz, das am 25. Mai 2023 erstmals im Bundestag diskutiert wurde und derzeit zur weiteren Beratung im Ausschuss für Klimaschutz und Energie liegt, setzt neue Leitplanken für den Betrieb von RZs in Deutschland. Das gilt vor allem für die größeren Anlagen ab einer Anschlussleistung von 50 beziehungsweise 200 KW. Schätzungen zufolge sind damit etwa 1.000 der rund 50.000 Rechenzentren in Deutschland von der geplanten Energie­regulierung betroffen.

Wird das EnEfG wie geplant verabschiedet, kommt Folgendes auf die Betreiber zu:

• Spätestens ab 2030 müssen alle größeren Rechenzentren eine Energieverbrauchseffektivität - die sogenannte Power Usage Effective­ness (PUE) - von 1,3 erreichen. Das bedeutet, dass der Stromverbrauch der Infrastruktur­anlagen beispielsweise für die Kühlung nicht mehr als 30 Prozent des Stromverbrauchs für die Informationstechnik, also Server- und Storage-Systeme ausmachen darf. Zur Einordnung: 2021 lag der durchschnittliche PUE-Wert deutscher Data Center bei 1,57. Doch gerade große Anlagen erreichen schon heute meist Effizienzgrade von 1,3 und besser.

• Ab 2027 müssen die Rechenzentren ihren Energiebedarf zu 100 Prozent mit nicht subventioniertem Strom aus erneuerbaren Energien decken.

• Neue RZ werden im EnEfG dazu verpflichtet, ihre Abwärme sinnvoll zu nutzen. Je nach Zeipunkt der Inbetriebnahme soll es unterschiedliche Stufen geben: Ab Juli 2026 müssen zehn Prozent der Abwärme genutzt werden. Findet die Inbetriebnahme ein Jahr später statt, sind es dann schon 15 Prozent, und ab Juli 2027 bis zu 20 Prozent. Dafür müsse aber sichergestellt sein, dass die neuen Data Center die Abwärme auch abgeben können, heißt es in dem Gesetzesentwurf. Dabei dürfe lang­fristig kein Standortnachteil für Deutschland entstehen.

• Bis zum Juli 2025 müssen Data Center ab einer Größenordnung von 50 KW ein Umweltmanagement-System einführen, mit dessen Hilfe sich Energieverbrauch und Effizienz messen und überprüfen lassen. Betreiber großer Anlagen ab 500 KW beziehungsweise 200 KW für Data Center, die im Auftrag öffentlicher Träger betrieben werden, müssen ihre Messsysteme von einer unabhängigen Prüfstelle zertifizieren lassen.

• Die Informationen aus diesen Umwelt­managementsystemen müssen jährlich an den Bund übermittelt werden, spätestens bis zum 31. März des Folgejahres. Geplant ist eine Art Energieeffizienz-Register, in dem alle relevanten Umweltdaten gesammelt werden.

• Data-Center-Betreiber, die ihre Ressorcen als Dienstleistung für Dritte anbieten, sind ab Anfang 2024 verpflichtet, ihren Kunden die ihnen zugeordneten Energieverbräuche transparent mitzuteilen.

Das EnEfG ist politisch umstritten, wie die Aussprache im Bundestag Ende Mai gezeigt hat. Katrin Uhlig (Bündnis 90/Die Grünen) bezeichnete das Gesetz als wichtigen Baustein der Energiewende. Damit setze die Bundes­regierung klare und realistische Ziele. "Der Markt kann nicht alles regeln", sagte Uhlig. Um die Energieeffizienz zu verbessern, brauche es einen regulatorischen Rahmen. Dieser schaffe letztendlich auch Planungssicherheit für die Unternehmen. "Natürlich erfordert die Umstellung Investitionen", so die Grünen-Politikerin. "Doch mittel- und langfristig können auch Kosten eingespart werden."

Bengt Berg von der SPD sekundierte Uhlig, indem er darauf hinwies, dass "clevere Unternehmerinnen und Unternehmer" längst von sich aus Maßnahmen zum Energiesparen ergriffen hätten, weil sie wüssten, dass dies notwendig sei. "Viele haben es begriffen - viele aber noch nicht", so Berg, der klare Vorgaben für die Wirtschaft ebenfalls richtig findet.

Thomas Gebhart aus den Reihen der CDU/CSU-Fraktion sagte: "Die Unternehmen haben sich angestrengt, es ist nicht so, als würden wir am Anfang stehen." Um weiter voranzukommen, brauche es vor allem marktwirtschaftliche Instrumente: "Wer mehr macht, muss mehr profitieren", so Gebhart. Der Gesetzentwurf der Ampelparteien passe nicht in die aktuelle Wirtschaftslage, kritisierte der Oppositions­politiker. Viele Unternehmen stünden ohnehin schon massiv unter Druck. "Das letzte, was wir brauchen, sind nationale Sonderwege und Extrahürden für einheimische Unternehmen."

In der ITK-Branche wird die neue Data-Center-Regulatorik mit gemischten Gefühlen gesehen. "Energie einzusparen, liegt im ureigensten Interesse der Rechenzentrumsbetreiber", sagte Bitkom-Hauptgeschäftsführer Bernhard Rohleder. Unternehmen könnten so ihre hohen Stromkosten reduzieren und einen Beitrag zum Klimaschutz leisten. "Je energieeffizienter und nachhaltiger Rechenzentren betrieben werden, desto besser ist der eigene ökologischer Fußabdruck und zugleich der Fußabdruck digitaler Lösungen und Anwendungen insgesamt."

Schmutziger Kohlestrom vermiest CO2-Bilanz

Um den ökologischen Footprint der deutschen Data Center war es zuletzt allerdings nicht gut bestellt. Das liegt aber nicht am Strom­verbrauch, sondern am zugrundeliegenden Energiemix, für den die Kohle immer noch eine wichtige Rolle spielt. Laut Bitkom sind in den Jahren 2012 bis 2020 die Treibhausgas-Emissionen deutscher Rechenzentren trotz des starken Zubaus von Kapazitäten nicht gestiegen. Lagen sie im Jahr 2012 noch bei 6,5 Millionen Tonnen CO², so belief sich dieser Wert 2020 auf etwas weniger, nämlich 6,4 Millionen Tonnen. Doch wegen des gestiegenen Anteils von Kohle am deutschen Energiemix sind die CO²-Emissionen der RZs in den vergangenen zwei Jahren sprunghaft auf 7,4 Millionen Tonnen im Jahr 2021 und auf 7,8 Millionen Tonnen in 2022 nach oben geschossen.

Die Pläne der Bundesregierung, wonach deutsche Rechenzentren ab 2027 zu 100 Prozent mit Ökostrom betrieben werden sollen, sind aus Sicht Rohleders illusorisch. "Bis dahin ist die Energiewende in Deutschland nicht umgesetzt und es ist schlicht nicht ausreichend Strom aus regenerativen Quellen verfügbar", sagt der IT-Lobbyist und klagt über sich verschlechternde Standortbedingungen. Andere europäische Länder würden deutlich geringere Stromkosten ermöglichen. Ende 2022 hätten Industriekunden in Deutschland mit einer Leistungs­aufnahme von fünf MW - und damit auch Rechenzentren dieser Größenordnung - durchschnittlich 24,6 Cent pro kWh zahlen müssen. In Frankreich habe ein vergleichbares Rechenzentrum lediglich 13,5 Cent veranschlagen müssen, 18 Cent in den Niederlanden oder 16 Cent in Schweden. Für das Jahr 2023 erwartet der Bitkom eine Mehrbelastung der deutschen Rechenzentren durch die gestiegenen Strompreise von etwa 1,8 Milliarden Euro.

Auch an dem Gebot, dass neue Data-Center-Anlagen ihre Abwärme sinnvoll einer weiteren Nutzung zuführen sollen, entzündet sich Kritik. "Was wir brauchen, ist ein realistischer Voraussetzungskatalog für Abwärme-Projekte, der standortspezifische Analysen zur Machbarkeit einbezieht", sagt Béla Waldhauser, Sprecher der vom eco - Verband der Internetwirtschaft gegründeten Allianz zur Stärkung digitaler Infrastrukturen.

Die bisher realisierten Abwärme-Projekte in Deutschland liegen dem eco zufolge deutlich unter der Zehn-Prozent-Schwelle. Zudem blieben im jetzigen Entwurf des EnEfG saisonale Schwankungen zwischen Sommer- und Winterbedarf von Abwärme unberücksichtigt. Auch sei bislang ungeklärt, wie in Fällen zu verfahren ist, in denen weder ein Wärmenetz in räumlicher Nähe noch potenzielle kommunale Abnehmer vorhanden sind. "Wenn Rechenzentren nur noch in der Nähe von Abwärmeabnehmern gebaut werden dürften, ignoriert der Gesetz­geber weitere wichtige Standortfaktoren und schränkt digitale Infrastrukturen - die nun einmal das Fundament einer leistungsfähigen Digitalisierung bilden - unnötig, aber massiv ein", heißt es in einer Mitteilung des Verbands.

Aus Sicht der eco-Verantwortlichen ist der derzeit vorliegende Gesetzentwurf nicht tragbar. Er stelle eine existenzielle Bedrohung für den Neubau von Rechenzentren dar, und gefährde nicht nur den Rechenzentrumsstandort Deutschland, sondern auch die Grundlage für Digitale Souveränität, die Digitalisierung von Wirtschaft und Verwaltung sowie den Ausbau der Telekommunikations-Infrastruktur.

Auch die Bitkom-Verantwortlichen warnen vor einer strengen Regulierung, da in der Folge weniger Rechenzentren in Deutschland gebaut werden dürften. Auch hohe Strompreise und das begrenzt verfügbare Angebot regenerativ erzeugten Stroms könnten sich negativ auf den hiesigen Data-Center-Markt auswirken.

Der Energieverbrauch muss runter

An anderer Stelle sieht man weniger pessimistisch in die Zukunft. Das Umweltbundesamt, die Deutsche Unternehmensinitiative Energieeffizienz (DENEFF), Germanwatch e.V., das Institut für Energiewirtschaft und Rationelle Energieanwendung (IER) der Universität Stuttgart, ÖkoInstitut e.V. und das Umweltinstitut München e.V. begrüßen den EnEfG-Entwurf. Schließlich gebe es keine Zweifel daran, dass zum Erreichen der Klimaschutzziele eine drastische Minderung des Endenergieverbrauchs notwendig sei.

Durch das Sichtbarmachen relevanter Informationen zur Energieeffizienz von Rechenzentren könne der Ausstoß von Treibhausgasen in Deutschland und auch europaweit gesenkt und der Wettbewerb um energieeffiziente Dienstleistungen gestärkt werden, heißt es in einer Mitteilung der Befürworter. Die so geschaffene Transparenz biete Vorteile für RZ-Betreiber, Kunden, Kontrollbehörden und den Gesetz­geber. Zudem würden viele der Regelungen bereits durch die überarbeitete Europäische EED-Richtlinie (Energy Efficiency Directive) EU-weit vorgegeben und durch das EnEfG nur frühzeitig in deutsches Recht umgesetzt.

Mehr Wettbewerb um effiziente Data Center

Das Gesetz schaffe einen standardisierten Rahmen, innerhalb dessen Marktteilnehmer ihre eigene Effizienz beurteilen und mit den Leistungen der Marktbegleiter vergleichen könnten. Klimaschützer setzen auf einen Wettbewerb um energieeffiziente RZ-Dienstleistungen. Die Bemühungen von Betreibern, besonders effizient und klimafreundlich zu arbeiten, würden damit sichtbar gemacht und stellten einen Wettbewerbsvorteil dar, der gerade auch für Investoren, die sich für nachhaltige Produkte, Dienstleistungen und Geldanlagen interessierten, relevanter werde.

Nicht zuletzt profitierten auch die Kunden, die Data-Center-Leistungen einkaufen, von dem neuen Gesetz. Mithilfe der durch das EnEfG geschaffenen Transparenz werde es künftig möglich sein, als privater, öffentlicher oder unternehmensseitiger Einkäufer die Rechen­zen­tren zu bevorzugen, die einen möglichst geringen CO²-Fußabdruck hinter­lassen.

Börsennotierte Unternehmen sind schon heute dazu verpflichtet, die durch ihre Lieferanten verursachten CO²-Emissionen zu bilanzieren und in ihrer nachhaltigkeitsbezogenen Berichterstattung ("Corporate Social Responsibility Reporting") auszuweisen. Durch das EnEfG wird dieser Nachweis zukünftig auch bei RZ-Dienstleistungen möglich.

Und vielleicht hilft es in der ganzen aufge­heizten Diskussion, auch einmal auf unser eigenes Gehirn zu schauen und sich die eine oder andere Anregung zu holen, wie IT funk­tionieren könnte. Unser Brain ist nämlich mit 86 Milliarden Neuronen und 100 Billionen synaptischen Verschaltungen viel komplizierter und größer als jedes Large Language Model (LLM). Trotzdem verbraucht es nur zwischen 20 und 50 Watt.

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