Rechenzentren: Abwärme soll Wohnungen heizen

Der Wind zersaust Michael Nicolais Haare. Der Geschäftsführer des Rechenzentrums Telehouse geht an Reihen aus Metallschränken vorbei. Die Server darin versenden Mails, speichern Fotos, stellen Streaming bereit. Sie laufen nicht nur, sie laufen heiß. Damit sie nicht überhitzen, bläst die Kühlanlage die warme Luft aus den Serverschränken hinaus und kalte von unten hinein. Nicolai bekommt den heißen Schwall wie vor einem Ganzkörperföhn ab. „Angenehme 35 Grad“, sagt er. Mit der heißen Luft hat er Großes vor. Sie soll ab Herbst 1300 Wohnungen auf der gegenüberliegenden Straßenseite heizen.

Das macht das Rechenzentrum im Frankfurter Gallus zu einem Vorreiter. Kaum ein anderes in Deutschland ist so weit bei der Umsetzung – auch wenn viele der mehr als 500 Rechenzentren in Deutschland ähnliche Pläne haben. Von Juli an müssen alle neu gebauten Rechenzentren mindestens zehn Prozent ihrer Abwärme nutzbar machen, vor allem dadurch, dass sie diese in das Wärmenetz einspeisen, damit Wohnungen beheizen und warmes Wasser bereitstellen. Bis Mitte 2028 soll dieser Wert auf 20 Prozent steigen. So will es das Energieeffizienzgesetz. Die Hitze, sozusagen ein Abfallprodukt, soll nutzbar gemacht werden. Doch noch stehen die Betreiber vor Hürden.

Alleine das Telehouse Rechenzentrum verbraucht so viel Strom wie Zehntausende Haushalte. Die Tendenz ist steigend. Derzeit wird ein neues Gebäude fertiggestellt – das sechste auf dem 50.000 Quadratmeter großen Areal. Auch dieses wird zehn Prozent seiner Abwärme nutzbar machen müssen. Der Betonklotz mit Wellblechverkleidung steht bereits, um ihn herum ist noch offener Schotterboden, liegen Absperrbänder und Kabel. „Unsere Kunden sind trotzdem schon im Gebäude und bauen ihre Server auf“, sagt Nicolai. Telehouse betreibt wie die meisten Rechenzentren in Deutschland keine eigenen Rechner, sondern vermietet Platz an Unternehmen. Die gesamte Fläche sei bereits vermietet gewesen, bevor das Gebäude gestanden habe. Zwei weitere sollen auf dem Gelände entstehen. „Die Nachfrage ist riesig“, sagt Nicolai.

Wärmeenergie aus Rechenzentren verpufft ungenutzt

Auf der ganzen Welt werden immer mehr Rechenzentren gebaut. Die meisten hierzulande stehen in Frankfurt. Sie benötigen bereits so viel Strom wie ganz Hamburg. In Deutschland verbrauchten Rechenzentren im Jahr 2024 vier Prozent des Stroms. Weltweit waren es laut Internationaler Energieagentur 1,5 Prozent, der Anteil an den Kohlendioxid-Emissionen lag bei einem Prozent. Bis 2030 könnte sich der Strombedarf Schätzungen zufolge verdoppeln, was dem heutigen Bedarf der Industrienation Japan entspräche. Dieser Anstieg ergibt sich aus dem Wachstum Künstlicher Intelligenz, die bis 2030 fast die Hälfte des Stromverbrauchs von Rechenzentren ausmachen könnte.

Die Abwärme ist zu kalt für das Fernwärmenetz

Denn was in der Theorie sinnvoll klingt, ist in der Praxis schwer umzusetzen, weil die Infrastruktur fehlt. Es mangelt an Wärmenetzen, in die die Abwärme eingespeist werden kann. Zudem liegen Rechenzentren oft in Industriegebieten. Um in Wohngebiete gelangen zu können, müsste die Abwärme durch Fernwärmenetze. Doch die arbeiten laut dem Energieeffizienzverband AGFW meistens mit Temperaturen von über 90 Grad Celsius. Da reichen die „angenehmen 35 Grad“ der Abluft aus den Serverschränken nicht aus. „Damit können lediglich Fußbodenheizungen über das Nahwärmenetz versorgt werden“, sagt der Wirtschaftsinformatiker Oliver Müller, der an der Universität Paderborn zu Abwärmenutzung forscht.

Für Warmwasser oder Fernwärme muss die Serverluft mit einer Wärmepumpe erhitzt werden. Das wäre trotzdem energieeffizienter, als diese gar nicht zu nutzen, weil die Abwärme aus Rechenzentren konstant hoch ist. Das sorgt im Vergleich zu Wärmepumpen, die Umgebungstemperaturen nutzen, vor allem im Winter für eine höhere Effizienz. Dass Rechenzentren über das gesamte Jahr Abwärme produzieren, ist aber auch eine Hürde. Denn die Wärmenachfrage ist im Sommer deutlich geringer. „Wärmespeicher könnten Abhilfe schaffen“, sagt Müller.

Infrastruktur in Schweden besser als in Deutschland

Zwar ist geplant, Wärmenetze weiter auszubauen. Doch selbst dann würde die Abwärme aus Rechenzentren nach den aktuellen Plänen der Bundesregierung nur wenige Haushalte erreichen. Bis zum Jahr 2035 dürfte sie insgesamt 300.000 Wohnungen mit Wärme versorgen, wie in einem Gutachten für das Bundeswirtschaftsministerium nachzulesen ist. Das entspricht gerade mal einem Zwanzigstel des derzeitigen Energieverbrauchs deutscher Rechenzentren. In anderen Ländern ist man weiter. In Stockholm sind bereits über 30 Rechenzentren an das 3000 Kilometer lange Fernwärmenetz angeschlossen. Zum Vergleich: In Frankfurt ist das Wärmenetz 400 Kilometer lang.

Eine weitere Hürde liegt in der Infrastruktur des Rechenzentrums selbst. Die Server müssten mit Wasser gekühlt werden, damit man die Energie ins Wärmenetz bringen kann. Die meisten Rechenzentren kühlen ihre Server jedoch mit der günstigeren Luftkühlung. Die Kosten für einen Umbau auf Wasserkühlung und Anschluss ans Wärmenetz amortisieren sich groben Schätzungen zufolge im Schnitt erst nach zehn Jahren.

Per Rohr aus dem Rechenzentrum ins Wohngebiet

In seinem Büro erklärt Nicolai, wie sie es im Frankfurter Gallus schaffen wollen, ihre Abwärme nutzbar zu machen. „Wir erwärmen mit der warmen Luft Wasser“, sagt er und zeichnet drei Blasen auf einen Zettel: seine Server, das Wohnviertel auf der anderen Straßenseite, dazwischen ein Wärmetauscher. Nicolai verbindet die Blasen jeweils mit zwei Strichen. Die warme Luft strömt durch ein Rohr zum Wärmetauscher. Er erwärmt damit Wasser, die abgekühlte Luft strömt durch das andere Rohr zurück zum Server. Das warme Wasser wird ins Wärmenetz geleitet, wo es sich ebenfalls abkühlt und danach zum Wärmetauscher zurückfließt. Der Wärmetauscher war ohnehin eingebaut, weil er die Kühlung effizienter macht. Michael Nicolai ist Physiker. Er weiß, wie wertvoll Energie ist: „Es tut mir schon im Herzen weh, wenn jemand abends sein Licht im Büro anlässt.“

Doch das ist nicht der einzige Grund, warum Telehouse so weit ist. „Wir hatten einfach Glück, dass ein Neubaugebiet direkt vor unsere Nase gebaut wurde“, sagt Nicolai. Auch das lokale Nahwärmenetz sei bereits vorhanden gewesen. Es besteht aus einem rund 50 Meter langen Rohr, das sich von Metallsäulen getragen rund vier Meter über dem Boden durch das Gelände des Rechenzentrums schlängelt, die Straße wie eine Brücke überquert und auf der anderen Seite im Boden verschwindet. Im Rechenzentrum endet das Rohr noch zugeschweißt im Nichts. Wenn die Heizperiode beginnt, wird es an das Kühlsystem angeschlossen. „Das ist schnell gemacht“, sagt Nicolai.

Genug Energie für 1300 Wohnungen

Von den dreistelligen Gigawattstunden, die das Rechenzentrum benötigt, kann es während der Heizperiode 1,8 Megawatt als Wärmeleistung an die gegenüberliegenden 1300 Neubauwohnungen liefern. Mehr wird nicht benötigt. Im kommenden Jahr soll eine andere nahegelegene Siedlung weitere 1,8 Megawatt abnehmen, künftig soll ein großes Fernwärmeprojekt folgen. Insgesamt will das Rechenzentrum so 15 Megawatt in Form von Abwärme zur Verfügung stellen.

Dass Abwärme nicht großflächig genutzt wird, wird das Energieeffizienzgesetz kaum ändern. Denn es hat ein Schlupfloch: Haben Wärmeversorger vor Ort kein Interesse an der Abwärme, entfällt die Pflicht. In der Praxis wird es laut Ralf Hintemann vom Borderstep Institut deshalb zunächst darauf hinauslaufen, dass Betreiber von Rechenzentren der Pflicht häufig nicht nachkommen müssen, weil die Abwärme nicht abgenommen werden kann. Dabei wäre ein wirksames Gesetz gerade jetzt notwendig, wo so viele neue Rechenzentren erbaut werden. Sie hinterher abwärmegerecht umzubauen, sei schwieriger.

Kühlflüssigkeit greift Energie direkt an KI-Chips ab

Statt Rechenzentren lediglich Werte für die Nutzung von Abwärme vorzuschreiben, müssten Bundesregierung und Kommunen Wärmenetze stärker ausbauen und Betreibern Anreize für Investitionen liefern. Die Abwärmenutzung müsste zu einem Faktor bei der Standortwahl werden. „Möglich ist auch, Industrien mit der Serverwärme zu versorgen, wie zum Beispiel Recyclinganlagen, die Plastik mit warmer Luft trocknen“, sagt Oliver Müller.

Ausgerechnet die Technologie, die den Energieverbrauch von Rechenzentren in die Höhe schnellen lässt, könnte zudem die Abwärmenutzung beschleunigen: Künstliche Intelligenz. Ihre Server müssen über das sogenannte „Direct Liquid Cooling“ gekühlt werden können. Dabei läuft Kühlflüssigkeit direkt an den Chips entlang, wodurch man Temperaturen von bis zu 60 Grad Celsius abführen und nutzen kann.

Zudem soll KI die Abwärmenutzung künftig optimieren. Hintemann und Müller haben in dem Forschungsprojekt DC2HEAT ein System entwickelt, das das Rechenzentrum mitsamt seiner nachgelagerten Infrastruktur virtuell nachbildet. „So können wir errechnen, wie Rechenzentren mit den geringsten notwendigen Investitionen am meisten Abwärme nutzbar machen können“, sagt Müller.

Die KI berücksichtigt Daten wie Wetter, aktuelle Energiepreise und Serveraktivitäten. Sie simuliert Szenarien, bei denen klassische Algorithmen an ihre Grenzen kommen. Wenn das Wohngebäude zum Beispiel eine PV-Anlage hat, ist es günstiger, das Haus mit Sonnenenergie zu heizen, wenn für den nächsten Tag Wolken vorhergesagt sind. Die Abwärme aus dem Rechenzentrum wird dann in einen Wärmespeicher geleitet, um die Wohnungen am Folgetag zu heizen. Ähnlich funktioniert es, wenn die Server für Behörden rechnen, die pünktlich um 17 Uhr Feierabend machen. Die Abwärme wird dann für die Nutzung am Abend gespeichert. Wenn die Rechner vor allem Streaming bereitstellen, kann die Abwärme wiederum direkt genutzt werden. So könnte man, rechnet Müller vor, bis zu 20 Prozent mehr Abwärme nutzen. Noch ist dies ein reines Forschungsprojekt. Langfristig aber soll die KI in den Betrieb eingreifen. Auch Telehouse will derartige Technologie einsetzen.

Nicolai schaut aus seinem Büro auf die fünfstöckige Häuserreihe gegenüber, die so weit ist, dass sie sich über sein gesamtes Sichtfeld ausdehnt. „Für viele ist das Internet eine abstrakte Cloud“, sagt er. Kein Energiefresser, geschweige denn ein Energielieferant. Befragt man die Anwohner auf der Straße, wissen viele nicht, dass sie aus ihren Küchenfenstern auf ein Rechenzentrum blicken. Dabei werden ihre Wohnungen künftig mit der Energie beheizt, die sie beim Mails versenden, Fotos hochladen und Streamen verursachen.