Erneubare Energien für Rechenzentren
Wie Rechenzentren trotz KI-Boom klimaverträglich betrieben werden können
Rechenzentren verbrauchen weltweit rund siebenmal so viel Strom wie die gesamte Schweiz – und durch künstliche Intelligenz wird sich dieser Bedarf bis 2030 mehr als verdoppeln. Diese Diplomarbeit zeigt, welche erneuerbaren Energien, Versorgungsmodelle und Kühlkonzepte den Betrieb nachhaltig machen, und belegt mit einem Mini-Rechenzentrum auf Raspberry-Pi-Basis: Der Standort und sein Strommix entscheiden stärker über die Klimawirkung als jede Effizienzsteigerung.
Ausgangslage
Im Jahr 2024 verbrauchten Rechenzentren weltweit rund 415 Terawattstunden Strom, in der Schweiz rund 2,1 Terawattstunden oder 3,6 Prozent des Landesverbrauchs. Treiber des Wachstums ist künstliche Intelligenz: 2025 stieg der Verbrauch KI-fokussierter Rechenzentren um 50 Prozent. Gleichzeitig verändert KI das Lastprofil – grosse, schnelle Leistungsschwankungen stellen neue Anforderungen an die Stromversorgung.
Vorgehen
Die Arbeit analysiert Wasserkraft, Photovoltaik, Windenergie und Geothermie hinsichtlich ihrer Eignung für den 24-Stunden-Betrieb, vergleicht Versorgungsmodelle wie Power Purchase Agreements und Energiespeicher und untersucht Kühlkonzepte von der Luft- bis zur Immersionskühlung. Praxisbeispiele aus der Schweiz, darunter Rechenzentren in Genf, Luzern und Gais, zeigen, wie nachhaltiger Betrieb heute bereits umgesetzt wird.
Praktischer Teil
Für den praktischen Teil wurde ein Mini-Rechenzentrum mit zwei Raspberry Pi, Messsteckdosen und Temperatursensoren konzipiert und implementiert. Es erfasst IT- und Kühlleistung getrennt und berechnet daraus die Kennzahlen PUE und CUE nach der Norm DIN EN 50600 – für den Strommix verschiedener Länder.
Zentrale Erkenntnis
Ein identischer Serverraum verursacht in Indien rund fünfzehnmal mehr CO₂ als in der Schweiz. Selbst ein Serverraum in Deutschland, der auf den gesetzlichen Bestwert für Effizienz optimiert ist, erzeugt noch rund siebenmal mehr Emissionen als ein durchschnittlich effizienter Serverraum in der Schweiz. Die verbreitete Kennzahl PUE bildet diesen Unterschied nicht ab – erst die CO₂-Kennzahl CUE macht die Klimawirkung sichtbar.
Empfehlungen
Betreiber sollten neben dem PUE auch CUE und Wasserverbrauch ausweisen, erneuerbaren Strom aus neuen Anlagen beziehen, Kühlung und Abwärmenutzung von Beginn an mitplanen und den Standortvorteil der Schweiz mit ihrem sauberen Strommix gezielt nutzen.
Sidar Denli
Diplomarbeit als PDF
Die vollständige Diplomarbeit mit allen Analysen, Grafiken und der Dokumentation des Mini-Rechenzentrums zum Herunterladen.
