Mit dem Erfolg des Internets kam auch der Aufstieg von Rechenzentren. Sie verarbeiten, verteilen und sichern große Datenmengen und füllen riesige Gebäude mit ihren Servern, Speichern und einer Menge Kabelsalat. 

Rechenzentren ermöglichen uns das Streamen unserer Lieblingsserien, die schnelle Google-Suche zwischendurch oder die kurze Frage an ChatGPT. Ihre Rechenleistungen haben allerdings auch Auswirkungen auf die Umwelt. Gerade Wasser, Energie und natürliche Rohstoffe verschlingen sie in Massen. 
Für das Generieren einer E-Mail mit rund hundert Worten brauchen die ChatGPT-Rechenzentren etwas mehr als 500ml Wasser. Eine Wasserflasche im Tausch für eine Mail. 
Das Wasser soll in dem Fall die Server kühlen, um sie vor der Überhitzung zu schützen. Im Kleinformat gibt es solche Vorkehrungen in vielen Computern. Diese nutzen allerdings nur wenige Liter Wasser die stetig zirkulieren. 

Gerade der Gebrauch von künstlicher Intelligenz, und besonders generativer KI, fordert eine enorme Rechenleistung. Aus diesem Grund ist es wichtig, ein Bewusstsein für den Ressourcenverbrauch zu entwickelt, um bewusste Entscheidungen treffen zu können. 

Denn Rechenzentren gehören zu den größten industriellen Wasser- und Stromverbrauchern, weltweit verbrauchen sie bereits 1,5% des gesamten Stroms – Tendenz steigend. Was dieser Verbrauch mit dem Standort der Rechenzentren zu tun hat, wie genau das Wasser die Server schützt und warum wir vielleicht bald Rechenzentren im All haben werden, erfahrt ihr hier. 

Serverschutz 

Weltweit gibt es über elftausend Rechenzentren, von denen die meisten in den USA stehen. Über fünftausend Stück spicken die Karte des Landes. In Europa führt Deutschland mit mehr als zweitausend Zentren die Liste an (Stand März 2025). Hier, genauer gesagt in Frankfurt am Main, befindet sich auch der größte Rechenzentrumsstandort Europas. Seit 1995 beherbergt er den DE-CIX, einen der leistungsfähigsten Internetknoten weltweit.  

Wenn die Server dieser Rechenzentren zu heiß laufen, drohen im schlimmsten Fall irreparable Schäden an der Hardware der Server und damit einhergehender Datenverlust. Um dies Vorzubeugen müssen die Server andauernd abgekühlt werden. 
Denn anders als euer überhitzter Computer können diese Server nicht einfach kurz runtergefahren werden. Sie laufen rund um die Uhr. 

Die Rechner und Server – oder vielmehr die Kühlung dieser – machen einen großen Teil des ökologischen Fußabdrucks der Rechenzentren aus. Zum Kühlen werden hauptsächlich Wasser und Strom verwendet. Der tatsächliche Verbrauch hängt neben der Rechenleistung auch von dem Standort und der Größe des Rechenzentrums ab. In warmen und trockenen Gegenden können die Server nicht durch Luft von draußen abgekühlt werden. In dem Fall muss die Luft elektrisch runtergekühlt werden, und das verbraucht Strom. Eine Menge Strom. 

Eine Bedrohung für die Umwelt 

Der Umweltverband BUND warnt vor den Auswirkungen auf lokale Ökosysteme, die durch den Bau von Rechenzentren bedroht werden. Der Bedarf nach ihnen steigt und sie konkurrieren zunehmend mit Feldern, Wäldern und Wiesen. 

Für die Produktion der Hardware – wie Server – werden außerdem ein Haufen Rohstoffe benötigt. Doch der Abbau von Aluminium, Kupfer und Nickel ist schädlich für Mensch und Umwelt. Personen, die die Rohstoffe abbauen, gefährden ihre Gesundheit und werden dafür kaum entlohnt. Von dem wirtschaftlichen Erfolg der Rechenzentren bekommen sie nichts mit. Und westliche Tech-Giganten zieht es dahin, wo Land, Wasser und Energie günstig zu haben sind. Kritiker sprechen dabei häufig von digitalem Kolonialismus. 

Fast jedes größere Rechenzentrum führt zudem einen Dieselgenerator als Notstromversorgung, denn die Server sollen durchgehend einwandfrei laufen. Bei den regelmäßigen Tests dieser Generatoren wird Stickoxid, Feinstaub und eine Menge CO₂ ausgestoßen. Die Rechenzentren liefern durch ihre Kühl- und Rechenprozesse ohnehin schon einen großen Anteil an den globalen Treibhausgasemissionen. Durch die Tests kommt noch mehr dazu. Neben den CO₂-Emissionen sieht die Europäische Kommission den hohen Wasserverbrauch als bedeutendste Umwelt- und Klimabedrohung der Rechenzentren. 

Das Problem ist zwar nicht unbedingt die Umweltbelastung an sich – diese ist nicht höher als bei der Luftfahrt – vielmehr ist es der rasante Anstieg der KI-Nutzung. Um diesem gerecht werden zu können, bedarf es immer mehr leistungsfähigen Rechenzentren. In Zeiten einer globalen Klimakrise und Wasserknappheit, die auch uns in Deutschland erreicht hat, stellt sich dann die Frage der Notwendigkeit von Alltags-KI. 

Der Wasserverbrauch 

In diesem Jahr wurde die nordrhein-westfälische Stadt Jülich dazu angehalten Wasser zu sparen. Passenderweise befindet sich seit letztem Jahr der schnellste Supercomputer Europas JUPITER in der Kleinstadt. 

Über die Hälfte der deutschen Bürger*innen sind besorgt, dass die Wasserversorgung von Rechenzentren ihre eigene beinträchtigen könnte. Und diese Sorge ist nicht ganz unbegründet, denn das Kühlwasser stammt zu 57% aus Trinkwasserquellen wie Flüssen, Seen und Grundwasserleitern. Da Wasser sehr gut Wärme aufnehmen und transportieren kann, wird es durch winzige Kanäle über die heißlaufenden Chips in den Servern geleitet. Die Chips können so ihre Wärme an das Wasser abgeben, welches schließlich aus dem Server herausgepumpt und durch Außenluft oder andere spezielle Kühlanlagen heruntergekühlt wird.  
Das saubere Wasser wird aus dem lokalen Wasserversorgungskreislauf genommen und durch den Kühlprozess verunreinigt. Es kann danach nicht wieder in den Kreislauf eintreten. 

Wie das Trinkwasser in der Nähe solcher Rechenzentren aussieht, zeigte die US-Politikerin Alexandria Ocasio-Cortez bei einer Kongressanhörung.  

Mit zwei Gefäßen voller trübem, braun-verfärbtem Wasser in den Händen, erzählte sie von der Sorge der Bürger*innen aus Morgan County, Georgia um ihr sauberes Wasser. Die Ursache der Verfärbung? Der Bau eines Meta-Rechenzentrums in ihrer Nachbarschaft. 

Mittlerweile liegt der Wasserverbrauch aller Rechenzentren in den USA bei 64,3 Milliarden Litern pro Jahr. Schätzungen des Lawrence Berkley National Laboratory zufolge wird diese Zahl – insbesondere durch erhöhte KI-Nutzung – bis 2028 auf 144 bis 276 Milliarden Liter jährlich ansteigen. Zum Vergleich: Ein Mensch in Deutschland verbraucht etwa 126 Liter Wasser im Jahr. Von den 276 Milliarden Litern Wasser, könnten demnach mehr als zwei Milliarden Menschen versorgt werden. Das ist ein Viertel der Weltbevölkerung. 

Der genaue Wasserverbrauch hängt auch vom Standort der Rechenzentren ab, besonders in warmen und trockenen Gebieten wird viel Wasser für die Kühlung benötigt.  

Der Energiekonsum 

Bei kühlerem Klima kann die kalte Luft der Umgebung zur Server-Kühlung genutzt werden. Ist das nicht der Fall, wird bis zu 40% der Energie der Rechenzentren für den Kühlvorgang verwendet. In deutschen Zentren ist der Stromverbrauch höher als Wasserverbrauch. Ihr Strombedarf lag 2024 bei knapp 4% des gesamten nationalen Stromverbrauchs. Das ist mehr als unsere Hauptstadt in diesem Jahr beanspruchte, und 10,5 Millionen mal so viel wie ein durchschnittlicher Zwei-Personen-Haushalt.  

Und die Tendenz steigt: 2010 benötigten alle Rechenzentren weltweit noch “nur” 5,8 Terrawattstunden. 2025 waren es dann schon 415 Terrawattstunden. Terawattstunden sind die Einheit in der elektrische Energie gemessen wird, eine entspricht einer Milliarde Kilowattstunden.  
Bis 2030 soll dieser Verbrauch weiterhin deutlich wachsen. Auf etwa 945 Terrawattstunden im Jahr, schätzt die Internationale Energieagentur IEA. Und das vor allem aufgrund von KI-Nutzung und -Training. 

Am meisten Energie frisst die IT-Hardware, dazu gehören Server, Speicher und die Netzwerke. Die elektrische Energie die diese Hardware verbraucht wird letztlich zu Wärme. Für die Kühlung der Hardware braucht es Klimaanlagen, Kühltürme, Lüfter und Pumpen – und noch mehr Energie. 

Der PUE, oder Power Usage Effectiveness, ist ein Wert, der die effektive Stromnutzung in Rechenzentren bewertet. Errechnet wird er, indem der gesamte Energieverbrauch der Rechenzentren durch den Energieverbrauch der IT-Hardware geteilt wird. Bei einem perfekten PUE von 1,0 fließt die Energie ausschließlich in die IT-Geräte, und nicht in zusätzliche Infrastruktur, wie Klimaanlagen, Sicherheitssysteme oder Gebäudebeleuchtung. 
Am nächsten kommen diesem Wert Googles Rechenzentren in Ohio. Durch das nicht selten kühle Klima des US-Bundesstaats kann Google seine Server mit Hilfe der Außenluft effizient abkühlen. Zudem laufen die Server des Tech-Konzerns generell bei höheren Standardtemperaturen. 
In Deutschland dürfen neue Rechenzentren höchstens einen PUE-Wert von 1,2 haben. Das Problem effizienterer Rechenzentren: Die verbesserte Effizient wird eher als Rechtfertigung genutzt, die Einsparung für den Bau von noch mehr Rechenzentren zu nutzen.

Abwärme in der eigenen Heizung 

Der steigende Strombedarf, der mit steigender KI-Nutzung einhergeht, führt zu einer steigenden Nachfrage nach Stromquellen. Vor allem dann, wenn der verwendete Strom nicht grün – und aus Biomasse, Solar- oder Windenergie – ist, wird es umweltschädlich.  

Ein signifikanter Teil des Stroms der Rechenzentren weltweit stammt aus Kohle-, Gas- oder Ölkraftwerken. Laut der IEA verursachen Rechenzentren rund 2% der globalen Treibhausgasemissionen. Ein ökologischer Fußabdruck, der an die Luftfahrtindustrie erinnert. Nur, dass der Fußabdruck der Rechenzentren kontinuierlich wächst. 

Die meisten Rechenzentren geben ihre Wärme ungenutzt an ihre Umgebung ab, verschwenden dabei Energie und tragen zu der Erderwärmung bei. Doch es gibt bereits einige Zentren, die diese Abwärme zum Heizen von Häusern, Wohnungen und des eigenen Gebäudekomplexes nutzen wollen.  
In der Mitte Deutschlands, in Frankfurt am Main, wurde dieses Vorhaben bereits in die Tat umgesetzt. Das Quartier franky beschreibt mehrere Wohnungen, Firmen, Geschäfte und sogar Kindergärten, die nachhaltig von dem benachbarten Rechenzentrum versorgt werden. Das Telehouse Rechenzentrum ist dabei für 60% des Wärmebedarfs der Gebäude verantwortlich. 

Vom Meeresgrund bis ins Weltall 

Rechenzentren sind die Pfeiler der Zukunft, das erkennt auch das deutsche Umweltbundesamt. Dieses sieht sie als unverzichtbar für die Entwicklung der Digitalisierung. Gleichzeitig fordert das Bundesamt eine effizientere, umweltfreundlichere und nachhaltigere Gestaltung der Zentren. Trotz des drohenden Energie- und Ressourcenverbrauchs soll so ein guter PUE und eine noch bessere Umweltbilanz erreicht werden. 

Um international wettbewerbsfähig zu bleiben, möchte Deutschland seine Kapazitäten für Rechenzentren bis 2030 mindestens verdoppeln. Die digitale Leistungsfähigkeit insgesamt soll vorangetrieben werden, zudem plant Bundesdigitalminister Karsten Wildberger wirtschaftlich und gesellschaftlich mehr auf die KI zu setzen. Sein Ziel? Beim Thema künstliche Intelligenz in Europa ganz oben mitspielen.  
Da es noch einige bürokratische Hürden für Rechenzentren in Deutschland gibt, plant die Bundesregierung deshalb diese weiter zu minimieren. 

Auf eine alternative und energiesparende Idee zu Gestaltung der Rechenzentren kam 2015 der Microsoft Ingenieur Ben Cutler: Er wollte Rechenzentren versenken um sie vom Meereswasser kühlen zu lassen. Das Projekt Natick wurde allerdings nach zwei erfolgreichen Versuchen abgebrochen, an den Daten die es hervorbrachte wird jedoch weiterhin geforscht. Unterwasser-Rechenzentren bergen allerdings die Gefahr einer stillen Erwärmung im Meer. Denn wenn die gesamte Abwärme in die Ozeane gerät, leiden insbesondere empfindliche Ökosysteme unter der Erwärmung des Wassers.  

Eine Millionen KI-Satelliten 

Die Ideen für nachhaltigere und trotzdem leistungsstarke Rechenzentren reichen vom Meeresboden bis in den Weltraum. Das Luft- und Raumfahrtunternehmen SpaceX, welches zuletzt wegen dem größten Börsengang der Geschichte in aller Munde war, plant KI-Satelliten in die Erdumlaufbahn zu schießen. In Zukunft will es eine Millionen Satelliten vom Weltall aus die Rechenleistung für KI-Anwendungen ausführen lassen. SpaceX Gründer Elon Musk spricht dabei von mindestens einem Gigawatt KI-Rechenleistung pro Jahr. 

Das All bietet schier unendliche Expansionsmöglichkeiten, die nicht von regionalen Herausforderungen – wie Umweltschutz oder der Landwirtschaft – eingeschränkt werden. Wenn die Standorte und Ressourcen auf der Erde knapp werden, heißt es ab ins All! 

Die Stromversorgung der Rechenzentren-Satelliten soll dabei über Solarpaneele erfolgen, durch die Nähe zu Sonne während sie praktisch dauerhaft versorgt. Die kalte Temperatur im All, das Universum hat eine Temperatur von etwa -270 Grad Celsius, soll die Server kühlen. Allerdings ist das nicht ganz so einfach wie auf der Erde, wo die Abwärme einfach an die Umgebungsluft abgegeben werden kann. Im Weltall gibt es nämlich keine Luft, es ist ein vielmehr ein Vakuum.  
Ohne Wasser zum Kühlen, bleibt den Satelliten nur die Wärmeabgabe durch Infrarotstrahlung. Diese ist allerdings deutlich ineffizienter und benötigt große Radiatorflächen um ausreichend Wärme abgeben zu können. 

Zudem muss außerdem die Hardware der Satelliten deutlich robuster gestaltet werden. Kosmische Strahlung und Sonnenstürme dürfen die Elektronik nicht beschädigen, zumal sie nicht ohne weiteres repariert werden kann. Somit benötigt die Produktion der Rechenzentren in Satellitenform umso mehr erdeigene Rohstoffe. 

Für viele Experten stellt allerdings die schnelle Datenübertragung die größte Herausforderung des Projektes dar. Durch die große Entfernung zu den Netzwerken auf der Erde und den Satelliten untereinander, muss die Übertragung mit Laser- und Funkverbindungen erfolgen. Diese sind in der Regel unzuverlässiger als Glasfaserkabel, von denen Rechenzentren auf der Erde Gebrauch machen. 

Die Zukunft der Rechenzentren 

Das SpaceX-Vorhaben ist, zumindest aktuell, noch sehr weit von dem aktuellen Stand der Forschung entfernt. Bevor uns eines Tages große Rechenzentren im All umkreisen, müssen zunächst erste KI-Satelliten und orbitale Rechencluster entwickelt und produziert werden. An diesen Satelliten, einer Kombination aus Rechenhardware, Solarpaneelen und Radiatoren, wird in Texas bereits getüftelt. Mit ihrem Satellitennetzwerk Starlink bewies das Unternehmen schon 2019 ihre Fähigkeit Satelliten in Massen zu produzieren und erfolgreich ins All zu schießen. 

Da der wirtschaftliche Erfolg der orbitalen Rechenzentren noch sehr ungewiss ist, wird sich in Zukunft wohl auch die Frage nach der Entwicklungs-Motivation ohne Gewinnaussichten stellen. 

Auch Unterwasser-Rechenzentren scheinen nicht die ultimative Lösung zu sein. Sie belasten die Meere und sind, ähnlich wie die Satelliten, im Notfall nur kompliziert und aufwendig zu erreichen. 

Trotzdem wird weiter nach der perfekten Lösung gesucht, die einen niedrigen Energie- und Wasserverbrauch und trotzdem hohe Rechenleistungen bieten kann. Die Abwärme der Zentren zum Heizen umliegender Wohn- und Arbeitsräume zu nutzen, ist ein wichtiger Schritt um ihren ökologischen Fußabdruck zu schrumpfen. 

---

Image by Marcin Jozwiak via pexels

Artikel per E-Mail verschicken