Wie Sie die Wasserwiederverwendung in RZs maximieren

Wasserrückgewinnung

Wasserrückgewinnung ist die Verwendung von aufbereitetem Regenwasser und Abwasser. Nach der Aufbereitung können Rechenzentren das zurückgewonnene Wasser für ihre Kühlsysteme verwenden und so jährlich möglicherweise Millionen Liter Wasser recyceln, die sonst ungenutzt verloren gehen würden. Betreiber setzen zunehmend auf geschlossene Wasserkreisläufe, um sowohl gesetzliche Auflagen als auch ESG-Berichtspflichten wie die EU-Taxonomie oder CSRD (Corporate Sustainability Reporting Directive) zu erfüllen.

Regenwasserrückhaltung

Bei der Regenwasserrückhaltung wird Regenwasser von Straßen und Dächern in einem Becken oder Wassertank gesammelt. Regenwasser enthält Verunreinigungen und Sedimente, sodass es vor der Verwendung in Kühlsystemen gefiltert und aufbereitet werden muss. Bei der Wasseraufbereitung werden Verunreinigungen wie Sedimente, Chemikalien und Bakterien herausgefiltert, um Verstopfungen, mikrobielles Wachstum und Korrosion innerhalb des Systems zu verringern.

Unterirdische Becken minimieren Verdunstungsverluste und weitere Verunreinigungen. Überschwemmungsgebiete sind für Rechenzentrumsstandorte nicht ideal. Mit der richtigen Überwachung und Planung kann die Nähe zu einem Überschwemmungsgebiet jedoch von Vorteil sein. Becken können Wasser aus nahe gelegenen, überschwemmungsgefährdeten Gebieten auffangen, was zur Entwässerung des tief liegenden Landes und zur Auffüllung der Wasserversorgung des Rechenzentrums beitragen würde.

Die Kühlleistung hängt von der Menge des aufgefangenen Wassers und der Effizienz des Kühlsystems ab. Die Rückführung von Wasser in das Auffangbecken kann den Wasserverlust weiter minimieren, sofern das Becken groß genug ist, um einen Temperaturanstieg bei der Rückführung des warmen Wassers zu vermeiden. In Deutschland und Österreich fördern regionale Wasserbehörden zunehmend die Nutzung von Regenwasser und setzen Anreize für die Einrichtung solcher Systeme.

Wiederaufbereitung von Abwasser

Gebäude mit Küchen und Waschküchen produzieren erhebliche Mengen an nutzbarem Abwasser oder Grauwasser, das in der Regel in die Kanalisation geleitet wird. Kühlsysteme für Rechenzentren können Grauwasser nutzen. Um stark verschmutztes Wasser, also Schwarzwasser, zu isolieren, sind fortschrittliche Sanitärkonstruktionen erforderlich. Vor-Ort-Aufbereitungssysteme reinigen das Grauwasser dann so, dass es den Qualitätsanforderungen der Kühlungsinfrastruktur von Rechenzentren entspricht.

Rechenzentren können auch mit öffentlichen Versorgungsunternehmen wie Kläranlagen zusammenarbeiten, um aufbereitetes Abwasser zu nutzen, das sonst in natürliche Gewässer eingeleitet würde. In urbanen Regionen Deutschlands wird diese Praxis bereits von mehreren Hyperscalern eingesetzt, um Water-Positive-Ziele zu erreichen, also mehr Wasser zurückzuführen, als verbraucht wird.

Geothermische Kühlsysteme

Geothermische Kühlung ist die nachhaltigste Methode, da sie den Wasser- und Energieverbrauch senkt und gleichzeitig eine ganzjährige Kühlleistung bietet. Ihre Wirksamkeit hängt von den Bodenbedingungen ab, insbesondere vom Feuchtigkeitsgehalt. Laut dem National Renewable Energy Laboratory bleibt die Temperatur des Untergrunds das ganze Jahr über konstant bei etwa 12,8 Grad Celsius. Da dies weit unter den Abgabetemperaturen von ITE-Kühlsystemen liegt, ist die Wärmeübertragung an die Erde äußerst effizient. Im DACH-Raum gewinnt geothermische Kühlung insbesondere in Campus- und Colocation-Rechenzentren an Bedeutung, häufig kombiniert mit Fern- oder Nahkältenetzen.

Es gibt zwei grundlegende Arten von geothermischen Kühlsystemen: brunnengestützte und wasserbasierte. Bei beiden Methoden wird Wasser durch geschlossene Rohrleitungssysteme zirkuliert.

Brunnenbasierte geothermische Kühlung

Die brunnenbasierte Kühlung erfordert nur einen minimalen Wasserverbrauch und eignet sich für Standorte mit begrenzten natürlichen Wasserressourcen.

Bei der brunnenbasierten geothermischen Kühlung werden 45 bis 150 Meter tiefe vertikale Bohrlöcher verwendet. Die Rohre in den Bohrlöchern verlaufen durch das Rechenzentrum und reichen bis in den Boden hinein, wodurch ein geschlossenes System entsteht. Das Kühlmittel nimmt beim Durchlaufen des Rechenzentrums Wärme auf, die beim Durchlaufen der unterirdischen Rohre an die Erde abgegeben wird.

Wasserbasierte geothermische Kühlung

Die wasserbasierte geothermische Kühlung nutzt vorhandene Wasserquellen wie Grundwasserleiter, Seen oder unterirdische Reservoirs als Wärmetauschmedien. Diese Methode bietet eine hohe Kühleffizienz, wenn geeignete Wasserquellen verfügbar sind, und kann als offenes oder geschlossenes System implementiert werden.

Ein offenes wasserbasiertes Kühlsystem zirkuliert Wasser aus einer natürlichen Quelle durch das Kühlsystem und die Wärmetauscher eines Rechenzentrums. Das Wasser kehrt dann mit einer etwas höheren Temperatur zu seiner Quelle zurück. Bei einem geschlossenen wasserbasierten Kühlsystem zirkuliert das Kühlmittel durch Rohre in natürlichen Wasserquellen, wo die Wärme aus dem Rechenzentrum in die natürliche Wasserquelle übertragen wird – das Kühlmittel und die natürliche Wasserquelle vermischen sich dabei nie.

Die wasserbasierte geothermische Kühlung erfordert weniger Bohrungen als die brunnengestützte Kühlung, hängt jedoch von der Nähe zu geeigneten Gewässern ab und muss den Umweltvorschriften hinsichtlich der thermischen Ableitungsgrenzwerte entsprechen.

Die Nutzung natürlicher Ressourcen erfordert die Genehmigung des Eigentümers – privat, unternehmerisch oder staatlich. Umweltstudien und Umweltverträglichkeitsprüfungen sind ebenfalls erforderlich, um sicherzustellen, dass steigende Wassertemperaturen keine Schäden an Fischen oder natürlichen organischen Materialien verursachen. Ist dies jedoch einmal erreicht, handelt es sich um eine hocheffiziente Methode der Wärmeabfuhr. In der Schweiz sind Umweltverträglichkeitsprüfungen besonders streng, bieten aber auch Planungssicherheit für langfristig betriebene Rechenzentren.

Gesetzliche Vorgaben und Richtlinien in Deutschland

In Deutschland unterliegt der Wasserverbrauch von Rechenzentren einer Vielzahl gesetzlicher Regelungen, die auf Nachhaltigkeit und Ressourcenschonung abzielen. Zentrale Grundlage ist das Wasserhaushaltsgesetz (WHG), das die Entnahme, Nutzung und Einleitung von Wasser regelt und Genehmigungen für Kühlwasserentnahmen oder die Nutzung von Oberflächen- und Grundwasser vorschreibt. Ergänzend greifen je nach Standort Landeswassergesetze und kommunale Wasserrechtsverordnungen, die Grenzwerte für Verbrauch, Rückführung und thermische Belastung festlegen. Betreiber müssen zudem nach der EU-Taxonomie-Verordnung und der Corporate Sustainability Reporting Directive (CSRD) ihre Wasserverbräuche, Rückgewinnungsquoten und Effizienzkennzahlen wie die Water Usage Effectiveness (WUE) offenlegen. Für Neubauten und Erweiterungen gelten außerdem strenge Auflagen zur Regenwassernutzung, Abwasseraufbereitung und Wärmerückgewinnung, die im Rahmen von Baugenehmigungen oder Umweltverträglichkeitsprüfungen nachgewiesen werden müssen. Diese Vorgaben sollen sicherstellen, dass Rechenzentren nachhaltig betrieben und lokale Wasserressourcen langfristig geschützt werden.