IT-Onlinemagazin
Der Diplom-Physiker Dr. Jörg Kampmann beschäftigt sich seit einigen Jahren mit der Untersuchung von Modellen und Vorstellungen, die die physikalischen Grundlagen zur Entwicklung des Klimawandels abbilden. Das IT-Onlinemagazin befragte den Wissenschaftler zu seiner Einschätzung und Empfehlung für IT-Unternehmen.
Der durch die Menschheit verursachte Ausstoß des Treibhausgases Kohlendioxid (CO2) hat in den vergangenen Jahren den Rekordwert von global mehr als 11 Gt reinen Kohlenstoffs (C allein, ohne O2-Anteil – der CO2-Anteil beträgt insgesamt fast 30 Gt) pro Jahr erreicht. Er nimmt stetig zu, obwohl weltweit zahlreiche Bemühungen unternommen werden, das zu reduzieren. Kann man die Trendwende schaffen, und wenn ja, wie kann das gelingen? Viele Fragen, die man einem Experten stellen sollte:
IT-Onlinemagazin: Herr Dr. Kampmann, was ist Ihre Motivation, sich wissenschaftlich mit dem Klimawandel zu beschäftigen?
Dr. Jörg Kampmann: Nun, ich habe mich seit meiner frühesten Jugend mit Astronomie und Astrophysik beschäftigt. In letzter Zeit konkreter mit unserem Planetensystem. Wetter und Klima – als statistisch gemitteltem Wetter – sind Elemente der Planetenphysik. Zudem habe ich mich immer schon mit Spektroskopie beschäftigt, eine der grundlegenden Säulen für fast alle Klimamodelle. Auf die Spektroskopie wird in den Medien eigentlich viel zu wenig eingegangen. Hinzu kommt, dass ich mich während meiner aktiven beruflichen Zeit und auch danach sehr intensiv mit IT-Fragestellungen beschäftigt habe.
Welche Erkenntnisse zum Klimawandel haben Sie denn gewonnen?
Das Thema Klimawandel ist hoch komplex, weil es auf hoch komplexen physikalischen, chemischen und biologischen Mechanismen basiert. Es besteht die Gefahr, dass es uns Menschen aus dem Ruder läuft, wenn wir die Atmosphäre weiterhin mit fossilem CO2 anreichern. Der sog. Treibhauseffekt ist dabei eine Realität. Hinzu kommen die Versauerung der Meere sowie der Anstieg des Meeresspiegels. Abgesehen vom Klimawandel gibt es noch die Problematik, dass unsere Ressourcen irgendwann zur Neige gehen (Stichwort: Peak-Oil). Die ITK-Industrie verbraucht insgesamt viel Energie, die bei einzelnen Einheiten durchaus im MW-Bereich liegen kann.
Welche Prognosen geben Sie denn für die nächsten 20 und die nächsten 200 Jahre?
Nun, da halte ich mich an die Aussagen des Weltklimarates, die in dem Sachstandsbericht von 2007 festgehalten sind. Da diese Sachstandsberichte etwa alle 5 bis 6 Jahre erscheinen, wird der von 2013 sicher noch mehr Details enthalten. An der grundsätzlichen Kernaussage wird sich aber wohl nichts ändern.
Der Weltklimarat macht für die nächsten ca. 100 Jahre je nach Modell eine Voraussage über die mittlere globale Temperaturerhöhung von ca. 2 bis 4 °C. Ob sich Rechenzentren bei diesen Außentemperaturen, die ja lokal sehr viel höher sein können, noch langfristig stabil betreiben lassen, muss untersucht werden. Sicher spielt die Standortwahl hier eine große Rolle.
Ist dieser Trend aus Ihrer Sicht umkehrbar?
Theoretisch sicher, wenn die Menschheit aufhört, weiterhin CO2 in die Luft zu blasen. Aber ich halte diese Forderung für illusorisch. Sicher ist es absolut wichtig, so wenig, wie möglich Kohlendioxid zu erzeugen. Aber im Moment erscheint mir ein anderer Ansatz mehr versprechend: das Kohlendioxid, welches wir zu viel in die Atmosphäre geblasen haben wieder daraus zu entfernen und dann daraus irgendetwas Nützliches zu erstellen, wie z.B. Methan oder Methanol mit Hilfe von Verfahren, die ihre Energie aus alternativen, nachhaltigen Quellen schöpfen.
Welchen Beitrag zur CO2 Reduzierung können IT-Unternehmen und IT-Abteilungen leisten?
Angesichts der Entwicklung der ITK-Industrie ist diese Frage wohl schwierig zu beantworten. Auf jeden Fall muss bei der Planung von Rechenzentren an diese Fragestellungen gedacht werden. Wenn Rechenzentren hohe Energien verbrauchen, erscheint es sinnvoll, eine solche Einheit zusammen mit einem Kraftwerk zu koppeln, welches seine Energie aus erneuerbaren Quellen gewinnt.
Gibt es bereits solche Projekte?
Google hat mehrere Rechenzentren und setzt ganz besonders auf alternative Energieformen. Außerdem haben die Ingenieure von Google durch verschiedene Maßnahmen erreicht, dass der Energieverbrauch ca. 50 % des Energieverbrauchs herkömmlicher Rechenzentren beträgt.
In kalten Gegenden bzw. Jahreszeiten wird Luft für die Kühlung verwendet, ansonsten ist dort Wasserkühlung etabliert. Es lohnt sich, die Einzelheiten der Homepage von Google durch zu arbeiten, dort gibt es viele sehr detaillierte Hinweise und Tipps, wie ein effektives „grünes“ Datenzentrum aufgebaut werden kann. Die elektrische Energie wird dort vorwiegend aus erneuerbaren Quellen gewonnen, wobei das Verfahren der Verwendung dieser Energieform auf den RECs basiert.
Weltweit hat sich der Energieverbrauch der Datenzentren in der Zeit von 2000 bis 2005 verdoppelt, in der Zeit von 2005 bis 2010 ist er um 56 % gestiegen.
Kennen Sie noch andere neuartige Rechenzentren?
In München ist gerade das Leibniz-Rechenzentrum in Betrieb gegangen. Die Kühlung der Server geschieht dort durch Grundwasser mit einer Temperatur von 11.3°C. Auf Kundenwunsch wird die Energie aus erneuerbaren Quellen gewonnen.
Das Rechenzentrum des Max-Planck Instituts für Meteorologie in Hamburg mit 158 TFlops verbraucht etwa 1 MW – die Stromrechnung ist exorbitant und bildet einen sehr beträchtlichen Anteil des Gesamtbudgets.
Ganz allgemein muss gesagt werden: Wo früher die einzelnen Rechnerschränke vielleicht 5 kW brauchten, liegen wir heute bei ca. 20 kW mit steigender Tendenz. Aber nicht nur die reine Rechnerkapazität braucht Energie, sondern auch Beleuchtung und vor allem die Klimatisierung. Hinzu kommen noch die über die gesamte Infrastruktur einer Nutzercommunity verteilte Energieaufnahme für Netze, Netzkomponenten etc. Dabei spielt auch die Frage eine Rolle, wieweit Leerlaufkapazitäten mit durchaus fühlbarem Energieverbrauch in sog. „Standby-Kapazitäten“ mit geringerem Energieverbrauch umgewandelt werden können.
In meinem privaten Bereich (mit einem kleinen Netzwerk von ca. 3-4 Rechnern) hatte ich vor einigen Jahren einen jährlichen Stromverbrauch von ca. 6000 kWh. Als ich dann diese Rechner des Nachts und vor allem in der Reisezeit abschaltete, verringerte sich das auf inzwischen ca. 4000 kWh.
Welche Empfehlungen geben Sie IT-Leitern oder Unternehmen?
Wie ich schon sagte, der Energieverbrauch muss drastisch reduziert werden. Das ist naturgemäß bei schon existierenden Einheiten nicht ganz einfach. Ich rate auf jeden Fall dazu, erst einmal auch eine Bestandsaufnahme über die Energieverbräuche über einen gewissen Zeitraum zu machen und dann muss genau überlegt werden, wie man unter Einbeziehung von künftigen Entwicklungen des jeweiligen Rechenzentrums optimal vorgeht.
Bei Neuplanung ist das alles viel einfacher. Inzwischen gibt es auch Normierungsanstrengungen. In der Zeitschrift „LanLine“ von August 2012 sind einige interessante Artikel über diese Problematik.
Kann man das Kohlendioxid nicht auch sinnvoll nutzen?
Das ist eine sehr interessante Frage. Im Prinzip kann man Kohlendioxid unter Aufwendung von Energie in Methan oder Methanol verwandeln. Dabei wird z.B. im Falle von Methan Wasser unter Aufwand von Energie in Wasserstoff und Sauerstoff getrennt. Die Energie hierfür wäre aus den Ökostromressourcen zu gewinnen, also aus Solar-, Wind- oder Bio-Energie. Dies ist der sog. Sabatier-Prozess. Er wird in kleinem Maßstab z.B. auf der ISS (Internationale Raumstation) angewendet, um Sauerstoff zu gewinnen. Es gibt noch weitere solche Überlegungen, wie z.B. Kalkstein zu erzeugen und diesen dann in der Zementindustrie zu verwenden. Im „Spektrum der Wissenschaft“ gibt es dazu einen Beitrag.
Heißt das, es gibt noch Hoffnung für die Menschheit?
Es gibt eine Vielfalt von Ansätzen, das CO2 aus der Luft zu verwenden, so dass es vielleicht eines Tages möglich sein kann, den globalen anthropogenen Klimawandel zurück zu führen auf eine CO2-Konzentration aus der vorindustriellen Zeit. Ob das gelingt, wird sich zeigen. Auf jeden Fall ist angezeigt, den Verbrauch von mit fossilen Brennstoffen erzeugter Energie so drastisch wie möglich zu reduzieren. Denn heute weiß meines Wissens trotz aller Forschungsanstrengungen niemand so ganz genau, wie sich die Temperatur der Erdatmosphäre bei diesem schnellen Anstieg der Konzentration von CO2 und anderen Klimagasen entwickelt.
Wir Menschen haben das verursacht, also müssen auch wir Menschen dazu beitragen, einen Zustand der Erde zu erreichen, der diese weiterhin für die Menschheit bewohnbar erhält. Komplexe Systeme neigen dazu, bei Über- oder Unterschreitung von Grenzen für gewisse Parameter (z.B. Temperatur) nichtlinear zu werden, um dann schlimmstenfalls in einen nicht mehr rückgängig zu machenden Zustand zu gelangen (Irreversibilität). Ein gutes Beispiel hierfür ist der menschliche Körper: Steigt dessen Temperatur auf über 42°C, gerinnt unser Protein, ein irreversibler Vorgang – der in der Regel zum Tod führt.
Herzlichen Dank für das interessante und aufschlussreiche Gespräch, Herr Dr. Kampmann!
Das Interview führte Helge Sanden.
