Widerstandsfähigkeit gegen die Klimakrise„Digitale Infrastrukturen kann man nicht so einfach ersetzen“

Extreme Wetterereignisse und ein schleichender Temperaturanstieg: Die Klimakrise wird der Menschheit einiges an Anpassungsfähigkeit abverlangen. Auch die digitale Infrastruktur muss widerstandsfähiger werden. Das zeigt nicht zuletzt die Flutkatastrophe im Südwesten Deutschlands.

Abbruchkante einer Straße im Ahrtal. Abgerissene Leitungen hängen heraus.
Die Flutkatastrophe im Ahrtal zerstörte nicht nur Straßen, Schienen und Brücken, sondern auch die digitale Infrastruktur in der Region. – Alle Rechte vorbehalten IMAGO/Bonnfilm

Als im Juli Bäche und Flüsse im Südwesten und Westen Deutschlands über ihre Ufer traten und Talsperren brachen, rissen die Wassermassen nicht nur Straßen, Schienen und Brücken mit sich, sondern zerstörten auch große Teile der digitalen Infrastruktur. Festnetzkabel, Mobilfunkmasten, Rechenzentren: Überall waren Ausfälle zu vermelden, teilweise für Tage und Wochen. Das lag auch daran, dass gleichzeitig die Stromversorgung vielerorts erst wieder hergestellt werden musste.

Der „Intergovernmental Panel on Climate Change“ (IPCC), im Deutschen häufig „Weltklimarat“ genannt, veröffentlichte kürzlich den ersten Teil seines sechsten Berichts zum aktuellen Stand der Klimakrise. Aus dem Bericht geht hervor, dass die menschengemachte, globale Erwärmung mit der steigenden Intensität von Extremwetterereignissen zusammenhängt. Das bedeutet: Hochwasser, Stürme und Dürren gab es schon immer. Die Klimakrise sorgt aber dafür, dass die einzelnen Ereignisse schlimmer werden und, so vermuten Fachleute, auch häufiger auftreten.

Neben akuten Wetterereignissen ruft die Klimakrise auch schleichende Veränderungen hervor, etwa den globalen Temperaturanstieg. All das wirkt sich auf die Menschen und die von ihnen geprägte Umwelt aus und verlangt Vorbereitung auf die Veränderungen, die uns bevorstehen.

Um zu ergründen, wie die digitalen Infrastrukturen sich auf die Klimakrise vorbereiten und widerstandsfähig gegen äußere Einflüsse werden können, haben wir mit Peter Radgen gesprochen, Professor am Lehrstuhl für Energieeffizienz an der Universität Stuttgart.

Weitreichende Störungen beim Ausfall

netzpolitik.org: Herr Radgen, wie können sich Veränderungen des Klimas auf die digitale Infrastruktur auswirken?

Radgen: Der Klimawandel wirkt sich in allen Bereichen aus, entsprechend auch hier. Die Auswirkungen des Klimawandels unterscheiden sich gar nicht so sehr von denen auf andere Branchen. Die digitale Infrastruktur ist sehr stark auf Strom angewiesen. Wenn der Strom weg ist, funktioniert sie auch nicht mehr. Gleiches gilt, wenn ich Standorte habe, die von Erosion betroffen sind. Wenn man daran denkt, was im Ahrtal passiert ist, weiß man: Da bricht nicht nur die digitale Infrastruktur zusammen, sondern auch die ganz analoge, also Strom, Straßen, Schienen und Ähnliches. Eine besondere Auswirkung auf die digitale Infrastruktur würde ich hier gar nicht unterstellen.

Peter Radgen, Universität Stuttgart
Peter Radgen forscht an der Universität Stuttgart zu Energieeffizienz und Digitalisierung. - Alle Rechte vorbehalten IER Universität Stuttgart

netzpolitik.org: Was genau sind die Veränderungen, die Infrastruktur allgemein oder die digitale Infrastruktur im Speziellen gefährden oder angreifen können?

Radgen: Man muss unterscheiden: Was sind das genau für Infrastrukturen? Wir haben verschiedene Bereiche. Zum einen die Funkmasten für Mobiltelefone, außerdem Rechenzentren, Kabelverbindungen – Kupfer oder Glasfaser – und die sind natürlich von unterschiedlichen Aspekten betroffen. Bei den Kommunikationsmasten ist es vielleicht am deutlichsten. Die stehen im Freien und leiden darunter, wenn der Boden nicht stabil ist oder wenn es Überflutungen gibt, da sind die Masten akut gefährdet.

netzpolitik.org: Wie schlimm können denn die Auswirkungen sein, wenn digitale Infrastrukturen wegbrechen?

Radgen: Die Herausforderung ist, dass die digitalen Infrastrukturen heute so essenziell sind. Bei vielen anderen Dingen kann man Ausweichlösungen finden. Die digitalen Infrastrukturen kann man nicht so einfach ersetzen. Und von ihrem Funktionieren hängt das Funktionieren vieler anderer Infrastrukturen ab. Wenn es Störungen in der digitalen Infrastruktur gibt, dann sind die Auswirkungen viel weitreichender, als wenn Infrastrukturen klassischer Art betroffen sind.

 

netzpolitik.org: Sie haben jetzt vor allem Extremwetterereignisse angesprochen. Wie sieht es denn aus mit schleichenden Veränderungen, beispielsweise, wenn die Temperaturen von Seen und Flüssen ansteigen?

Radgen: Natürlich hat der Temperaturanstieg Rückwirkungen. Rechenzentren müssen zum Beispiel große Abwärmemengen an die Umgebung abgeben. Je wärmer es draußen wird, desto mehr Energie wird dafür gebraucht. Das muss man allerdings ein bisschen relativieren. In den heutigen modernen Rechenzentren hat die Kühlinfrastruktur nicht mehr so einen großen Anteil am gesamten Energieverbrauch.

netzpolitik.org: Könnten technische Weiterentwicklungen helfen, sich besser an die Klimaveränderungen anzupassen?

Radgen: Ja, sicherlich. Im Moment fällt die klassische Abwärme in einem Rechenzentrum so bei ungefähr 30 Grad an. Wenn es draußen also nicht gerade hochsommerlich ist, können die Rechenzentren die Wärme auch ohne aktive Kältemaschine, die ihrerseits Energie braucht, an die Umgebung abgeben. Wenn Sie auf eine Flüssigkeitskühlung umstellen, dann bekommen Sie höhere Abwärmetemperaturen, 50 Grad, vielleicht 55 Grad. Dann stört Sie die höhere Umgebungstemperatur nicht. Gleichzeitig wird die Abwärmenutzung erleichtert. Diese ist der perfekte Hebel, um Wohngebäude zu dekarbonisieren, denn hier haben wir ja einen relativ großen Anteil fossiler Energieträger, schwerpunktmäßig Erdgas, im Einsatz. Und wenn wir diese ganzen Abwärmemengen zum Heizen nutzen würden, dann haben wir ein relativ großes Dekarbonisierungspotenzial aus den Rechenzentren heraus.

Digitalisierung als Effizienztreiber

netzpolitik.org: Gibt es noch andere Beispiele, welche Beiträge die digitale Infrastruktur zu mehr Klimaschutz leisten könnte?

Radgen: Die Digitalisierung ist ein Effizienztreiber in allen Wirtschaftszweigen, sei es bei der Steuerung von Pumpen, Druckluftkompressoren, Ventilatoren, bei der optimalen Steuerung der Stromnetze, der Vorausschau und der Planung der erneuerbaren Anlagen oder dem Einsatz von Energiespeichern. Die digitalen Technologien tragen hier dazu bei, dass wir unseren Energieverbrauch und unsere Lastspitzen deutlich reduzieren könnten. Auch die digitalen Infrastrukturen selbst werden immer effizienter. Ein heutiger Rechner braucht pro Rechenoperation viel weniger Energie als vor zwanzig Jahren.

netzpolitik.org: Welche Rolle spielt die Energiewende bei all diesen Fragen? Dabei sollen ja Stromnetze mit Hilfe digitaler Lösungen dezentraler angelegt werden, damit sie sich besser auf die Tageszeiten und die Jahreszeiten einstellen können.

Radgen: Die Digitalisierung ermöglicht an vielen Stellen erst die Energiewende. Wenn Sie die Stromnetze optimal steuern wollen oder die erneuerbaren Energien optimal in die Netze einbinden wollen, dann müssen Sie digitalisieren. Dann müssen Sie wissen, an welchen Stellen im Stromnetz welche Stromeinspeisung stattfindet, wo die Verbräuche sind und Sie müssen möglicherweise auch Schalthandlungen vornehmen können, um Überlastungen zu vermeiden. Das gilt auch im Gebäudebereich. Viele haben jetzt schon smarte Thermostate oder ähnliche Dinge, das Smart Meter ist hier sicher auch ein Thema. In all diesen Bereichen leistet die Digitalisierung einen Beitrag, die Energieeffizienz zu verbessern.

netzpolitik.org: Digitale Lösungen werfen ja immer auch die Frage der IT-Sicherheit auf. Gibt es Fälle, bei denen Unternehmen die Kosten für die IT-Sicherheit und den positiven Effekt auf den Klimaschutz abwägen und sich dann gegen die ökologisch bessere, digitale Lösung entscheiden?

Radgen: Ich glaube, der Aufwand für die IT-Sicherheit wird immer noch ein bisschen unterschätzt, deshalb ist das meistens kein Hinderungsgrund für die Unternehmen. Die Probleme tauchen dann auf, wenn die digitalen Infrastrukturen da sind und man merkt, dass man hier ein Problem mit der IT-Sicherheit hat. Die Angreifbarkeit über nicht richtig gesicherte, digitale Infrastrukturen ist sehr hoch. Es gibt ja beinahe täglich eine neue Meldung über eine Kryptoerpressung.

Abgeschnitten von der Arbeitsfähigkeit

netzpolitik.org: Sie haben eben schon mal kurz angedeutet, dass es viele Wechselwirkungen zwischen der digitalen und anderen kritischen Infrastrukturen gibt, zum Beispiel dem Stromnetz. Sind die Wechselwirkungen beidseitig? Wo sehen Sie da die größten Abhängigkeiten?

Radgen: Beim Strom ist die wechselseitige Abhängigkeit natürlich groß. Strom ist gut vergleichbar mit der digitalen Infrastruktur. Wenn der Strom weg ist, geht auch nichts mehr. Deshalb haben die meisten digitalen Infrastrukturen einen Puffer. Wenn Sie heute ein Rechenzentrum vom Strom trennen, können die trotzdem weiterarbeiten. Sie haben meistens zwei unabhängige Stromanschlüsse, eine Anlage für die unterbrechungsfreie Stromversorgung – das ist meistens ein Batteriesatz, wo Sie ein paar Minuten überbrücken können. Wenn der Strom länger wegbleibt, gibt es ein Notstromaggregat, das dann einspringt und mit dem Sie Ihr Rechenzentrum drei Tage lang autark betreiben können. Das heißt, die digitale Infrastruktur ist auf den Ausfall anderer Infrastrukturen vorbereitet.

netzpolitik.org: Und wenn die digitale Infrastruktur selbst ausfällt?

Radgen: Dann leiden natürlich alle Sektoren. Sie kennen das vielleicht von Ihrem eigenen Büro: Wenn Sie hier einen Ausfall haben, können Sie nicht mehr auf das Redaktionssystem zugreifen, Sie können nicht mehr googeln, niemanden mehr anrufen. Sie sind abgeschnitten von der Arbeitsfähigkeit. Und das zieht sich durch alle Branchen, seien es Banken und Versicherungen, sei es der Einzelhandel. Sie können nicht mehr an der Kasse bezahlen, der Geldautomat funktioniert nicht mehr. Deshalb ist diese Herausforderung so groß und deshalb haben die digitalen Infrastrukturen so eine große Bedeutung. Vielfach fallen sie ja auch unter die KRITIS-Richtlinien.

Doppelte Ausführungen digitaler Komponenten

netzpolitik.org: Auf der Hardware-Seite werden die Rohstoffverfügbarkeit, die Lieferketten und die globale Logistik ja auch vom Klimawandel beeinflusst. Ist das etwas, was die digitale Infrastruktur besonders betrifft?

Radgen: Dadurch, dass die Digitalisierung in alle Branchen einzieht, betrifft es alle. Wir sehen es im Moment mit der Chip-Knappheit, die die Herstellung von Rechnern, aber auch von Autos verzögert und teilweise zu Produktionsstillständen führt. Im Moment ist es aber weniger der Klimawandel als die Corona-Pandemie, die ganz massiv in die Lieferketten eingreift.

netzpolitik.org: Wenn wir jetzt auf die Widerstandsfähigkeit digitaler Infrastrukturen schauen: Wie kann man digitale Infrastrukturen absichern gegen klimawandelbedingte Einflüsse? Was sind ganz allgemein die Faktoren, die eine Infrastruktur resilient machen und gibt es da Besonderheiten bei digitaler Infrastruktur?

Radgen: Die digitalen Infrastrukturen haben den Vorteil, dass sie von Haus aus schon ziemlich resilient sind. Das war der Startpunkt des Internets. Man wollte einen stabilen Betrieb der Netze garantieren. Deshalb sind die Infrastrukturen im Digitalen verteilt und dadurch relativ stabil und resilient. Man führt viele Dinge doppelt aus und kann relativ einfach hin und her switchen. Ein einfaches Beispiel sind Speichersysteme von digitalen Daten. Der Privatkunde hat typischerweise eine Festplatte, auf der er seine Daten speichert. Wenn die Festplatte kaputt geht, sind seine Daten weg. In Rechenzentren findet eine Datenspiegelung statt, das heißt, wenn eine Festplatte kaputt geht, sind die Daten noch auf einer zweiten oder sogar auf einer dritten Festplatte vorhanden. Alles wird mindestens gedoppelt. Der Nachteil dieser Mehrfachsicherung und Redundanz sind allerdings die relativ hohen Kosten.

netzpolitik.org: Ist diese Dopplung der entscheidende Faktor, mit dem man auch Kabelverbindungen und Mobilfunkverbindungen einfach dadurch absichert, dass sie mehrfach vorhanden sind?

Radgen: Typischerweise werden Sie kein Rechenzentrum finden, das nicht zwei unabhängige Stromanschlüsse und zwei unabhängige Datenanschlüsse hat. Das gilt auch für Mobilfunkmasten. Da haben Sie immer auch ein Speichersystem dabei, mit dem Sie die Anlagen im Falle eines Stromausfalls für eine gewisse Zeit weiter betreiben können.

Schutz bis zu einem bestimmten Schadenslevel

netzpolitik.org: Bei der Hochwasserkatastrophe im Ahrtal war ja ein relativ großes Gebiet für sehr lange Zeit ohne Strom und Mobilfunk. Kann man die digitalen Infrastrukturen auch gegen so etwas schützen?

Radgen: Grundsätzlich kann man das, aber die Frage ist, wie groß der Aufwand ist und wie groß die Wahrscheinlichkeit, dass der Schadensfall eintritt. Wenn solche massiven äußeren Einflüsse auftreten, dann ist es sehr unwahrscheinlich, dass man sich vorab sinnvoll dagegen schützen kann. Es wird passieren. Aber man muss sich darauf vorbereiten, dass man zügig Infrastrukturen notdürftig wieder herstellen kann. Die Mobilfunkbetreiber haben mobile Sendeanlagen, die über Notstromaggregate betrieben werden können. Das dauert natürlich seine Zeit, ein paar Tage, vielleicht eine Woche, bis Sie anfangen können, den Service wieder aufzubauen.

netzpolitik.org: Wie ist die Verantwortung denn in Deutschland verteilt, wenn so ein Ereignis eintritt? Liegt das in der Verantwortung des Staates oder der Mobilfunkbetreiber? Wer muss die Infrastruktur wiederherstellen? Und wer ist für die langfristige Strategie zuständig?

Radgen: Nach meiner Kenntnis ist jedes Unternehmen für sich selbst verantwortlich, das heißt, die Mobilfunkbetreiber sind für ihre Mobilfunkanlagen zuständig, der Stromnetzbetreiber für den Strom, der Gasnetzbetreiber für das Gas.

netzpolitik.org: Wir haben bisher über reaktive Maßnahmen gesprochen, die man durchführt, nachdem ein extremes Ereignis wie die Flut eingetreten ist. Gibt es auch in der Planung, beim Aufbau von Netzen oder Infrastrukturen Faktoren, auf die man achten kann?

Radgen: Man überlegt sich natürlich genau, wo Leitungen entlanggeführt werden oder wo empfindliche Infrastrukturen aufgebaut werden. Beim Mobilfunk können Sie Anlagen auf dem Erdboden aufbauen und nur die Funkantennen oben auf dem Mast. Sie können diese Anlagen aber auch in einer größeren Höhe montieren, sodass sie nicht überflutet werden. Aber vielfach ist es dann eben so: Man installiert einen Schutz bis zu einem bestimmten Schadenslevel, also zum Beispiel bis zu einer bestimmten Höhe des Hochwassers. Wenn es aber dann trotzdem mal höher geht, dann ist das eben so. Dann können die Infrastrukturen trotzdem bedroht sein. Das heißt: Eine hundertprozentige Sicherheit wird es nicht geben, aber natürlich versucht man trotzdem, seine Infrastrukturen zu schützen und sich auf solche Ereignisse vorzubereiten.

Kellerräume schützen

netzpolitik.org: Wie gut ist das Thema Klimaresilienz Ihrer Wahrnehmung nach bei politischen und wirtschaftlichen Entscheidungsträgern angekommen?

Radgen: Es spielt auf jeden Fall bei vielen Entscheidungen eine Rolle. Zu welchen Schlussfolgerungen man dann am Ende kommt, kann aber sehr unterschiedlich sein. Vielleicht kosten die Maßnahmen so viel Geld, dass die Kommune sie nicht finanzieren kann. Oder das Unternehmen sagt: Ich versichere mich dagegen, das kostet mich weniger, als die Gegenmaßnahmen durchzuführen.

netzpolitik.org: Kann der einzelne Verbraucher etwas tun, um sich selbst und seine private, digitale Infrastruktur abzusichern? Oder ist man dem schutzlos ausgeliefert?

Radgen: Der Einzelne kann nur bedingt etwas tun. Wenn die zentralen digitalen Infrastrukturen weg sind, dann nützt es nichts, wenn die Infrastruktur zu Hause in Ordnung bleibt. Man kann aber durchaus Verteilerschränke oder Kabeleinführungen im Keller schützen. Die Kellerräume sind bei Hochwasser besonders gefährdet. Durch technische Schutzmaßnahmen kann man Rückstau aus der Kanalisation vermeiden. Das ist allerdings nicht billig. Auf der Ebene eines Einfamilienhauses sind Sie da schnell bei 5000 Euro, die Sie investieren müssen. Ob sich das lohnt, muss man im Einzelfall abwägen.

netzpolitik.org: Wie ist die Lage der digitalen Infrastrukturen außerhalb von Deutschland?

Radgen: Die Infrastrukturen in Deutschland sind relativ gut, auch wenn natürlich jeder übers fehlende Internet oder Mobilfunknetz jammert. Das hat aber keinen Einfluss auf die Resilienz. Hier sind wir gut aufgestellt, gerade auch, weil wir relativ dicht besiedelt sind. Wenn Sie nach Skandinavien gehen, haben Sie zwar überall Mobilfunk, aber in dünner besiedelten Ländern fällt es Ihnen noch viel schwerer, Systeme zu doppeln. Die Herausforderung beim Klimaschutz weltweit ist, dass wir die Chancen der Digitalisierung nicht dadurch verspielen, dass wir den wachsenden Energieverbrauch digitaler Infrastrukturen an den Pranger stellen. Wir müssen den Fokus viel stärker auf Energieeffizienz und Klimaschutz durch Digitalisierung legen.

netzpolitik.org: Vielen Dank für das Gespräch!

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3 Ergänzungen

  1. Warum fragt man eigentlich einen Experten für Digitale Effizienz nach Schutzmöglichkeiten gegen Extremereignisse? Ich halte das Thema für zu komplex als das ich allen seinen Folgerungen glauben schenken mag. So ist z.B. Strom meiner Ansicht nach heute die wichtigste Ressource von allen denn ohne Strom funktioniert mittlerweile fast überhaupt nichts mehr. Wenn Erdkabel mitsamt dem Erdreich weg gerissen werden dann kann da also erst mal überhaupt nichts passieren solange an der Stelle nicht das Erdreich wieder aufgefüllt wurde und man etwas hat in das man die Leitungen neu verlegen könnte. Und so was dauert sicherlich Wochen oder Monate denn zuerst muß ja mal aufgeräumt werden und der Boden darf weder naß noch gefroren (Winter!) sein. Auf der Ortsnetz-Ebene sind Stromnetze zwar üblicherweise ein Maschennetz und haben mehr als eine Einspeisung. Aber das ist auch lokal und könnte mehr als eine Einspeisung betreffen. Dann ist der Strom halt weg.
    Und die Idee ein Rechenzentrum (hat man so was jetzt überall in der nähe?) zur Dekarbonisierung von Wohnhäusern zu nutzen ist Typisch Effizienz-Professor nur… wenn dem RZ im Hochsommer sowohl die Energie als auch die Datenleitungen weg brechen kann es nur noch runter fahren, und das komplett. Damit fällt dann auch deren Fernwärme (darum ging’s doch) weg. Heizung ist im Sommer sicher weniger nötig, aber Kalt duschen (Brauchwasser-erhitzung) will auch keiner. Nun, und im Winter ist es halt noch „Extremer“.

    Außerdem: Die angesprochene Doppelung von allem ist nicht nur ein Kostenfaktor. Sie halbiert außerdem die Effizienz und heraus fällt nur ein „mehr“ an Schutz gegen Verlust. Auf einer Gespiegelten Festplatte nutzt man nur die Halbe Kapazität, eine Doppelte Stromversorgung kostet andauernd doppelt liegt aber ansonsten Brach und doppelte Glasfaseranbindung ist schön wenn es da mal Lastspitzen gibt aber das läuft dem Redundanz -gedanken eigentlich auch zuwider. Bei Unserer Ortsnetz-Vermittlung hat man im übrigen vor einigen Jahren renoviert – und genau diesen „Puffer“ (Die Unterbrechungsfreie Stromversorgung) meines Wissens komplett ausgebaut. Was bedeutet das jemand mit einem (Pseudo-)Analog Anschluß bei deren Ausfall sofort nicht mehr Telefonieren könnte. Denn eine USV ist ggf. Effizienz-mäßig sogar noch schlimmer als eine nur gedoppelte Zuleitung. Bei Verfügbarkeiten nahe an den 100% sind es die 0.0x% der Gesamtzeit die so eine Anlage wirklich arbeiten muß. Und manche meinen wohl das lohnt nicht und lassen sie weg. Und anderer berichten das eine (auch Groß-)USV just in dem Moment ausfällt wenn sie gebraucht würde.

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