Market Research

Strom, Wasser und Wärme: Wie Standortressourcen das Kältemittel im Rechenzentrum bestimmen

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Strom, Wasser und Wärme: Wie Standortressourcen das Kältemittel im Rechenzentrum bestimmen
Für einen Ingenieur, der 2026 die Planungsunterlagen für ein Rechenzentrum liest, ist die erste Einschränkung nur selten die Wärmelast. Entscheidend ist vielmehr, ob am Standort überhaupt genügend Strom und Wasser sowie eine Nutzungsmöglichkeit für die abgeführte Wärme vorhanden sind, um ein bestimmtes Kühlkonzept zu betreiben. Die Kühltechnik und damit auch das Kältemittel ergeben sich daraus, was der Standort bereitstellen kann. Dies ist keine Entwicklung des Jahres 2026. Das Planungs- und Standortauswahlunternehmen Build.inc datiert den Wandel auf etwa 2023, als GPU-Racks den Punkt überschritten, an dem die Kühlung, wie das Unternehmen es ausdrückt, nicht länger nachträglich eingeplant werden konnte. Diese Annahme „brach um 2023 zusammen und ist seitdem nicht zurückgekehrt“ (Build.inc, 2026).

Weniger untersucht ist, was als Nächstes geschieht. Sobald die maßgebliche Ressource die Kühlarchitektur bestimmt, schränkt sie auch die Auswahl des Kältemittels ein. Ein Standort, der in einem heißen Klima Wärme ausschließlich an die Luft abgeben kann, ein Standort, dessen Wert davon abhängt, diese Wärme an ein Wärmenetz zu verkaufen, und ein Standort, an dem Wasser rationiert wird, weisen jeweils in Richtung unterschiedlicher Maschinen und zunehmend in Richtung natürlicher Kältemittel wie Ammoniak (R717), Propan (R290) und CO2 (R744). Die meisten aktuellen Berichte verfolgen die Ressourcenbeschränkung nur bis zur Kühlmethode und enden dort, bevor sie das Kältemittel erreichen.

Die Nachfrage, die diese Frage unausweichlich machte

Die weltweite Rechenzentrumskapazität liegt derzeit bei etwa 103 GW und soll bis 2030 auf annähernd 200 GW steigen (Zahlen von JLL, zitiert im Bericht Clean Cooling for Data Centers 2025 von ATMOsphere). In den Vereinigten Staaten ist die Last groß genug, um sich auf nationaler Ebene bemerkbar zu machen: Rechenzentren verbrauchten 2023 etwa 4,4 % des US-amerikanischen Stroms, und dieser Anteil soll bis 2028 auf 6,7 bis 12 % steigen (US DOE / Lawrence Berkeley National Laboratory, 2024 United States Data Center Energy Usage Report).

Der Druck auf die Kühlung entsteht durch die Leistungsdichte. Die Rack-Leistung, die früher bei 15 bis 30 kW lag, ist auf 100 kW und mehr gestiegen, und Luft kann diese Last nicht mehr wirtschaftlich abführen. Aus physikalischer Sicht ist Flüssigkeit die naheliegende Antwort: Wasser speichert pro Volumeneinheit annähernd 3.500-mal mehr Wärme als Luft und überträgt sie etwa 23,5-mal schneller. Deshalb kann eine direkte Flüssigkeitskühlung den Kühlenergieverbrauch um ein Fünftel oder mehr senken (Ecolab, 2025). Der Wechsel zu Flüssigkeit löst das Standortproblem jedoch nicht von selbst. Er verändert, welche Ressource zuerst zum begrenzenden Faktor wird.

Rechensilizium und Strom sind keine aufeinanderfolgenden Engpässe, von denen einer bereits gelöst wurde. Es handelt sich um zwei parallele Knappheiten. Berichten zufolge sind die Blackwell-Komponenten von NVIDIA bis in die zweite Hälfte des Jahres 2026 ausverkauft, während die dahinterstehende fortschrittliche Aufbau- und Verbindungstechnik sowie der Speicher mit hoher Bandbreite bis weit in das Jahr 2027 hinein vertraglich gebunden sind. Gleichzeitig gerät die Infrastruktur in Verzug: Bloomberg berichtete im Mai 2026 unter Berufung auf Sightline Climate, dass zwischen einem Drittel und der Hälfte der für 2026 geplanten US-Rechenzentren verzögert oder gestrichen wurden und sich von angekündigten 12 GW nur etwa 4 GW im Bau befinden. Zunehmend bestimmen Stromversorgung, Transformatoren und Schaltanlagen und nicht die Chipbestellung, wann eine Anlage eröffnet werden kann.

Ressource eins: Strom

Das deutlichste Zeichen dafür, dass die Stromversorgung inzwischen an erster Stelle steht, ist die Wartezeit bis zum Netzanschluss. Der Bericht Queued Up: 2025 Edition des Lawrence Berkeley National Laboratory stellt fest, dass ein typisches Erzeugungsprojekt, das 2024 den kommerziellen Betrieb aufnahm, etwa fünf Jahre in der Netzanschlusswarteschlange verbrachte. Der Median hat sich über zwei Jahrzehnte verdoppelt, und Ende 2024 umfasste die aktive Warteschlange rund 2.290 GW (LBNL, 2025). Diese Zahl erfasst Stromerzeuger, die einen Netzanschluss anstreben, nicht Rechenzentren, die Last anmelden, und beides darf nicht miteinander verwechselt werden. Für Lastanschlüsse in den am stärksten verdichteten Zentren Northern Virginia, Phoenix und Dallas werden Zeiträume von vier bis sieben Jahren gemeldet (Sightline Climate über Bloomberg). Der obere Wert wird auf den Energieversorger Dominion Energy in Northern Virginia zurückgeführt und auch von der IEA genannt.

Das Ausmaß der neuen Nachfrage erklärt die Warteschlange. Grid Strategies bezifferte den Anstieg der US-Spitzenlast in den fünf Jahren bis 2030 auf 166 GW. Davon entfallen etwa 90 GW, also rund 55 %, auf Rechenzentren. Die eigene Schätzung des DOE liegt bei annähernd 100 GW, wovon etwa die Hälfte Rechenzentren zuzurechnen ist (Grid Strategies, National Load Growth Report 2025; US DOE, 2025). Beide Organisationen weisen darauf hin, dass die Anschlussanfragen bei den Versorgungsunternehmen die tatsächliche Nachfrage aufgrund von Doppelzählungen überzeichnen.

Die Betreiber warten nicht ab. Ein wachsender Anteil errichtet Erzeugungsanlagen hinter dem Netzanschlusspunkt, überwiegend auf Gasbasis: Eine Analyse identifiziert 46 Rechenzentren mit einer geplanten Erzeugungskapazität hinter dem Netzanschlusspunkt von insgesamt etwa 56 GW. Dies entspricht annähernd 30 % der US-Projektpipeline, wobei rund 90 % dieser Projekte allein 2025 angekündigt wurden (Cleanview, berichtet über Distilled Earth). Goldman Sachs Research erwartet, dass Systeme hinter dem Netzanschlusspunkt bis 2030 ein Viertel bis ein Drittel des zusätzlichen Strombedarfs von Rechenzentren decken werden (Goldman Sachs, 2026). Für die Kühlung ist die Stromerzeugung vor Ort in zweifacher Hinsicht relevant: Sie legt den verfügbaren Leistungsrahmen fest und erzeugt neben der IT-Last eigene Abwärme.

Ressource zwei: Wasser

Wasser hat sich von einem betrieblichen Detail zu einem entscheidenden Faktor bei der Standortwahl entwickelt. Der direkte Kühlwasserverbrauch von US-Rechenzentren erreichte 2023 etwa 66 Milliarden Liter, annähernd 17,4 Milliarden Gallonen, und dürfte bis 2028 stark steigen (LBNL, 2024, als Primärquelle; wiedergegeben in AWWA, 2025, und Environmental Law Institute, 2026). Cooling the Cloud von AWWA prognostiziert, dass der jährliche Direktverbrauch bis 2028 auf 38 bis 73 Milliarden Gallonen steigen wird.

Der Zielkonflikt ist der Teil, den Ingenieure nicht durch die Planung beseitigen können. Wird der Wasserverbrauch durch Luftkühlung oder geschlossene Kühlkreisläufe gesenkt, steigt der Stromverbrauch, und die Erzeugung dieses Stroms verbraucht ihrerseits vorgelagert Wasser. Landon Marston von Virginia Tech schätzt, dass 75 bis 90 % des gesamten Wasserfußabdrucks eines Rechenzentrums nicht am Standort selbst, sondern bei der Stromerzeugung entstehen. Eine Anlage kann Wasser und Strom nicht unabhängig voneinander optimieren. Die Verbesserung einer Kennzahl, WUE, verschlechtert häufig die andere, PUE.

Der öffentliche Widerstand gegen den Wasser- und Flächenverbrauch hat sich verhärtet. Im April 2026 gab es in etwa 69 US-Bundesstaaten und Kommunen aktive Moratorien für Rechenzentren. Eine Gallup-Umfrage vom März 2026 ergab, dass etwa sieben von zehn Amerikanern Rechenzentren in ihrer Umgebung ablehnen, wobei 48 % entschieden dagegen sind (Gallup, 2026). Die finanziellen Auswirkungen sind erkennbar: Data Center Watch erfasste US-Projekte im Wert von 64 Milliarden US-Dollar, die zwischen 2023 und Anfang 2025 blockiert oder verzögert wurden. Allein im zweiten Quartal 2025 waren es dann schätzungsweise 98 Milliarden US-Dollar (Data Center Watch, 2025). Wo Wassergenehmigungen den Reibungspunkt bilden, kann das Kühlkonzept mit dem geringsten Wasserbedarf über den Standort entscheiden, selbst wenn dies mit einem höheren Stromverbrauch verbunden ist.

Ressource drei: Wärme

Strom und Wasser sind Einschränkungen, die bewältigt werden müssen. Wärme ist die Ressource, die die Branche erst jetzt als Vermögenswert zu behandeln lernt, und die Kluft zwischen Europa und den Vereinigten Staaten ist deutlich.

In der Europäischen Union wird die Wiederverwendung zunehmend verpflichtend statt optional. Die Energieeffizienzrichtlinie verlangt von Rechenzentren mit einer IT-Eingangsleistung von mehr als 1 MW, Abwärme zu nutzen oder einen anderen Rückgewinnungsweg einzusetzen, sofern dies nicht technisch oder wirtschaftlich undurchführbar ist. Das deutsche Energieeffizienzgesetz geht mit festen Zahlen noch weiter: PUE von höchstens 1,5 bis Mitte 2027 und 1,3 bis 2030 für bestehende Standorte, 1,2 für Standorte, die ab Juli 2026 in Betrieb genommen werden, sowie ein Energy Reuse Factor, der von 10 % im Jahr 2026 auf 20 % bis 2028 steigt (Zusammenfassung des deutschen EnEfG durch White & Case, 2024). Diese Zielwerte sind im Wandel begriffen. Ein im April 2026 veröffentlichter Änderungsentwurf sieht eine Lockerung der PUE-Obergrenzen vor, nachdem Deutschland eine EU-Umsetzungsfrist versäumt hatte (Orrick, 2026). Die Entwicklungslinie bleibt dennoch bestehen: In Europa hat die Wärme eines Standorts inzwischen einen Abnehmer, und das Kühlsystem wird so ausgelegt, dass es diese Wärme mit einer nutzbaren Temperatur bereitstellt.

In den Vereinigten Staaten entweicht dieselbe Wärme größtenteils ungenutzt. Beim Ausbau gasbasierter Erzeugung hinter dem Netzanschlusspunkt geht es um die Sicherung der Stromversorgung und nicht um die Wiederverwendung, während Wärmenetze, die diese Wärme aufnehmen könnten, weiterhin selten sind. Das Beratungsunternehmen Cundall hat argumentiert, dass das deutsche Gesetz die Abwärmenutzung zu einer nationalen Priorität macht und die Spezifikation von Systemen verändert. Als Beispiel nennt es Projekte wie das FRANKY-Konzept in Frankfurt (Cundall, 2026). Eine Verpflichtung zur Wärmenutzung begünstigt auf Wärmepumpen basierende Architekturen und hohe Temperaturhübe, bei denen Systeme mit natürlichen Kältemitteln ihren deutlichsten Vorteil besitzen.

Von der Ressource zum Kältemittel

Werden die drei Ressourcen zusammen betrachtet, entsteht eine grobe Entscheidungskarte, die bis zum Kältemittel reicht.

Wo die Stromversorgung die Einschränkung darstellt und das Klima kühl ist, maximiert die Auslegung die freie Kühlung und minimiert die Betriebsstunden der Verdichter. Kaltwassersätze mit natürlichen Kältemitteln konkurrieren hier über ihre Effizienz. Zudek berichtet, dass ein Ammoniak-Kaltwassersatz (R717), der eine R407C-Anlage ersetzte, jährlich 2.131 Stunden mit freier Kühlung betrieben wurde, gegenüber 195 Stunden bei der älteren Maschine. Der Energieverbrauch sank um 43 %, und jährlich wurden 185.752 Euro eingespart (ATMOsphere, 2025). In Hamburg lieferte Secon an Penta Infra sechs luftgekühlte Propan-Kaltwassersätze (R290), die bis zu 80 % der jährlichen Betriebsstunden mit freier Kühlung erreichen, bei einem EER von 4,15 und einem PUE-Zielwert von 1,2 (ATMOsphere, 2025).

Wo Wasser die Einschränkung darstellt, akzeptiert die Auslegung einen höheren Stromverbrauch, um Verdunstungsverluste zu vermeiden, und Tauchkühlung wird zu einer Option. BAC berichtet, dass eine einphasige Tauchkühlungsanlage am Standort Skybox Houston One selbst in Houston ganzjährig mit freier Kühlung arbeitet. Ihre Total Usage Effectiveness liegt bei annähernd 1,15, gegenüber etwa 1,60 bei einem luftgekühlten Kaltwassersatz mit CRAH-Einheiten, und ihr Kühlenergieverbrauch ist rund 80 % geringer (BAC, über ATMOsphere). TUE selbst ist keine herstellerspezifische Kennzahl: Sie wurde in einer 2013 begutachteten wissenschaftlichen Arbeit definiert, am Oak Ridge National Laboratory angewandt und ist von jedem Anbieter unabhängig (Energy Efficient HPC Working Group; siehe Uptime Institute zur Übernahme der Kennzahl, 2025).

Wo die Wärmenutzung den Werttreiber darstellt, wird die Auslegung zu einer Wärmepumpe. Die Anlage von Fenagy in Kajaani, Finnland, nutzt Wärmepumpen mit Isobutan (R600a) und Propan (R290), um aus 13,5 MW IT-Last rund 18 MW Wärme für ein Wärmenetz zu erzeugen, das etwa 3.500 Haushalte versorgt. Die Heiz-COP-Werte liegen zwischen 4,2 und 5,0. Das Konzept setzte sich in einer offenen Ausschreibung bei Preis, COP und technischer Auslegung gegen Optionen mit HFC und HFO durch (Fenagy, über ATMOsphere). Dabei wird das Kältemittel durch die Wärmeressource und nicht durch die Wärmelast bestimmt.

Die Regulierung verengt den Auswahltrichter weiter. Ab dem 1. Januar 2027 verbieten die EU-Vorschriften stationäre Kaltwassersätze mit mehr als 12 kW, die F-Gase mit einem GWP von 750 oder mehr enthalten, sofern nicht aus Sicherheitsgründen etwas anderes erforderlich ist (Europäische Kommission). Für viele EU-Standorte schließt dies bei Neubauten einen großen Teil des synthetischen Angebots aus und lenkt die Auswahl in Richtung R717, R290, R744 oder Alternativen mit niedrigem GWP.

Warum natürliche Kältemittel nicht immer zwangsläufig gewinnen

Die Ressourcenkarte endet nicht immer bei einem natürlichen Kältemittel. Propan im Megawattmaßstab auf einem städtischen Dach bringt eine Brandlast mit sich, die einige Betreiber nicht akzeptieren werden. Enrico Boscaro von Carel, Vorsitzender der Eurovent-Arbeitsgruppe für IT-Kühlung, hat genau auf dieses Problem hingewiesen und erwartet, dass sich viele neue Marktteilnehmer in den USA standardmäßig für R32 entscheiden werden (Carel; Eurovent). Vertiv hat in Betreiberumfragen festgestellt, dass die Wasserverfügbarkeit als geäußerte Sorge bei der Standortwahl weit hinter der Stromversorgung rangiert. Dies erschwert die Annahme, dass Wasserknappheit die Auslegung überall bestimmen wird (Vertiv, zitiert in AWWA). Stulz verfolgt mit Kältemitteln wie R454C und R1234ze einen Weg auf Basis von A2L und synthetischen Kältemitteln mit niedrigem GWP, statt sich auf natürliche Kältemittel festzulegen. Danfoss wiederum beschreibt die schrittweise Reduzierung von F-Gas als Portfoliofrage, die beide Lager umfasst (Stulz; Danfoss). Ein ehrlicher Rahmen betrachtet das natürliche Kältemittel als häufige Antwort dort, wo Strom, Wasser oder Wärmenutzung den Ausschlag geben, nicht jedoch als zwangsläufiges Ergebnis.

Wie es weitergeht

Diese Analyse bildet die Logik von außen ab und stützt sich dabei auf öffentliche Daten und offengelegte Projekte. Der zweite Artikel dieser Reihe wird den Rahmen anhand der Praxis prüfen: wie Betreiber und Planer Strom, Wasser und Wärmenutzung tatsächlich gegeneinander abwägen, wenn sie ein System spezifizieren, wo die ressourcenorientierte Logik Bestand hat und wo sie an Vorschriften, Versicherungsanforderungen, Beschaffungskennzahlen und mangelnder Vertrautheit mit natürlichen Kältemitteln scheitert. Ziel ist es, von dem, was die Daten nahelegen, zu dem überzugehen, was die Personen, die diese Entscheidungen treffen, vor Ort beobachten.

Wir laden Stimmen aus der Branche ein, sich mit namentlich zitierbaren Beiträgen zu beteiligen. Besonders interessieren uns Betreiber von Rechenzentren und Colocation-Anbieter, Planungs- und Ingenieurberatungen, neutrale Analysten und Institute, die zu Effizienz- und Ressourcenkennzahlen arbeiten, Kältemittel- und Anlagenhersteller aus dem Lager der natürlichen ebenso wie der synthetischen Kältemittel sowie Regulierungsbehörden und Verbände, die diese Vorgaben gestalten.

Einen Eindruck vom Format vermittelt unsere jüngste Marktanalyse Über die Kältetechnik hinaus: Wie CO2-Systeme zur Energiezentrale des modernen Lebensmitteleinzelhandels werden. Sie stützte sich auf zehn Betreiber, Hersteller und unabhängige Fachleute aus Europa und Nordamerika, die jeweils namentlich und mit eigenen Daten zitiert wurden. 

Wenn Sie teilnehmen möchten, schreiben Sie dem Redaktionsteam unter info@refindustry.com oder wenden Sie sich direkt über LinkedIn an den Chefredakteur Sergei Mukminov.

Quellen

Primärquellen

Sekundärquellen

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