De verborgen impact van cloudopslag

Dit is blog 4 in de blogreeks over Green IT.

In de vorige blogpost stond de expansie van digitale data centraal. Hierbij stelden we vast dat een aanzienlijk deel van deze data (ruim 80 procent) na creatie nooit meer wordt gebruikt. In deze blog werpen we een blik op de cloud, waar deze data doorgaans een plek krijgt. Ook verkennen we de ecologische impact van deze alomtegenwoordige opslagmethode op ons klimaat.

Wolf in schaapskleren

Hoewel een ‘wolk’ – of cloud – een onschuldig beeld oproept, vertegenwoordigen datacenters in werkelijkheid lange rijen zoemende servers die toegankelijk zijn via een netwerkinfrastructuur. Deze datacentra draaien 24/7, het hele jaar door. Verschillende onderzoeken, waaronder het onderzoek 'Optimizing energy consumption for data centers' (1) door de Chinese onderzoeker Huigui Rong en zijn team uit 2016, geven aan dat deze centra alarmerend veel energie verbruiken.

Het hoge energieverbruik zit voornamelijk in het gebruik van elektriciteit door IT-apparatuur (servers en infrastructuur), koelapparatuur, evenals verlichting, stroomdistributie en andere vereisten. Het koelsysteem alleen al kan gemiddeld tot 40 procent van de energiebehoefte van een datacenter voor zijn rekening nemen (2).

Was vroeger alles beter?

Voor de opkomst van de cloudtechnologie werden gegevens veelal in huis (‘on-premise’) opgeslagen op lokale servers in speciale serverruimtes. Was dat milieuvriendelijker? Niet echt. Het artikel ‘Cloud infrastructure could be key to meeting climate goals’(3) laat zien dat cloudopslag gemiddeld vijf keer efficiënter is dan opslag op zogenaamde ‘on-premise’ servers.

De overstap van lokale opslag naar cloudopslag kan leiden tot een verlaging van 78 procent in energieverbruik en de daarmee samenhangende CO2-uitstoot, zo bleek uit een studie (4) naar cloudopslag in de Azië Pacific-regio. Een onderzoek door 451 Research (waarbij vermeld moet worden dat dit in opdracht van Amazon is uitgevoerd) kwam zelfs naar voren dat organisaties in Europa hun energieverbruik met bijna 80 procent kunnen verminderen door gegevensverwerking van lokale datacentra naar de cloud te verplaatsen. (5)

Soortgelijk onderzoek van Microsoft (opnieuw mogelijk een slager die zijn eigen vlees keurt) komt tot dezelfde conclusies. Samen met WSP USA onderzochten zij hoe de overstap van on-premise naar de cloud de CO2-voetafdruk vermindert. Resultaat: cloudoplossing Azure is 93 procent energiezuiniger en stoot 98 procent minder CO2 uit dan on-premise servers. (6)

Efficiënter gebruik van servercapaciteit vermindert energieverbruik

Het grote verschil in energieverbruik en CO2-uitstoot tussen de cloud en on-premise komt doordat datacentra een veel hoger en daarmee efficiënter gebruik van de servers kennen dan lokale serverparken. Volgens schattingen van de Amerikaanse Environmental Protection Agency benutten on-premise servers meestal slechts 5 tot 15 procent van de capaciteit van de servers, terwijl in de cloud vaak 50 procent of meer wordt benut. (7)

Sterk innoverende sector

Daar komt nog bij dat grote cloudleveranciers vooroplopen in de ontwikkeling van energie-efficiënte dataopslag. Ze zijn zich terdege bewust van de impact van digitale opslag op het klimaat. Onderzoek naar innovatie focust op verschillende aspecten, zoals het hergebruik van water dat wordt gebruikt voor het koelen van servers als warmtenet voor nabijgelegen huishoudens. Een voorbeeld is het gerealiseerde warmtenet in de nieuwe Tilburgse wijk Smariuskade (8) of de verwarming van studentenwoningen in Amsterdam (9).

Daarnaast worden forse investeringen gedaan in zon- en windparken om datacentra volledig te laten draaien op groene stroom, zoals het windpark in Wieringermeer (10) ten behoeve van de datacentra van Microsoft. Ook wordt gekeken hoe in bestaande datacentra nog meer data kan worden opgeslagen en komen alternatieve opslagmethoden aan bod (hierover in een volgende blog meer).

Met deze innovatiedrang loopt deze sector voorop in de energietransitie; zij verwacht in 2030 geheel CO2-neutraal (11) te zijn wat betreft energieverbruik. Tot slot wordt er actief onderzoek gedaan naar het gebruik van waterstof als energiebron en de opslag van energie in batterijparken om ons overbelaste elektriciteitsnet te ontlasten (12). Vraagstukken waar we op dit moment binnen de klimaattransitie nog geen antwoorden op hebben.

Jevons’ paradox

Je kunt nu achterover gaan leunen en denken dat het allemaal wel meevalt, maar zo is het niet. Hier ligt de Jevons’ paradox op de loer. Dit is een ecologisch-economisch concept dat stelt dat verbeteringen in de efficiëntie van het gebruik van een hulpbron (zoals brandstof en energie) niet noodzakelijkerwijs leiden tot een afname in het verbruik van die hulpbron. Sterker nog, we zien vaak dat het leidt tot een toename in het verbruik.

In 1865 voorspelde de Engelse William Stanley Jevons dat wanneer het gebruik van kolen in het Verenigd Koninkrijk efficiënter zou worden, dit het gebruik van kolen aantrekkelijker zou maken en de vraag naar kolen zou doen toenemen in plaats van afnemen.

Vertaald naar de IT-sector zien we dat met de voortschrijdende technologie, de hoeveelheid opgeslagen data exponentieel toeneemt. Het probleem wordt eigenlijk alleen maar erger, zeker als we als individuele gebruikers zelf geen actie ondernemen.

Als we denken aan de aanzienlijke hoeveelheid dark data (tot wel 81 procent), dan zouden we enorme hoeveelheden energie kunnen besparen door kritischer te zijn op wat we wel en niet langdurig opslaan. Bovendien zouden we dan de schaarse groene energie die nu datacentra van stroom voorziet, kunnen besteden aan het vergroenen van andere sectoren of huishoudens.

Checklist groene(re) datacentra

Wanneer je overweegt om data in de cloud op te slaan of van cloudleverancier te veranderen, is er een aantal aandachtspunten die je mee kunt nemen bij de selectie van je leverancier:

Energieverbruik:

o Soort stroom: gebruikt het datacenter groene of grijze stroom? Of een datacenter gebruikmaakt van groene stroom, kan worden aangetoond met een groencertificaat waarop de herkomst van de energie wordt vermeld.

o Hoe hoog is de power usage effectiveness (PUE-waarde)? Dit is een indicatieve maatstaf die aangeeft hoe efficiënt een datacenter is (13). Hierbij wordt gekeken naar de hoeveelheid energie die wordt gebruikt voor ondersteunende systemen, zoals koeling en noodstroomvoeding (UPS). Bij een PUE-waarde van 1,25 wordt op elke 100 Watt stroomverbruik van een server 25 Watt gebruikt voor ondersteunende systemen. Wereldwijd ligt deze score gemiddeld op 1.59, in Europa op 1.46 en in Nederland zelfs nog lager (rond de 1.3).

o Ecomodus en gebruik van groene software: deze verantwoordelijkheid ligt doorgaans bij de klanten van de datacentra (een vraag dus om te stellen aan je Saas (software as a service)-leverancier.

▪ Wordt gebruikgemaakt van optimalisatie van serversoftware?

▪ Wordt gebruikgemaakt van energie-efficiëntie functies in bestaande servers (denk hierbij bijvoorbeeld aan een slaapstand)?

Waterverbruik:

o Hoe hoog is de water utilisation effectiveness (WUE score)? Deze maatstaf geeft aan hoeveel water een datacenter nodig heeft om bij een bepaalde buitenluchttemperatuur en vochtigheid de gewenste zaaltemperatuur te behouden.

o Wat is de oorsprong van het koelwater? Wordt gebruikgemaakt van ruw water (geen drinkwaterkwaliteit) of drinkwater? Pompt en reinigt het datacenter zelf het water uit rioolzuiveringsinstallaties en waterbekkens?

o Wat gebeurt er met het water dat is gebruikt voor het koelen van het datacenter? Wordt dit gerecycled en worden daarbij wel of geen chemicaliën gebruikt?

Algehele milieu-impact:

o Is het datacenter in het bezit van een ISO 14001-certificaat? Organisaties met dit certificaat hebben een beleid op het gebied van milieumanagement. Ze optimaliseren hun processen en systemen om de negatieve impact op het milieu te minimaliseren, houden zich aan wetgeving en zien het verbeteren van deze punten als een continu proces.

Door deze criteria mee te nemen in de selectie van een cloudprovider kun je de CO2-impact beperken van de gegevens die je écht langdurig moet bewaren. In de volgende blog kijken we naar alternatieve opslagmedia voor langetermijnbewaring die nu al beschikbaar zijn of in de toekomst beschikbaar zullen komen.

Blogserie

Deze blogpost is onderdeel van een serie blogposts over Green IT geschreven in opdracht van de gelijknamige netwerkgroep van het Netwerk Digitaal Erfgoed (NDE). Deze netwerkgroep monitort de ontwikkelingen rondom Green IT en de impact van de voortschrijdende digitalisering op het klimaat. Specifiek wordt daarbij gekeken naar de (toenemende) digitalisering binnen de erfgoedsector.

Eerder verschenen in deze blogserie

Thema: Introductie Green IT

1 De dubbele rol van IT in duurzaamheid

2. De noodzaak van een duurzaamheidskader voor de erfgoedsector

Thema: Dataopslag

3. De digitale databerg

Gebruikte bronnen

(1) Rong, Huigui e.a., ‘Optimizing energy consumption for data centers’, In: Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 58, mei 2016, pagina’s 674-691.

(2) Avgerinou, Maria e.a., ‘Trends in Data Centre Energy Consumption under the European Code of Coduct for Data Centre Energy Efficiency’ JCR Technical Reports, 2017.

(3) Sambhi, Sonia, ‘Cloud infrastructure could be key to meeting climate goals’ gepubliceerd op 15 oktober 2021.

(4) iBestuur, ‘Waarom overstappen naar de cloud onderdeel zou moeten zijn van uw duurzaamheidsstrategie’, gepubliceerd op 22 februari 2022.

(5) Solimas, ‘Hoe de cloud bijdraagt aan een beter klimaat’ verwijst naar het rapport ‘The Carbon benefits of cloud computing’.

(6) NDRC Issue brief, ‘Is Cloud Computing Always Greener?: Finding the Most Energy and Carbon Efficient Information Technology Solutions for Small and Medium Sized Organizations’, gepubliceerd in oktober 2012.

(7) S&P Global Market Intelligence Black&White, ‘The Carbon Reduction Opportunity of Moving to the Cloud for APAC’ gepubliceerd in juli 2021.

(8) Vodafone, ‘2025: VodafoneZiggo datacenter verwarmt woonwijk in Tilburg’, geraadpleegd 5 oktober 2023.

(9) Nikhef, ‘Datacenter Nikhef verwarmt nog eens 720 studentenwoningen’, gepubliceerd op 14 november 2019.

(10) Tweakers, ‘Microsoft neemt tien jaar lang alle energie af van nieuw windmolenpark Nuon’, gepubliceerd op 2 november 2017.

(11) Dutch Data Center Association, ‘Datacenters & Duurzaamheid 2021 : duurzame groei door de digitale infrastructuur’, gepubliceerd in april 2021.

(12) Het onderzoek naar opslag van groene energie staat ook in het bovengemelde rapport van de Dutch Data Center Association.

(13) Hierbij dient wel een kritische nood geplaatst te worden dat de PUE-waarde voornamelijk iets zegt over hoe de eigenaar van een datacenter omgaat met duurzaam ondernemen. Het getal zegt immers niets over hoeveel stroom er in totaliteit in het datacenter opgaat. Een goed artikel dat hierop ingaat is het artikel ‘PUE: Cold Con-Fusion in the Data Center’.