Rechenzentren und Batterien: Wie BESS das Spiel verändert

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Stellen Sie sich ein Rechenzentrum vor, das auch dann weiter funktioniert, wenn das Netzwerk ausfällt.Den Stromverbrauch drastisch zu senken und damit den CO₂-Fußabdruck zu verringern, ist keine Zukunftsmusik mehr. All das ist möglich dank der Energiespeichersysteme mit Batterien (BESS), die sich von einem Experiment zu einem Schlüsselelement in der elektrischen Architektur moderner Rechenzentren entwickelt haben.

Die Rahmenbedingungen könnten nicht schwieriger sein.Rechenzentren verbrauchen bereits rund 2 % des weltweiten Stromverbrauchs, und Prognosen deuten darauf hin, dass sich dieser Wert bis 2030 aufgrund des Cloud-Computing verdoppeln könnte. IA und rund um die Uhr verfügbare digitale Dienste. Gleichzeitig sind die Stromnetze veraltet, überlastet und anfällig für extreme Wetterereignisse, während Unternehmen immer ehrgeizigere Dekarbonisierungsziele verfolgen. Inmitten dieser komplexen Situation haben sich Batterien zu einem wichtigen Verbündeten entwickelt, um die Verfügbarkeit zu gewährleisten, Kosten zu senken und die Nachhaltigkeit zu verbessern.

Das wachsende Energieproblem in Rechenzentren

Die Anzahl und Größe von Rechenzentren ist weltweit sprunghaft angestiegen.Allein in den Vereinigten Staaten gab es Anfang 2025 über 5.400 Rechenzentren – mehr als zehnmal so viele wie in jedem anderen Land. Das US-Energieministerium schätzt, dass Rechenzentren um das Jahr 2028 bis zu 12 % des nationalen Strombedarfs ausmachen könnten, verglichen mit nur 1 % vor zehn Jahren.

Weltweit betrachtet liegt der Energieverbrauch von Rechenzentren Es wird erwartet, dass die Kapazität im Jahr 2030 bei rund 945 TWh liegen wird, mehr als doppelt so viel wie im Jahr 2023. In einigen Regionen ist die Installationsdichte so hoch, dass die Netze bereits Kapazitätsprobleme, Verzögerungen bei den Verbindungen und Engpässe beim Anschluss neuer erneuerbarer Energieerzeugungsanlagen oder neuer Rechenzentrumscampusse aufweisen.

Netzwerkfragilität ist kein theoretisches Szenario mehr.Im Jahr 2024 führte ein Ausfall einer Übertragungsleitung in den USA zu einem abrupten Stromausfall von rund 1.500 MW in Rechenzentren, was in etwa dem Ausfall eines großen Kraftwerks entspricht. Darüber hinaus verzeichnete der durchschnittliche US-amerikanische Nutzer im Jahr 2020 etwa 8 Stunden Stromausfall pro Jahr, wobei es in Extremfällen zu 30 bis 60 Stunden kumulierter Unterbrechungen kam.

Für einen Rechenzentrumsbetreiber sind wenige Sekunden ohne Strom eine Katastrophe.Studien des Uptime Institute beziffern die Kosten von Ausfallzeiten in Unternehmensanlagen auf 100.000 bis 500.000 US-Dollar pro Stunde, ohne Berücksichtigung von Reputationsschäden oder Vertragsstrafen. Die Rechnung ist eindeutig: erhöhte Abhängigkeit von Strom, größeres Netzausfallrisiko und potenziell verheerende wirtschaftliche Folgen bei jedem Ausfall.

Bislang war die klassische Lösung die Kombination aus USV und Dieselgenerator.Generatorbatterien (Motor-Generator) dienen seit Jahrzehnten als Notstromversorgung, weisen jedoch erhebliche Nachteile auf: hohe Emissionen von CO₂, NOx und Feinstaub; Lärmbelästigung; aufwändige Kraftstoffversorgung; hoher Wartungsaufwand; und typische Anlaufzeiten von 5 bis 15 Sekunden, die eine Überdimensionierung der USV-Anlagen erforderlich machen. Darüber hinaus stehen sie außer bei Tests und Notfällen meist still, was sie zu einer teuren und ungenutzten Anlage macht.

Regulatorischer und sozialer Druck setzt Dieselkraftstoff unter Druck.Branchenriesen wie Microsoft und Google haben angekündigt, Dieselgeneratoren als Notstromversorgung schrittweise abzuschaffen: Microsoft hat sich zum Ziel gesetzt, bis 2030 vollständig auf Diesel umzusteigen, und Google testet bereits in großem Umfang Batterien als Ersatz für Generatoren in Rechenzentren in ganz Europa. Die Botschaft der Branche ist eindeutig: Eine sauberere, leisere, flexiblere und intelligentere Alternative ist gefragt.

Was ist ein Batteriespeichersystem (BESS) und wie wird es in ein Rechenzentrum integriert?

Ein BESS (Batteriespeichersystem) ist im Wesentlichen ein großer, intelligent verwalteter Batteriespeicher.Es kann Strom speichern und bei Bedarf wieder abgeben. In einem Rechenzentrum ist es in die elektrische Infrastruktur (USV, Schaltanlagen, Transformatoren und gegebenenfalls Generatoren) integriert und dient als ultraschnelle Stromreserve.

Der Hauptunterschied im Vergleich zu einem Generator ist die Geschwindigkeit.Während ein Dieselgenerator mehrere Sekunden zum Anlaufen und Synchronisieren benötigt, ist ein Batteriespeichersystem (BESS) in Millisekunden betriebsbereit. Moderne Wechselrichter und Lithium-Ionen-Batterien ermöglichen Schaltzeiten von typischerweise unter 50 ms – so schnell, dass es IT-Teams kaum auffällt. In der Praxis fungiert das BESS als leistungsstarke, langlebige USV.

Aber BESS ist nicht nur für Stromausfälle gedachtSein wahres Potenzial entfaltet es als aktives Energiemanagement-Instrument: Es kann in Schwachlastzeiten oder mit überschüssiger erneuerbarer Energie geladen, in Spitzenzeiten entladen, die Nachfragekurve glätten, dem Netz Hilfsdienstleistungen (Frequenzregelung, Spannungsstützung) bereitstellen und an Lastmanagementprogrammen teilnehmen. Es ist nicht länger eine „eigenständige Versicherung“, sondern ein täglich nutzbares Gut.

Der wirtschaftliche Faktor hat sich in den letzten Jahren dramatisch verändert.Die Kosten für Lithium-Ionen-Batterien sind zwischen 2020 und 2024 um rund 20 % gesunken, und Massenproduktion von Batterien Diese Entwicklung hat sich beschleunigt, und die installierte Kapazität von Batteriespeichersystemen in Märkten wie Kalifornien und Texas ist von praktisch null im Jahr 2018 auf insgesamt mehr als 22 GW im Jahr 2024 gestiegen. Der Fokus hat sich von der bloßen Installation vieler MW hin zur korrekten Dimensionierung der Energie in MWh, d. h. der tatsächlichen Backup-Dauer, verlagert.

Für ein Rechenzentrum bedeutet dies modulare Systeme, die so ausgelegt sind, dass sie die Last über Stunden aufrechterhalten können.Nicht nur für die typischen 5–10 Minuten einer klassischen USV. Heutzutage sind Konfigurationen üblich, die bei Volllast zwischen 60 und 120 Minuten Autonomie bieten, und Projekte mit einer Laufzeit von 4–8 Stunden werden bereits realisiert, insbesondere in Umgebungen mit hohem Anteil erneuerbarer Energien oder schwachen Netzen.

Hauptvorteile von BESS in Rechenzentren

Das BESS bietet einen ganz klaren dreifachen Nutzen.Eine radikale Verbesserung der Verfügbarkeit, eine Senkung der Energiekosten und ein bedeutender Fortschritt in Sachen Nachhaltigkeit. Schauen wir uns das genauer an.

Unterbrechungsfreie Stromversorgung und extreme Widerstandsfähigkeit

Die absolute Priorität eines jeden Betreibers ist die hohe Verfügbarkeit und BetriebszeitUnd genau hier liegt der Vorteil von Batterien. Dank ihrer Reaktionszeit in Millisekunden überbrückt das Batteriespeichersystem Spannungsabfälle, kurze Stromausfälle und sogar vollständige Stromausfälle, ohne dass die Server von der Stromversorgung abgeschnitten werden. Google hat beispielsweise in seinem Rechenzentrum im belgischen St. Ghislain demonstriert, dass eine 2,5-MWh-Batterie den Betrieb der Anlage während eines tatsächlichen Stromausfalls aufrechterhalten und so Verluste in Millionenhöhe verhindern kann.

In Schweden hat Microsoft ein Batteriespeichersystem mit einer Kapazität von 16 MWh und 24 MW implementiert. In einem Rechenzentrum ersetzt dieses System eine große Anzahl von Dieselgeneratoren und bietet unter Volllast eine Autonomie von etwa 80 Minuten – mehr als ausreichend für die meisten Ereignisse im lokalen Netzwerk. Es kann das Netzwerk auch bei einem Black-Boot-Szenario oder während der Wiederherstellung nach einem größeren Ausfall unterstützen.

Auch hinsichtlich der intrinsischen Zuverlässigkeit schneidet die Batterie am besten ab.Lithium-Ionen-Systeme zeichnen sich durch wenige bewegliche Teile, kontinuierliche Überwachung und Selbstdiagnosefunktionen aus. Ein gut konzipiertes Batteriespeichersystem (BESS) kann Verfügbarkeitsraten von über 99,9 % erreichen, während Dieselgeneratoren häufig beim Anlaufen ausfallen. Die Wahrscheinlichkeit, dass sie „gerade dann nicht anspringen, wenn man sie am dringendsten braucht“, ist deutlich geringer.

Darüber hinaus gibt es weitere praktische Vorteile, die sich im täglichen Betrieb bemerkbar machen.: geringerer Wartungsaufwand (kein Ölwechsel oder Kraftstoffmanagement), verbesserte Wellenqualität (Oberschwingungsfilterung, Dämpfung von Durchhang und Dünung), Möglichkeit zur Schaffung von Mikronetzen mit lokaler erneuerbarer Energieerzeugung und Fähigkeit, längere Stromausfälle durch die Kombination von BESS mit anderen Energiequellen wie Brennstoffzellen oder sauberen Gasturbinen zu überstehen.

In Extremszenarien die Kombination aus Batteriespeichersystem und alternativer Stromerzeugung Dadurch kann der Generator weit weniger Stunden laufen und nur dann die Batterien aufladen, wenn der Stromausfall länger als erwartet dauert. Dies reduziert Lärm, Emissionen und logistische Risiken im Zusammenhang mit der Dieselversorgung erheblich.

Reduzierung der Energiekosten und Optimierung der Betriebskosten

Neben der Versorgungssicherheit ist BESS ein sehr wirksames Instrument zur Senkung der Stromrechnungen.Rechenzentren zahlen nicht nur für den Stromverbrauch in Kilowattstunden (kWh), sondern auch für die in jedem Abrechnungszeitraum erreichte Spitzenlast (kW). Diese Spitzenlasten können, selbst wenn sie nur gelegentlich auftreten, zwischen 30 % und 70 % der Gesamtkosten ausmachen.

Durch Strategien zur Spitzenlastkappung und Lastverschiebung fungiert das Batteriespeichersystem als „Puffer“ zwischen dem Netzwerk und der IT-Last.Es lädt sich in Schwachlastzeiten auf, wenn Energie günstiger ist (nachts, am Wochenende oder bei hoher Windstromerzeugung), und entlädt sich in Spitzenzeiten, um die Belastung des Stromnetzes zu reduzieren. Das NREL schätzt, dass ein Rechenzentrum mit einer entsprechenden Strategie bis zu 30 % seiner jährlichen Energiekosten einsparen kann.

In der Praxis bedeutet dies Investitionen in Millionenhöhe pro Jahr in Hyperscale-Anlagen.An der US-Westküste wurden Fälle dokumentiert, in denen ein Batteriesystem zur Lastspitzenbewältigung die Energiekosten um rund 15 % senken konnte und die Anlage zudem vor plötzlichen Preisspitzen am Strommarkt während Stromnetzstörungen schützte.

Diese Einsparungen kommen zusätzlich zu den potenziellen Einnahmen aus der Teilnahme an Märkten für Netzwerkdienste hinzu.Manche Netzbetreiber zahlen Großverbrauchern, die ihren Bedarf reduzieren oder in kritischen Zeiten Energie einspeisen können. Ein Rechenzentrum mit Batteriespeichersystem (BESS) kann Frequenzregelung, schnelle Notstromversorgung oder Lastmanagement anbieten und dies in Rechnung stellen, ohne dass der Endkunde davon etwas merkt.

Die Gesamtbetriebskostenrechnung verbessert sich durch Steueranreize und Subventionen noch weiter.In den Vereinigten Staaten sieht der Inflation Reduction Act eine Investitionssteuergutschrift von 30 % für autarke Energiespeichersysteme vor, was Batterieprojekte in den Rechenzentren großer Technologieunternehmen beschleunigt hat. Diese Gutschrift kann durch regionale Subventionen ergänzt werden, die an Resilienz, Energieeffizienz oder die Integration erneuerbarer Energien gekoppelt sind.

Nachhaltigkeit, erneuerbare Energien und regulatorischer Druck

Das Batteriespeichersystem (BESS) ist eine grundlegende Komponente, damit ein Rechenzentrum wirklich "grün" sein kann.Zum einen werden die Emissionen direkt reduziert, indem der Einsatz von Dieselgeneratoren bei Tests und Notfällen ersetzt wird, und zum anderen wird die BatterierecyclingprozessAndererseits ermöglicht es die Maximierung des Eigenverbrauchs von erneuerbarer Energie sowohl vor Ort (z. B. Photovoltaik auf dem Dach) als auch durch vertraglich vereinbarte Stromabnahmeverträge (PPAs).

Durch die Speicherung von überschüssiger Solar- oder Windenergie bei hoher Produktion und geringer NachfrageBatteriespeichersysteme (BESS) ermöglichen den Betrieb von Anlagen mit sauberer Energie auch dann, wenn die Sonne nicht scheint oder der Wind schwach ist. Apple hat beispielsweise gezeigt, dass durch die Kombination von Batterien und Photovoltaik das Rechenzentrum in Nevada zu rund 80 % mit Solarenergie betrieben werden kann, obwohl die Anlage nur tagsüber Strom erzeugt.

Meta und andere Betreiber haben jährliche Reduzierungen von Zehntausenden oder Hunderttausenden Tonnen CO₂ quantifiziert. Durch den Übergang von herkömmlichen, netzbetriebenen Dieselsystemen zu Modellen, die durch erneuerbare Energien und leistungsstarke Batteriespeichersysteme (BESS) unterstützt werden, werden die lokalen Auswirkungen von Motorenlärm und Umweltverschmutzung beseitigt, ein kritischer Faktor in städtischen Gebieten oder in der Nähe von Wohngebieten.

Aus regulatorischer Sicht trägt die Batteriespeicherung dazu bei, immer strengere Richtlinien und Vorschriften einzuhalten.Die Europäische Union strebt bis 2030 eine Emissionsreduktion zwischen 40 % und 55 % an und konzentriert sich bereits auf die Energieeffizienz von Rechenzentren. Städte wie Amsterdam und Singapur haben aufgrund des Energieverbrauchs und der Emissionen sogar Moratorien für neue Rechenzentren erwogen. Projekte mit Gebäudeenergieeffizienzsystemen (BESS) und einem hohen Anteil erneuerbarer Energien können bei der Genehmigungserteilung entscheidend sein.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass BESS ein gleichzeitiger Hebel für Resilienz, Einsparungen und Dekarbonisierung ist., etwas sehr Wirkungsvolles in einem Sektor, der in ESG-Fragen der genauen Beobachtung von Kunden, Regulierungsbehörden und Investoren unterliegt.

Batterien in Rechenzentren: Blei-Säure vs. Lithium-Ionen und darüber hinaus

Historisch gesehen war die VRLA-Batterie (Release-Acid Lead-Acid) die Königin der USV-Systeme.Aufgrund der geringen Anschaffungskosten und der bewährten Leistung nach jahrzehntelangem Einsatz. Der Übergang zu Lithium-Ionen-Akkus in Rechenzentren ist jedoch bereits Realität und verändert die Art und Weise, wie Notstromversorgungen konzipiert werden, grundlegend.

Lithium-Ionen-Batterien (Li-Ionen-Batterien) verwenden Lithiumverbindungen in den Elektroden. Sie werden in Zellen, Module und komplette Systeme unterteilt. Sie bieten eine hohe Energiedichte, liefern auch bei sinkendem Ladezustand stabil Leistung und überstehen deutlich mehr Ladezyklen als Blei-Säure-Batterien. Technologien wie LFP (Lithium-Eisenphosphat), NMC (Nickel-Mangan-Kobalt) oder spezielle Konfigurationen wie NMC/LTO finden in anspruchsvollen Industrieanwendungen immer häufiger Verwendung.

Im Vergleich zu Bleiakkumulatoren bieten Lithium-Ionen-Akkus mehrere klare Vorteile.Zu den Vorteilen zählen: höhere Energiedichte (mehr Kapazität auf kleinerem Raum), eine deutlich längere Lebensdauer (typischerweise 10–15 Jahre im Vergleich zu 3–5 Jahren bei vielen VRLA-Batterien), hohe Lade-/Entladeeffizienz und geringerer Wartungsaufwand. In manchen Fällen erreicht ein Lithium-Ionen-System 2.500 Ladezyklen, verglichen mit 1.500 bei einem guten Bleiakkumulator, wodurch die Anzahl der Batteriewechsel über die gesamte Lebensdauer der Anlage drastisch reduziert wird.

Darüber hinaus ermöglichen Lithiumbatterien den Betrieb bei höheren Temperaturen.Diese Batterien erreichen Temperaturen von bis zu 55 °C, was in Rechenzentren zu geringeren Anforderungen an die Klimatisierung des Batterieraums, größerer Flexibilität bei der Standortwahl und Einsparungen bei den Investitions- und Betriebskosten für die Kühlung führt. Sie benötigen zudem weniger Platz und sind deutlich leichter – ein entscheidender Faktor in Gebäuden mit baulichen Einschränkungen.

All dies führt zu deutlich niedrigeren Gesamtbetriebskosten (TCO). Trotz der höheren Anfangsinvestitionen deuten Branchenanalysen auf eine Reduzierung der Gesamtbetriebskosten um 30-50 % über einen Zeitraum von 10 Jahren hin, wenn VRLA-Batterien in USV- und BESS-Systemen durch Lithium-Ionen-Batterien ersetzt werden. Dies ist auf die Kombination aus geringerem Wartungsaufwand, weniger Austausch, höherer Effizienz und damit verbundenen Energieeinsparungen zurückzuführen.

Der Markt beschränkt sich jedoch nicht auf Blei-Säure- und Lithium-Ionen-Batterien.Kommerzielle Lösungen mit Natrium-Ionen- und Nickel-Zink-Batterien gewinnen zunehmend an Bedeutung und versprechen Vorteile hinsichtlich Kosten, Sicherheit und Nachhaltigkeit (beispielsweise durch die Reduzierung des Kobalt- oder Nickelverbrauchs). Hersteller wie Natron Energy investieren massiv in Produktionsanlagen für Natrium-Ionen-Batterien, die unter anderem für Rechenzentrumsanwendungen konzipiert sind.

Unterdessen gewinnen Technologien wie Nickel-Zink bei USV-Lösungen an Bedeutung. Umweltfreundlicher, wie jüngste Vereinbarungen zwischen USV-Anbietern und Herstellern dieser Batterieart belegen. Obwohl ihre Verbreitung im Vergleich zu Lithium-Ionen-Akkus noch gering ist, deutet der Trend auf einen vielfältigeren Technologiemix im nächsten Jahrzehnt hin.

Von USV + Diesel zu aktivem BESS: neuer Architekturstandard

Die erste Phase dieser Revolution bestand im direkten Ersatz von VRLA- durch Lithium-Ionen-Akkus in USV-Systemen.Die Topologie bleibt gleich (klassische USV mit internen Batterien oder dedizierten Racks), jedoch wird eine deutlich robustere Speichertechnologie eingesetzt. Allein dieser Schritt verbessert bereits die Zuverlässigkeit und senkt die Gesamtbetriebskosten.

Die zweite Phase, die bereits angelaufen ist, besteht darin, von „passiven USV-Anlagen“ auf „aktive Batteriespeichersysteme“ umzusteigen.Hier ändert sich das Konzept: Anstatt einer Batterie, die nur für wenige Minuten ausgelegt ist, bis der Generator anspringt, wird ein Speichersystem mit mittlerer oder hoher Kapazität (mehrere zehn MWh) mit netzbildenden Wechselrichtern entwickelt, das gleichzeitig als USV und als temporäres „Kraftwerk“ fungieren kann.

In dieser neuen Architektur kann ein einzelnes Batteriespeichersystem mittlerer/hoher Kapazität die USV + Generator-Kombination ersetzen. In vielen Anwendungsfällen bietet es Reaktionszeiten im Millisekundenbereich, Spannungs-/Frequenzunterstützung und eine Akkulaufzeit von mehreren Stunden. Wo extrem lange Akkulaufzeiten erforderlich sind, kann es mit alternativer Energieerzeugung kombiniert werden, wobei der Akku im Mittelpunkt steht.

Diese Änderung vereinfacht die elektrische Infrastruktur des Rechenzentrums erheblich.Weniger mechanische Bauteile, weniger potenzielle Fehlerquellen, geringerer Platzbedarf für Kraftstofftanks und Hilfssysteme sowie eine kürzere, effizientere Antriebskette (besserer PUE-Wert). Da es sich zudem um ein vollelektronisches System handelt, sind die Überwachungs- und Steuerungsmöglichkeiten wesentlich detaillierter.

Eine interessante Konsequenz dieses Modells ist die veränderte Rolle des Rechenzentrums im Verhältnis zum Netzwerk.Es verliert seine Problematik und erfordert nicht länger punktuell hohe Leistungsabgaben, sondern wird zu einer flexiblen Ressource, die zur Stabilisierung des Stromnetzes beiträgt. Dies verbessert die Verhandlungsposition des Netzbetreibers hinsichtlich Anschlussgenehmigungen und Kapazitätserweiterungen – ein besonders wichtiger Aspekt in Gebieten, in denen das Netz bereits an seiner Leistungsgrenze arbeitet.

Die Schlüsselrolle von Software und intelligentem BESS-Management

Ein BESS ohne ein gut funktionierendes Kontrollhirn ist wie ein Ferrari mit platten Reifen.Der Schlüssel liegt in der Asset Performance Management (APM)-Software und den Batteriemanagementsystemen (BMS), die entscheiden, wann geladen und wann entladen wird, wie die Lebensdauer der Zellen geschützt wird und wie mit dem Netzwerk und der übrigen Infrastruktur des Rechenzentrums interagiert wird.

Moderne Plattformen, viele davon unterstützt durch KI und fortschrittliche AnalytikSie überwachen den Batteriestatus in Echtzeit (Temperaturen, Spannungen, Ströme, SOH, SOC), antizipieren Degradationen, empfehlen einen optimalen Betrieb auf Basis von Energiepreisen und Risikoszenarien und automatisieren die Teilnahme an Netzdienstleistungsmärkten.

Die SaaS-Lösungen von APM sind auf Energieanlagen spezialisiert, wie sie beispielsweise von einigen Anbietern in diesem Sektor angeboten werden.Sie ermöglichen es Rechenzentrumsbetreibern, das Beste aus ihrer BESS-Investition herauszuholen: Sie verlängern die Batterielebensdauer, reduzieren unerwartete Ausfälle, optimieren den Lade-/Entladezyklus und bringen die Energiestrategie mit den Geschäfts- und Nachhaltigkeitszielen in Einklang.

In diesem Kontext hört das BESS auf, nur Hardware zu sein, und wird zu einer programmierbaren Energieplattform.in der Lage, komplexe Strategien zur Kosteneinsparung, zur Stärkung der Resilienz und zur Generierung von Zusatzeinkommen mit einem hohen Automatisierungsgrad umzusetzen.

In einem Szenario, in dem sich der Stromverbrauch von Rechenzentren vervielfacht, wird das Stromnetz stark beansprucht und der Druck zur Emissionsreduzierung nimmt zu.Batteriespeichersysteme werden zum Rückgrat der neuen Energiearchitektur: Sie gewährleisten die Kontinuität der Versorgung, senken die Stromrechnungen, erleichtern den massiven Einsatz erneuerbarer Energien und machen das Rechenzentrum zu einem aktiven Akteur im Stromnetz, anstatt zu einem einfachen passiven Verbraucher.

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