Disruption: Wandel nutzen
Wie lässt sich der Durst der Rechenzentren nachhaltig stillen?
Ohne Investitionen in nachhaltige Wasserkühlungslösungen wird sich der zunehmende Durst der Rechenzentren nicht stillen lassen.
Das Wichtigste in Kürze
- Durch die zunehmende Verbreitung von Künstlicher Intelligenz (KI) wird immer mehr Wasser zur Kühlung der wachsenden Zahl von Hyperscale-Rechenzentren gebraucht, damit deren Systeme nicht überhitzen.
- Rechenzentren in Regionen, in denen Wasser schon jetzt ein knappes Gut ist, stehen besonders unter Druck, ihren Wasserverbrauch deutlich zu reduzieren.
- Ohne Investitionen in nachhaltige Wasserkühlungslösungen wird sich der zunehmende Durst der Rechenzentren nicht stillen lassen.
Während die Datenströme die Lebensader der technologischen Innovation darstellen, hält der globale Wasserfluss die Welt am Laufen, nicht zuletzt durch die Kühlung der immer größeren Zahl wärmeerzeugender Rechenzentren rund um den Globus. Ende September 2023 gab es weltweit mehr als 9.000 dieser Datenzentren, davon mehr als die Hälfte in den USA.1
Anzahl der weltweiten Rechenzentren im Jahr 2023, nach Ländern
Quelle: Statista. Stand: September 2023
„[In den USA] stammt ein Fünftel des direkten Wasser-Fußabdrucks der Server von Rechenzentren aus mäßig bis stark beanspruchten Wassereinzugsgebieten, und fast die Hälfte der Server wird ganz oder teilweise mit Strom aus Kraftwerken betrieben, die sich in wasserarmen Regionen befinden.4 ”
Der zunehmende Bedarf an Rechenleistung – teilweise bedingt durch das Training (großer) KI-Anwendungen – und unsere immer größere Abhängigkeit von digitaler Infrastruktur führen zu einem enormen Energiebedarf. Im Jahr 2020 waren Rechenzentren für rund 1-2 % des weltweiten Strombedarfs verantwortlich, wobei mehr als 40 % davon auf die Kühlung entfielen.2
Parallel zu diesem massiven Anstieg des Energieverbrauchs für die Kühlung steigt auch der Bedarf an Kühlwasser. Jüngsten Studien3 zufolge „könnte die Wasserentnahme für den Betrieb von KI-Technologien im Jahr 2027 weltweit 4,2 bis 6,6 Milliarden Kubikmeter erreichen“. Das wäre „das Vier- bis Sechsfache der gesamten jährlichen Wasserentnahme Dänemarks oder die Hälfte der Wasserentnahme Großbritanniens“.
Ein Blick auf ausgewählte OECDLänder und die Zusammensetzung des Wasserbedarfs ihrer Datendienste zeigt, wie wichtig Wasser für die Aufrechterhaltung der Datenströme ist.
Anteil des energiebezogenen Wasserverbrauchs am jährlichen Gesamtwasserverbrauch für die Datennutzung (in %)
Quelle: Javier Farfan, Alena Lohrmann: Gone with the clouds: Estimating the electricity and water footprint of digital data services in Europe. ScienceDirect. Stand: August 2023.
Daten im Überfluss, aber zu wenig Wasser
Wasserarme Gemeinden und Regionen üben Druck auf die Betreiber von Rechenzentren aus, ihren Wasserverbrauch deutlich zu senken und Lösungen umzusetzen, die eine effizientere Nutzung von Wasser für Kühlzwecke gewährleisten. Innovative und nachhaltige wassersparende Technologien sind erforderlich, um den akuten Konflikt vor allem zwischen Gemeinden in von Wasserknappheit geplagten Regionen auf der einen Seite und Betreibern von Rechenzentren auf der anderen Seite zu lösen. Dies ist umso wichtiger, wenn man bedenkt, dass Rechenzentren mit Wasserkühlung etwa 10% weniger Energie verbrauchen und daher auch etwa 10% weniger CO2-Emissionen ausstoßen als viele Rechenzentren mit Luftkühlung.5
Wie innovative Unternehmen helfen können, den Durst der Rechenzentren zu stillen
- Wasseraufbereitung zur Senkung des Frischwasserbedarfs
Ein weltweit tätiges Unternehmen, das sich auf die Bereitstellung von Technologien, Produkten und Dienstleistungen für die Kühlwasserund Abwasseraufbereitung spezialisiert hat, bietet fortschrittliche Wasserbehandlungslösungen an, die es möglich machen, zurückgewonnenes Wasser für die Kühlsysteme von Rechenzentren zu verwenden. Die Nutzung von zurückgewonnenem und/oder umfassend aufbereitetem Wasser als kosteneffiziente und nachhaltige Alternative zu Trinkwasser trägt zur Erhaltung der ohnehin knappen lokalen Wasserressourcen bei und verringert die Frischwasserentnahme erheblich.
Darüber hinaus entwickelt das Unternehmen fortschrittliche Membranund Chemietechnologien, die (ungewöhnliche) Verunreinigungen aus Trinkwasser und zurückgewonnenem Wasser entfernen.
Die Verfügbarkeit dieser Technologien ist von entscheidender Bedeutung für die Aufbereitung von unverdunstetem, stark mineralhaltigem Wasser („Abschlämmung“), das aus den Kühlsystemen von Rechenzentren in die kommunale Kanalisation geleitet wird.
- Wasserkühlungslösungen zur Senkung von Energieverbrauch und Emissionen
Ein weltweit tätiger Anbieter von Produkten in den Schlüsselbereichen Wärmeübertragung, Separation und Fluid-Handling bietet eine freie Wasserkühlungslösung an, bei der eine Kombination aus natürlichen Kühlwasserquellen (z.B. Flüsse, Seen, Ozeane, Eis- und Schneespeicher) und von Kälteanlagen erzeugter Kälte verwendet wird, um Rechenzentren vor Überhitzung zu schützen, gekoppelt mit einem isolierten Kühlwasserkreislauf, der empfindliche Geräte vor Korrosion schützt. Ein nachhaltiger Nebeneffekt dieser Methode ist die effiziente Senkung des Bedarfs an mechanischer Kühlung, wodurch auch der Stromverbrauch und die Emissionen sinken.
- Monitoring-Systeme zur Verringerung des Leckage-Risikos
Ein weltweit tätiger Hersteller von Wasserschutzprodukten bietet unter anderem vernetzte und vollautomatisierte Wasserüberwachungs- und -abschaltungslösungen für die Leckage- und Überlauferkennung – in Echtzeit und rund um die Uhr. Dies hilft den Betreibern von Rechenzentren, kostspielige Betriebsunterbrechungen sowie Verzögerungen bei Reparatur und Wartung zu vermeiden.
- Erhebliche Wassereinsparungen durch Verringerung der relativen Luftfeuchtigkeit
Neben Temperatur und Luftzirkulation ist die relative Luftfeuchtigkeit ein wesentlicher Faktor für ein ideales Raumklima in Rechenzentren. In einem Pilotprojekt erzielte ein in Kalifornien ansässiger multinationaler Technologiekonzern Wassereinsparungen von rund 40% durch eine Senkung der Mindestluftfeuchte von 20% auf 13%6 .
- Reduzierter Wasserbedarf durch optimiertes Design von Rechenzentren
Zusätzlich zu den Maßnahmen zur Verringerung des Wasserverbrauchs vor Ort können nachhaltige Prinzipien wie die Wassereffizienz bereits in der Planungsphase berücksichtigt werden. So haben sich die europäischen Unterzeichner des Abkommens für klimaneutrale Rechenzentren (Climate Neutral Data Centre Pact, CNDCP) dazu verpflichtet, dass neue Rechenzentren mit voller Auslastung in kühlen Klimazonen, die Trinkwasser verwenden, ab dem 1. Januar 2025 so konzipiert werden, dass sie in Gebieten mit Wasserknappheit einen maximalen Wasserwirkungsgrad (WUE) von 0,4 L/kWh erreichen. Bis zum Jahresende 2040 müssen bestehende Rechenzentren, die ein Kühlsystem austauschen, das für neue Rechenzentren geltende WUE-Ziel von 0,4 L/kWh erfüllen7.
Der Wasserwirkungsgrad (Water Usage Effectiveness, WUE) ist eine Kennzahl, die den Wasserverbrauch eines Rechenzentrums ins Verhältnis zu seinem Energieverbrauch setzt. Die Formel zur Berechnung des WUE-Werts eines Rechenzentrums lautet wie folgt:
WUE = Wasserverbrauch von Rechenzentren (in Litern, L)
Energieverbrauch der IT-Hardware (in Kilowattstunden, kwh)
Generell gilt: Je niedriger der WUE-Wert eines Rechenzentrums ist, desto effizienter ist die Nutzung der Wasserressourcen.
Nachhaltig investieren: ein „Manometer“ zur Förderung wassersparender Lösungen
Der parabolische Anstieg des Datenverbrauchs ist eine Folge struktureller Megatrends wie der zunehmenden Verbreitung von KI und der fortschreitenden Digitalisierung. Daher wird der Trend für neue Rechenzentren vermutlich in die gleiche Richtung gehen. Diese Entwicklung geht Hand in Hand mit dem steigenden Energiebedarf für den Betrieb von Rechenzentren und dem steigenden Wasserbedarf für deren Kühlung. Beide Ressourcen werden weltweit stark nachgefragt. Investitionen in innovative Unternehmen, die Lösungen für eine bessere Wassereffizienz und Kühlung von Rechenzentren anbieten, können einen wichtigen Beitrag zum Schutz unserer wertvollsten natürlichen Ressourcen leisten.
Darüber hinaus können Investoren aktiv auf Unternehmen einwirken, um diese dazu zu bewegen, nicht nur über ihre Wasserentnahme zu berichten, sondern anzugeben, wie viel dieses Wassers aus wasserarmen Regionen stammt. Das schafft mehr Transparenz und übt Druck auf Unternehmen aus, Lösungen zur Verringerung des Wasserverbrauchs zu entwickeln.
1 Statista: Number of data centers worldwide in 2023, by country. Stand: September 2023.
2 Waternewseurope.com: European data centres lead on water conservation. Stand: März 2023.
3 Pengfei Li, Jianyi Yang, Mohammad A. Islam, Shaolei Ren: “Making AI Less “Thirsty”: Uncovering and Addressing the Secret Water Footprint of AI Models. arXiv research-sharing platform.
Stand: April 2023.
4 IOP Publishing Ltd.: Environmental Research Letters: The environmental footprint of data centers in the United States. Stand: 2021.
5 Google blog: Our commitment to climate-conscious data center cooling. Stand: November 2022.
6 Meta Sustainability Case Study: Expanding the Operating. Stand: 2018.
7 Waternewseurope.com: European data centres lead on water conservation. Stand: März 2023.
