Wasser und Strom: Die versteckten Kosten hinter KI

Die ökologischen Kosten der KI sind enorm. Hinter den KI-Anwendungen stehen durstige Rechenzentren, die nicht nur Strom, sondern auch 500 Milliliter Wasser für ein Gespräch mit zehn bis 50 Fragen an einen Chatbot verbrauchen.

von Sarah Hofer | 02.04.24

Durch die zunehmende Digitalisierung, die Verbreitung von Streaming-Diensten und den wachsenden Einsatz von KI-Anwendungen steigt der Bedarf an Rechenleistung in den Rechenzentren.

Quelle: Pixabay/geralt

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02.April 2024 Ι Die ökologischen Kosten der KI sind enorm. Hinter den KI-Anwendungen stehen durstige Rechenzentren, die nicht nur Strom, sondern auch 500 Milliliter Wasser für ein Gespräch mit zehn bis 50 Fragen an einen Chatbot verbrauchen.

Wie auf der Website Tagesschau.de berichtet, schätzt die Studie der University of California und der University of Texas, dass für das Training von ChatGPT-3 etwa 5,4 Millionen Liter Wasser benötigt wurden, wovon allein 700.000 Liter für die Kühlung der Rechenzentren erforderlich waren.

Die ökologischen Auswirkungen der Serverproduktion und Kühlung

Der Rest des Wasserverbrauchs entfiel auf die Lieferkette für die Herstellung der Server und die Stromerzeugung. Es wird vermutet, dass das Training von ChatGPT-4 noch mehr Wasser verbraucht hat. In Bezug auf die Kühlung verbrauchen Rechenzentren den meisten Strom, wobei es zwei verschiedene Systeme gibt: Luftkühlungssysteme, die mit Verdunstungskühlung arbeiten und dadurch viel Wasser verbrauchen, sowie direkte Wasserkühlungssysteme mit einem geschlossenen Wasserkreislauf, die effizienter sind. Die Nutzung kalter Außenluft in kühleren Regionen kann sowohl Wasser als auch Strom einsparen, wobei der Stromverbrauch als der zweite Hauptverursacher von Umweltbelastungen bei KI-Systemen gilt.

„Innerhalb eines Rechenzentrums verbrauchen die IT-Systeme, also Server und Speicher, den Großteil an Strom. Dazu kommen Hilfssysteme, die dafür sorgen, dass die IT 24 Stunden läuft. Die Kühlung ist dabei der größte Stromverbraucher. Danach kommen dann Systeme, die bei einem Stromausfall einspringen und Systeme, die in- und außerhalb des Rechenzentrums für die nötige Verbindung sorgen. Dazu kommen noch verhältnismäßig kleine Verbräuche z. B. durch Sicherheit und Beleuchtung.” berichtet Kilian Wagner von Bitkom.

Herausforderungen und Möglichkeiten der Nachhaltigkeit in Rechenzentren

Durch die zunehmende Digitalisierung, die Verbreitung von Streaming-Diensten und den wachsenden Einsatz von KI-Anwendungen steigt der Bedarf an Rechenleistung in den Rechenzentren. Dies führt zu einem Anstieg des Stromverbrauchs und somit zu höheren CO2-Emissionen. Die Umweltauswirkungen eines Rechenzentrums hängen stark davon ab, aus welchen Energiequellen der Strom stammt, da Strom aus fossilen Brennstoffen einen größeren ökologischen Fußabdruck hinterlässt als Strom aus erneuerbaren Energien. Zwischen 2010 und 2022 ist der Energiebedarf der deutschen Rechenzentren um 70 Prozent gestiegen.

Obwohl der Bedarf an Rechenzentren zunimmt, steigt der Energieverbrauch nicht im gleichen Maße, da die Server zunehmend effizienter werden und weniger Strom benötigen. Entwickler arbeiten außerdem daran, die Technologie weniger hitzeerzeugend zu gestalten und den Wasserbedarf für die Kühlung zu reduzieren. Trotzdem steigen der Energie- und Wasserverbrauch der Rechenzentren weiter an, was die Umwelt belastet und die Notwendigkeit nachhaltigerer Lösungen betont. Der Ausbau erneuerbarer Energien ist eine Möglichkeit, die Nachhaltigkeit von Rechenzentren zu verbessern. In Deutschland betrug der Anteil erneuerbarer Energien an der Stromerzeugung im Jahr 2023 56 Prozent, während Länder wie Dänemark und Norwegen Anteile von 80,2 bzw. 99 Prozent erreichten. Eine weitere Möglichkeit zur Nachhaltigkeit von Rechenzentren und KI-Anwendungen ist die Nutzung von Abwärme. Warmes Wasser, das bei der Kühlung der Server entsteht, kann beispielsweise zur Gebäudeheizung genutzt werden, erfordert jedoch den Ausbau entsprechender Wärmenetze.

Engagement für Nachhaltigkeit

Beispielsweise verzeichnen Microsoft und Google einen enormen Datenfluss und entwickeln fortlaufend KI-Modelle. Mit dem Ziel, bis 2030 klimaneutral zu sein, erkennen sie die Notwendigkeit, den Energie- und Wasserverbrauch ihrer Rechenzentren genau zu kennen.

Microsoft Sprecher : „Im Rahmen unseres Engagements, eine nachhaltigere Zukunft zu schaffen, investiert Microsoft in die Forschung, um den Energieverbrauch und die CO2-Auswirkungen von KI zu messen und arbeitet gleichzeitig an Möglichkeiten, große Systeme effizienter zu machen, sowohl in der Schulung als auch in der Anwendung.”

Offizielle Zahlen, wieviel Strom und Wasser die KI-Modelle verbrauchen, haben die Unternehmen bisher nicht veröffentlicht.