Zusammenfassung:
Mit der rasanten Entwicklung der generativen künstlichen Intelligenz leitet Texas, USA, einen Boom beim Bau großer Rechenzentren ein. Ein neuer Forschungsbericht warnt jedoch davor, dass die in den letzten zwei Jahrzehnten in Texas bei der Luftreinhaltung erzielten Ergebnisse bei der Luftreinhaltung in Texas erheblich zunichte gemacht werden könnten, wenn eine große Anzahl von Rechenzentren künftig auf das bestehende Stromnetz und fossile Brennstoffe angewiesen wäre, um den Strombedarf zu decken, und dass einige Schadstoffemissionsniveaus sogar auf das Niveau des frühen 21. Jahrhunderts zurückkehren könnten.
Dieser vom Houston Advanced Research Center (HARC) veröffentlichte Bericht konzentriert sich auf die Analyse der möglichen Auswirkungen auf die Luftqualität, die durch die Erweiterung von Rechenzentren in Texas verursacht werden. Forscher weisen darauf hin, dass Rechenzentren kontinuierlich eine große Anzahl von Servern mit Strom versorgen und außerdem Kühlsysteme betreiben müssen, um eine Überhitzung von Hochleistungsrechnern zu verhindern. Da der Stromverbrauch und der Kühlbedarf von Chips für künstliche Intelligenz weiter steigen, wächst auch der Strombedarf von Rechenzentren rasant.
Der Knackpunkt ist nicht nur, wie viel Strom benötigt wird, sondern auch, wie dieser Strom produziert wird. Würden alle geplanten Rechenzentrumsprojekte wie erwartet an das texanische Netz angeschlossen und mit dem prognostizierten zukünftigen Strommix versorgt, könnten die damit verbundenen Schadstoffemissionen deutlich ansteigen. Die Studie kam zu dem Schluss, dass in diesem Szenario die jahrzehntelange Verbesserung der Luftqualität in Texas in nur fünf Jahren zunichte gemacht werden könnte.
Der Bericht prognostiziert, dass die durch den texanischen Energiesektor verursachte Feinstaubbelastung, die allgemein als Ruß bekannt ist, im Falle des oben genannten Szenarios auf mehr als das Dreifache des aktuellen Niveaus ansteigen und den höchsten Stand seit 2006 erreichen könnte. Die Emissionen smogbildender Stickoxide könnten um 136 % ansteigen und sich dem Niveau von 2004 annähern. Gleichzeitig könnten die Kohlendioxidemissionen im Zusammenhang mit der Klimaerwärmung im Vergleich zu 2025 um 90 % ansteigen.
Diese Zahlen bedeuten jedoch nicht, dass die Umweltverschmutzung zwangsläufig im gleichen Maße zunehmen wird. Das Forschungsteam modellierte zukünftige Emissionen auf der Grundlage von drei verschiedenen Prognosen zum Strombedarf von Rechenzentren. Einige vorgeschlagene Projekte befinden sich noch in der Planungsphase und werden möglicherweise nicht letztendlich umgesetzt. Entwickler von Rechenzentren können ihre Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen auch durch den Bau von Solar- und Windkraftanlagen verringern. Daher hängen die endgültigen Umweltauswirkungen immer noch vom tatsächlichen Baumaßstab des Projekts, der Energiequelle und den relevanten politischen Vereinbarungen ab.
In dem Bericht wurde ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die Art und Weise, wie Rechenzentren mit Strom versorgt werden, einen großen Einfluss auf die Umweltverschmutzung haben kann. Wenn Netzstrom genutzt wird und Anlagen für erneuerbare Energien vor Ort gebaut werden, können die Stickoxidemissionen im Vergleich zu einer Lösung, die vollständig auf der Stromerzeugung durch Verbrennung basiert, um bis zu etwa 90 % reduziert werden. Im Gegenteil, wenn Entwickler sich dafür entscheiden, Erdgasmotoren oder Gasturbinen direkt im Park einzusetzen, um die Wartezeit auf den Netzanschluss zu umgehen, könnten die Schadstoffemissionen weiter zunehmen.
Texas hat sich derzeit zu einem der größten großen Rechenzentrumsmärkte in den Vereinigten Staaten entwickelt. In Bezug auf die Rechenzentrumskapazität beträgt die gesamte vorhandene und im Bau befindliche Kapazität im Bundesstaat etwa 26 GW. Darüber hinaus gibt es in Texas eine große Anzahl geplanter On-Site-Power-Projekte. Frühere Berichte von Marktforschungsinstituten zeigen, dass die Kapazität der in Texas zum Bau geplanten Rechenzentren mit Vor-Ort-Stromerzeugung viel höher ist als in anderen Bundesstaaten.
Der Grund, warum Entwickler von Rechenzentren zunehmend darüber nachdenken, ihren eigenen Strom zu erzeugen, hängt eng mit der langen Wartezeit bis zum Netzanschluss zusammen. Große Rechenzentren benötigen eine stabile und kontinuierliche Stromversorgung, doch neue Netzanschlüsse erfordern häufig den Bau von Energieanlagen, die Bewertung der Übertragungskapazität und Genehmigungsprozesse, und die Wartezeit kann mehrere Jahre betragen. Für Unternehmen, die so schnell wie möglich in Betrieb gehen möchten, ist der Bau eigener Stromerzeugungsanlagen zu einer Option geworden, um den Projektbauzyklus zu verkürzen.
Die Stromerzeugung vor Ort ist jedoch nicht unbedingt umweltfreundlicher. Forscher wiesen darauf hin, dass einige Entwickler, um so schnell wie möglich Strom zu erhalten, dazu neigen, Erdgasmotoren oder Gasturbinen zu verwenden, die schneller gebaut werden können, anstatt auf den Ausbau des Netzes zu warten oder in die Unterstützung von Anlagen für erneuerbare Energien zu investieren. Obwohl diese Option den Betrieb des Rechenzentrums beschleunigen kann, kann sie zu höheren Schadstoffemissionen führen.
Carlos Gamarra, Vizepräsident für Energie, Luftqualität und Informationstechnologie bei HARC, sagte, dass das eigentliche Problem für Entwickler von Rechenzentren darin besteht, dass das Warten auf den Netzanschluss drei bis fünf Jahre dauern kann und Unternehmen normalerweise nicht bereit sind, so lange zu warten, sodass sie den Bau von Stromerzeugungssystemen vor Ort in Betracht ziehen. Doch unter Zeitdruck entscheiden sich Entwickler nicht immer für weniger umweltschädliche Optionen.
Die Studie ergab außerdem, dass die schnelle Expansion der Rechenzentrumsbranche selbst immer noch zu höheren Emissionen führen kann, selbst bei relativ sauberer Stromversorgung. Der Bericht prognostiziert, dass in einem saubereren Szenario, das auf Netzstrom dominiert und mit Wind- und Solarenergie vor Ort kombiniert wird, die landesweiten Stickoxidemissionen von Texas bis 2031 immer noch um 35 % steigen könnten. Wenn das neue Rechenzentrum zur Stromerzeugung hauptsächlich auf Erdgas vor Ort angewiesen ist, könnte der Anstieg der Stickoxidemissionen fast 400 % betragen.
Stickoxide sind wichtige Vorläuferschadstoffe, die bodennahes Ozon und photochemischen Smog bilden. Eine langfristige Exposition kann die menschlichen Atemwege schädigen und das Risiko chronischer Atemwegserkrankungen erhöhen. Feinstaub kann tief in die Lunge eindringen, einige Partikel gelangen sogar in den Blutkreislauf und werden mit Asthmaanfällen, Herz-Kreislauf-Problemen und anderen Gesundheitsrisiken in Verbindung gebracht.
Texas selbst ist bereits einigen Belastungen der Luftqualität ausgesetzt. Großstädte wie Houston, Dallas-Fort Worth, San Antonio und Austin müssen sich oft mit Herausforderungen auseinandersetzen, die durch bundesstaatliche Luftverschmutzungsstandards entstehen. Verkehrsemissionen, hohe Sommertemperaturen und Industrietätigkeit tragen maßgeblich zu lokalen Luftqualitätsproblemen bei. Wenn neue Rechenzentren die Emissionen bei der Stromerzeugung weiter erhöhen, könnten die betreffenden Regionen einem größeren Druck auf die Umweltpolitik ausgesetzt sein.
Forscher gehen davon aus, dass die Fähigkeit von Texas, in den letzten zwei Jahrzehnten eine Vielzahl wichtiger Luftschadstoffe zu reduzieren, eng mit Veränderungen im Strommix, der Entwicklung von Wind- und Solarenergie, der Stilllegung von Kohlekraftwerken und der Umsetzung von Maßnahmen zur Schadstoffbegrenzung in den Bereichen Industrie, Transport und Stromerzeugung zusammenhängt. Nun könnte der neue Energiebedarf von Rechenzentren diese Errungenschaften vor neue Herausforderungen stellen.
John Hall, CEO von HARC, sagte, dass Transportabteilungen, Landesregierungen und andere relevante Parteien in den letzten Jahrzehnten weiterhin hart daran gearbeitet hätten, die Schadstoffemissionen zu reduzieren, aber der aktuelle Boom beim Bau von Rechenzentren könnte diese Erfolge gefährden. Er warnte davor, dass zukünftige Generationen möglicherweise verschmutztere Luft einatmen müssen als die aktuelle Generation, wenn die Trends nicht kontrolliert werden.
Um Risiken zu reduzieren, empfehlen die Forscher, Rechenzentren als Industrieanlagen mit erheblichen Energie- und Umweltauswirkungen zu behandeln und von ihnen die Einhaltung entsprechender Stromerzeugungs- und Industrieemissionsstandards zu verlangen. Entwickler sollten sich nach Möglichkeit für saubere Energie entscheiden, bestehende Anforderungen zur Kontrolle der Umweltverschmutzung erfüllen und den Stromverbrauch von Rechenzentren, Stromversorgungsquellen und Schadstoffemissionen öffentlich offenlegen, damit lokale Gemeinden mögliche Auswirkungen bewerten können, bevor Projekte genehmigt oder gebaut werden.
Gleichzeitig muss bei der Energieversorgungsplanung auch den langfristigen Anforderungen, die sich aus der Erweiterung des Rechenzentrums ergeben, stärker Rechnung getragen werden. Auch wenn die alleinige Nutzung von Erdgas zur Stromerzeugung den unmittelbaren Strombedarf einiger Projekte schneller decken kann, können die kumulativen Emissionen erhebliche Auswirkungen haben, wenn eine große Anzahl von Projekten denselben Ansatz verfolgt. Durch die Ausweitung der Versorgung mit erneuerbaren Energien, die Verbesserung der Netzzugangsmöglichkeiten und die Einführung einer wirksamen Überwachung der Stromerzeugungsanlagen vor Ort kann es möglich sein, die Risiken der Luftverschmutzung zu verringern und gleichzeitig den Entwicklungsanforderungen der Branche der künstlichen Intelligenz gerecht zu werden.
Dieser Bericht behauptet nicht, dass die Luftqualität in Texas unweigerlich auf das Niveau von Anfang der 2000er Jahre zurückgehen wird, sondern zeigt mögliche zukünftige Ergebnisse durch verschiedene Stromversorgungsszenarien auf. Die Forscher betonten, dass die endgültige Richtung immer noch davon abhängt, ob das Rechenzentrumsprojekt tatsächlich umgesetzt wird und wie Entwickler, Energieunternehmen und Regierungen Entscheidungen treffen.
Da die Nachfrage nach Rechenleistung für künstliche Intelligenz weiter wächst, sind Rechenzentren nicht mehr nur Back-End-Einrichtungen in der Internetbranche, sondern werden zu einem wichtigen Faktor, der sich auf Energiesysteme, Industrieemissionen und die lokale Umwelt auswirkt. Die Kontrolle der Umweltverschmutzung beim Aufbau einer Infrastruktur für künstliche Intelligenz wird zu einer langfristigen Herausforderung, der sich Texas und andere Regionen mit schnellem Ausbau der Rechenzentren stellen müssen.
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