KI-Rechenzentren setzen Schweizer Wasserressourcen unter Druck
Der Bau von Rechenzentren in der Schweiz wird durch Künstliche Intelligenz und geopolitische Spannungen beschleunigt. Gleichzeitig erhöht sich die Nachfrage nach digitalen Infrastrukturen, die viel Wasser benötigen.
Die Schweiz wird oft als das «Wasserschloss Europas» bezeichnet: ein Land reich an Seen und Gletschern, aus denen einige der grössten Flüsse des Kontinents entspringen.
Doch dieser Reichtum könnte durch die rasche Expansion von Rechenzentren – jener IT-Infrastrukturen, welche die digitale Welt am Laufen halten – auf die Probe gestellt werden.
Heute beherbergt die Schweiz rund 120 solcher Anlagen und etwa zwanzig neue Standorte befinden sich im Bau. Damit zählt sie zu den Ländern mit der weltweit höchsten Dichte an Rechenzentren pro Kopf.
Die zunehmende Verbreitung von Diensten der künstlichen Intelligenz (KI) beschleunigt diese Expansion. Die für KI eingesetzten Hochleistungsserver brauchen mehr Energie und erzeugen mehr Wärme. Das erhöht den Bedarf an intensiven Kühlsystemen, für die wiederum viel Wasser benötigt wird.
«Immer mehr Unternehmen – und die Bevölkerung im Allgemeinen – setzen KI ein. Folglich wird die Nachfrage nach Kühltechnologien weiter steigen, da KI-Rechensysteme immer komplexer werden», sagt David Atienza Alonso, Professor an der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne (EPFL) und Experte für KI-Computerarchitekturen.
Auch die Geopolitik könnte diesen Trend verstärken. Bewaffnete Konflikte, die auf Rechenzentren abzielen, sowie der zunehmende globale Wettbewerb um die Vorherrschaft in der KI veranlassen viele Staaten, digitale Infrastrukturen innerhalb ihrer eigenen Grenzen aufzubauen. Die Schweiz bildet dabei keine Ausnahme und hat die digitale Souveränität ins Zentrum ihrer «Strategie Digitale Schweiz»Externer Link gestellt.
«Alle wollen mehr Kontrolle über ihre Daten und darüber, wo diese gespeichert werden. Das erfordert lokale Infrastrukturen», sagt Atienza Alonso. «Aber das bedeutet auch, immer mehr Rechenzentren zu bauen, was wiederum Auswirkungen auf den Wasser- und Energieverbrauch hat.»
Sollte sich dieser Trend fortsetzen, «könnten wir an einen Punkt gelangen, an dem die Sicherstellung der Strom- und Wasserversorgung in bestimmten Regionen schwierig wird, wenn die Anforderungen der KI-Infrastrukturen nicht rechtzeitig antizipiert werden», warnt der Experte.
Der «unsichtbare» Wasserbedarf der Rechenzentren
Obwohl Wasser für den Betrieb von Rechenzentren unerlässlich ist, gibt es kaum offizielle Daten über deren Wassernutzung. Auf globaler Ebene schätzt die Internationale EnergieagenturExterner Link (IEA), dass der aktuelle Bedarf bei rund 560 Milliarden Litern pro Jahr liegt und bis 2030 auf 1200 Milliarden Liter ansteigen könnte – ein Volumen, das dem jährlichen Wasserbedarf von rund zehn Millionen Haushalten entspricht.
Der grösste Teil dieses Wassers wird für die Kühlung der Rechenzentren und für die Stromerzeugung benötigt, die für deren Betrieb erforderlich ist.
Neben der Kühlung haben Rechenzentren auch einen bedeutenden indirekten Wasser-Fussabdruck, der mit dem von ihnen verbrauchten Strom zusammenhängt.
«Wenn man Strom verbraucht, verbraucht man auch Wasser», sagt Javier Farfan Orozco, Forscher für Technologien für eine nachhaltige Zukunft an der Åbo Akademi in Finnland.
In der Schweiz, wo ein erheblicher Anteil des Stroms aus Wasserkraft stammtExterner Link, ist die Verbindung zwischen Strom und Wasser besonders deutlich. Die zur Energieerzeugung genutzten Stauseen können je nach lokalen klimatischen Bedingungen erhebliche Wassermengen durch Verdunstung verlieren – ein Aspekt, der in der öffentlichen Diskussion oft vernachlässigt wird, betont Farfan Orozco.
Auch Wärmekraftwerke, einschliesslich Kernkraftwerke – eine der wichtigsten Stromquellen in der Schweiz – benötigen Wasser, vor allem zur Kühlung.
Wenn man bedenkt, dass Rechenzentren bereits einen geschätzten Anteil von 6% bis 8% des schweizerischen Stromverbrauchs ausmachen, verstärkt diese indirekte Wassernutzung die Gesamtauswirkungen zusätzlich.
In der Schweiz sind die verfügbaren Daten spärlich, da kein Gesetz die Betreiber dazu verpflichtet, diese offenzulegen. Laut den Schätzungen von Atienza Alonso machen die Schweizer Rechenzentren jedoch bereits rund ein Prozent des nationalen Süsswasserbedarfs aus – eine Menge, die in etwa dem Bedarf von 400’000 bis 800’000 Personen entspricht.
Ein entscheidender Aspekt ist die Grösse der Anlagen: Kleine und mittelgrosse Rechenzentren sind dank neuer Technologien in der Regel effizient und können relativ einfach an lokale Wassernetze angeschlossen werden, ohne dass dies grosse Auswirkungen hat.
Doch selbst bei kontinuierlichen Verbesserungen der Kühltechnologien würden grosse Anlagen weiterhin sehr hohe Wassermengen benötigen und müssten in der Nähe von Flüssen oder Seen gebaut werden, betont der Experte.
So genannte «Hyperscale»-Rechenzentren mit einer Leistung von über 20 Megawatt, die für Cloud- und KI-Dienste bestimmt sind, können mehr als eine Milliarde Liter Wasser pro Jahr benötigenExterner Link. Das ist eine Menge, die mit dem Bedarf einer Stadt mit 10’000 bis 50’000 Einwohnerinnen und Einwohnern vergleichbar ist.
Es gibt zwar effizientere Technologien, aber sie reichen noch nicht aus
Die grossen Branchenakteure bauen ihre Infrastruktur in der Schweiz rasch aus, um der KI-bedingten Nachfrage gerecht zu werden, besonders in den Regionen Zürich und Winterthur.
So baut das Unternehmen Vantage beispielsweise einen neuen Campus von rund 34’000 Quadratmetern – entsprechend fünf Fussballfeldern – mit einer Gesamtkapazität von 40 Megawatt, was dem Stromverbrauch einer mittelgrossen Stadt entspricht. Eine solche Leistung impliziert auch komplexere und intensivere Kühlanforderungen.
Auf Anfragen zum Energie- und Wasserbedarf verweisen die Unternehmen der Branche häufig auf ihre Effizienz. Firmen wie Vantage und Green geben an, fortschrittliche Kühlsysteme einzusetzen, die den direkten Wasserbedarf erheblich reduzieren.
Dazu gehören die Nutzung von Aussenluft sowie geschlossene Wasserkreislaufsysteme. Vantage hat auf unsere Anfragen nicht geantwortet; die Informationen stammen von der Website des UnternehmensExterner Link.
Diese Lösungen beseitigen den Wasserbedarf jedoch nicht vollständig. «Geschlossene Kreislaufsysteme benötigen in der Anfangsphase dennoch erhebliche Wassermengen und führen oft zu einem höheren Stromverbrauch für die Trockenkühlung», sagt Atienza Alonso.
Nachfragespitzen sind die eigentliche Herausforderung
Der Gesamtwasserbedarf erzählt nur einen Teil der Geschichte. Rechenzentren benötigen je nach äusseren Bedingungen unterschiedliche Wassermengen.
«In Spitzenlastzeiten kann die Nachfrage drastisch ansteigen», sagt Shaolei Ren, Professor für Elektro- und Informationstechnik an der University of California in Riverside, USA.
Eine kürzlich von ihm mitveröffentlichte StudieExterner Link zeigt, dass der Wasserbedarf von Rechenzentren in den Sommermonaten im Vergleich zum Jahresdurchschnitt auf das Dreifache steigen kann, mit täglichen Spitzenwerten bis zum Zehnfachen.
In Alpenländern wie der Schweiz könnten diese Spitzen noch extremer sein und potenziell das 30-Fache des Jahresdurchschnitts überschreiten. Dies könnte zu erheblichen infrastrukturellen Problemen und sogar zu Spannungen mit anderen lokalen Nutzenden führen, wie etwa der Landwirtschaft und Privathaushalten.
Ähnliche Situationen entstehen bereits in anderen Ländern, in denen Rechenzentren bevorzugte Vereinbarungen mit lokalen Versorgungsbetrieben über den Wasserzugang erhalten haben.
«In den USA wird die Wasserversorgung für Rechenzentren oft als hohe Priorität eingestuft», sagt Ren. Einem neuen Rechenzentrum, in Bau im Bundesstaat Indiana, das über die Tochtergesellschaft Orla LLC mit dem Facebook-Mutterkonzern Meta verbunden ist, wurde laut von unserer Redaktion geprüften Dokumenten bei Wasserknappheit Vorrang vor anderen gewerblichen Nutzern eingeräumt.
In der Schweiz liegt die Wasserbewirtschaftung in der Zuständigkeit der Kantone und Gemeinden. Entscheide über den Zugang werden von Fall zu Fall getroffen. In der Praxis hatte die Trinkwasserversorgung für Privathaushalte laut dem Bundesamt für Umwelt (Bafu) traditionell immer Vorrang.
Je mehr Rechenzentren im ganzen Land entstehen, desto eher könnten diese Entscheide bald unter öffentliche Kontrolle geraten. So hat Stack Infrastructure im Kanton Schaffhausen eine Genehmigung erhalten, 55’000 Kubikmeter Wasser pro Jahr für seinen Standort in Beringen zu nutzen – eine Menge, die in etwa dem Jahresverbrauch von rund 500 Schweizer Haushalten entspricht.
Auch der Strombedarf der Rechenzentren wächst in der Schweiz rasch:
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Angesichts einer zunehmend daten- und KI-getriebenen Wirtschaft sowie des wachsenden Trends zur Lokalisierung von Infrastrukturen und Technologiekapazitäten wird die Expansion der Rechenzentren kaum zum Stillstand kommen.
Atienza Alonso von der EPFL ist jedoch der Meinung, dass es noch möglich ist, deren Auswirkungen zu mindern, indem man überdenkt, wie diese Anlagen konzipiert werden.
Eine Möglichkeit besteht darin, kleinere und dezentralisierte Anlagen zu bauen, um eine übermässige lokale Konzentration der Nachfrage zu vermeiden. Auch neue Kühltechnologien bieten interessante Perspektiven: Systeme, die Wasser gezielter zur direkten Kühlung von Chips einsetzen, könnten den Wasserbedarf um das Hundertfache reduzieren.
Dennoch werden diese Massnahmen das Problem nicht endgültig lösen. «Es ist notwendig, die Art und Weise grundlegend zu überdenken, wie wir Rechenzentren bauen und KI-Modelle entwickeln», schliesst der Experte.
Dies würde bedeuten, von grossen, generalistischen KI-Modellen, wie sie etwa ChatGPT zugrunde liegen, zugunsten spezialisierterer Lösungen abzuweichen, die effizienter arbeiten können.
«Wenn wir hingegen auf dem aktuellen Weg weitermachen, wird der Druck auf die Wasser- und Energieressourcen immer schwieriger zu bewältigen sein.»
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Editiert von Gabe Bullard/VdV, Übertragung aus dem Italienischen: Christian Raaflaub
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