KI nutzt Wasser: Kühlung und Energie
Die Frage, warum Künstliche Intelligenz (KI) Wasser verbraucht, mag auf den ersten Blick überraschen, da KI als reine Software wahrgenommen wird. Doch hinter den scheinbar immateriellen Prozessen verbirgt sich eine umfangreiche physische Infrastruktur. KI „trinkt“ kein Wasser im direkten Sinne. Der Wasserverbrauch entsteht hauptsächlich durch die Kühlung von Servern in Rechenzentren, die Bereitstellung von Strom und die Herstellung der Hardware, auf der KI-Anwendungen laufen.
Quelle: Eigene Darstellung
KI & Wasserverbrauch
Wenn von KI und Wasserverbrauch die Rede ist, sind fast immer Rechenzentren gemeint. Diese riesigen Hallen voller Server nehmen bei KI-Workloads besonders viel Leistung auf und geben entsprechend viel Wärme ab. Diese Abwärme muss zuverlässig abgeführt werden, um eine Überhitzung der Chips und Hardwareausfälle zu vermeiden. (Quelle)
Wasser kommt dabei in zwei Hauptformen zum Einsatz: direkt vor Ort als Kühlwasser (Scope 1) und indirekt über den Strommix (Scope 2). Viele Kraftwerke benötigen Wasser für Kühlung und Dampferzeugung. Eine dritte, oft übersehene Spur ist der Wasserverbrauch in der Lieferkette, insbesondere bei der Chip- und Serverfertigung (Scope 3). (Quelle)
Viele Rechenzentren nutzen Kühlsysteme, die Wasser verdunsten lassen, da Verdunstung Wärme sehr effizient abführt. Ein verbreitetes Prinzip ist der Kühlturm, bei dem ein Teil des Wassers verdunstet und die Wärme nach außen trägt. Der Rest des Wassers bleibt im Kreislauf, muss aber regelmäßig ersetzt werden. Hierbei ist die Unterscheidung zwischen „Withdrawal“ (Gesamtwasserentnahme) und „Consumption“ (verdunsteter Anteil) wichtig. In der Praxis verdunstet bei guter Wasserqualität ein Großteil der Entnahme, oft rund 80%. (Quelle)
Der konkrete Wasserverbrauch hängt stark von Wetter, Standort und Betriebsweise ab. Schätzungen für die Verdunstung in Rechenzentren liegen zwischen 1 und 9 Litern pro kWh Serverenergie. An heißen Tagen steigt der Bedarf, da mehr Wasser für die gleiche Kühlleistung benötigt wird. (Quelle) Lokale Beispiele zeigen, dass der Wasserverbrauch einzelner großer Rechenzentren die Größenordnung kommunaler Verbraucher erreichen kann, wie der Standort Council Bluffs in Iowa mit 1,3 Milliarden Gallonen Trinkwasserverbrauch im Jahr 2024. (Quelle)
Branchen- und Politikberichte bestätigen, dass große Anlagen im Extremfall mehrere Millionen Gallonen Wasser pro Tag benötigen können. Um den Wasserverbrauch vergleichbar zu machen, nutzen Betreiber Kennzahlen wie „Water Usage Effectiveness (WUE)“, die den Wasserverbrauch ins Verhältnis zur IT-Energie setzen. (Quelle)
Quelle: bblloobb.com
Der Wasserkreislauf in Rechenzentren: Wasser wird zur Kühlung verwendet und geht durch Verdampfung verloren.
Hintergrund & Kontext
Wasser wird zum Streitpunkt, wenn Rechenzentren in wasserarmen Regionen wachsen oder wenn neue Projekte den Bedarf beschönigen. Behörden ziehen das Thema zunehmend in Genehmigungsverfahren ein, wie der Fall in Chile zeigt, wo ein Gericht strengere Umweltprüfungen für ein geplantes Google-Rechenzentrum forderte, unter anderem wegen Wasserfragen in einer Dürre-Region. (Quelle) Internationale Analysen beschreiben, dass der Ausbau von KI-Rechenzentren häufig in Regionen mit bereits hoher Konkurrenz um Wasser stattfindet. (Quelle)
Selbst wenn ein Rechenzentrum vor Ort wenig Wasser verdunstet, bleibt der indirekte Anteil über den Strommix relevant. Thermische Kraftwerke benötigen Wasser für Kühlung, und dieser Bedarf hängt vom Kraftwerkstyp und Kühlverfahren ab. (Quelle) Der U.S. Geological Survey veröffentlicht Daten und Reports zu Wasserentnahme und -verbrauch der Thermostromerzeugung in den USA. Eine zentrale Konsequenz ist, dass Kühlentscheidungen Wasser nur „verschieben“ können. Trockenkühlende Systeme sparen zwar oft Standortwasser, erhöhen aber häufig den Strombedarf, was den indirekten Wasserfußabdruck im Netz vergrößern kann. (Quelle)
Ein weiterer Aspekt ist der Wasserverbrauch in der Hardware-Lieferkette. Die Chipfertigung ist extrem wasserintensiv, da Wafer in vielen Prozessschritten gespült und mit ultrapurem Wasser (UPW) behandelt werden. Für die Herstellung integrierter Schaltungen auf einem 300-mm-Wafer werden rund 2.200 Gallonen Wasser benötigt, davon etwa 1.500 Gallonen ultrapures Wasser. (Quelle) Dieser Teil ist leicht zu übersehen, da er nicht direkt am Rechenzentrum sichtbar wird, gehört aber zur vollständigen Wasserspur von KI-Hardware. (Quelle)
Quelle: user-added
Prognostizierter globaler Wasserverbrauch von KI im Jahr 2027, der die Größenordnung des Problems verdeutlicht.
Lösungsansätze & Herausforderungen
Ein Teil der Antwort liegt in der Standortwahl und dem Klimaprofil, da Kühlung bei Hitze mehr Wasser oder mehr Strom benötigt. (Quelle) Technisch verschiebt sich viel Richtung Flüssigkühlung und geschlossener Kreisläufe, da KI-Racks hohe Leistungsdichten erreichen und Luftkühlung an Grenzen stößt. (Quelle) Wasserbasierte Kühlung kann energieeffizient sein, und Alternativen wie Immersionskühlung mit nicht-wässrigen Flüssigkeiten können Wasserverdunstung vermeiden. (Quelle)
Quelle: interestingengineering.com
KI kann auch ein wertvolles Werkzeug für die Optimierung und das Management von Wasserressourcen sein.
Große Technologieunternehmen adressieren das Thema über Ziele und Replenishment-Programme. Microsoft hat sich zum Ziel gesetzt, bis 2030 „water positive“ zu sein, also mehr Wasser zurückzugeben, als es verbraucht. (Quelle) Google verfolgt eine ähnliche Strategie mit einem Replenishment-Ziel von 120% des Verbrauchs bis 2030. (Quelle) Auch AWS und Meta haben sich das Ziel „water positive by 2030“ gesetzt und berichten öffentlich über Fortschritte. (Quelle) (Quelle)
Diese Zusagen lösen jedoch nicht automatisch das Kernproblem, das Gemeinden spüren: Wasser wird dort knapp, wo es entnommen und verdunstet wird. Viele Expert:innen fordern daher mehr Transparenz zur direkten und indirekten Wassernutzung. (Quelle)
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass KI Wasser nicht direkt „trinkt“, sondern der Wasserverbrauch durch die Wärmeentwicklung der Rechenleistung, die Kühlung der Infrastruktur und die wasserintensiven Prozesse in der Strom- und Lieferkette entsteht. Ob dies zu einem Problem wird, hängt stark vom Kontext ab: der verwendeten Kühltechnik, dem Strommix und vor allem dem lokalen Wasserstress am Standort. Die Frage ist letztlich, wie viel digitale Bequemlichkeit in ein physisches System passt, das an heißen Tagen nicht schneller Wasser nachliefern kann, als die Umgebung es hergibt. (Quelle)