L'IA utilizza l'acqua: raffreddamento ed energia
La domanda sul perché l'intelligenza artificiale (IA) consumi acqua potrebbe sorprendere a prima vista, poiché l'IA viene percepita come puro software. Dietro ai processi apparentemente immateriali si cela un'ampia infrastruttura fisica. L'IA non "beve" acqua nel senso diretto. Il consumo di acqua deriva principalmente dal raffreddamento dei server nei data center, dalla fornitura di elettricità e dalla produzione dell'hardware su cui funzionano le applicazioni di IA.
Fonte: Rappresentazione propria
IA e consumo di acqua
Quando si parla di IA e consumo di acqua, ci si riferisce quasi sempre ai data center. Questi enormi edifici pieni di server consumano molta energia con i carichi di lavoro dell'IA e rilasciano di conseguenza molto calore. Questo calore di scarto deve essere dissipato in modo affidabile per evitare il surriscaldamento dei chip e guasti hardware. (Fonte)
L'acqua viene utilizzata in due forme principali: direttamente in loco come acqua di raffreddamento (Scope 1) e indirettamente tramite il mix energetico (Scope 2). Molte centrali elettriche necessitano di acqua per il raffreddamento e la produzione di vapore. Una terza via, spesso trascurata, è il consumo di acqua nella catena di approvvigionamento, in particolare nella produzione di chip e server (Scope 3). (Fonte)
Molti data center utilizzano sistemi di raffreddamento che evaporano l'acqua, poiché l'evaporazione dissipa il calore in modo molto efficiente. Un principio diffuso è la torre di raffreddamento, in cui una parte dell'acqua evapora trasferendo il calore all'esterno. Il resto dell'acqua rimane nel circuito, ma deve essere sostituito regolarmente. Qui è importante la distinzione tra "prelievo" (totale acqua prelevata) e "consumo" (quota evaporata). In pratica, con una buona qualità dell'acqua, gran parte del prelievo evapora, spesso circa l'80%. (Fonte)
Il consumo specifico di acqua dipende fortemente dal tempo, dalla posizione e dal metodo operativo. Le stime per l'evaporazione nei data center vanno da 1 a 9 litri per kWh di energia del server. Le giornate calde aumentano il fabbisogno, poiché è necessaria più acqua per la stessa capacità di raffreddamento. (Fonte) Esempi locali dimostrano che il consumo di acqua di singoli grandi data center può raggiungere l'ordine di grandezza dei consumatori comunali, come nel caso di Council Bluffs, Iowa, con un consumo di acqua potabile di 1,3 miliardi di galloni nel 2024. (Fonte)
Rapporti del settore e politici confermano che gli impianti di grandi dimensioni possono richiedere milioni di galloni d'acqua al giorno in casi estremi. Per rendere comparabile il consumo di acqua, gli operatori utilizzano metriche come l'efficienza dell'uso dell'acqua (WUE), che mette in relazione il consumo di acqua con l'energia IT. (Fonte)
Fonte: bblloobb.com
Il ciclo dell'acqua nei data center: l'acqua viene utilizzata per il raffreddamento e si perde per evaporazione.
Contesto
L'acqua diventa un punto di contesa quando i data center crescono in regioni aride o quando i nuovi progetti minimizzano il fabbisogno. Le autorità stanno integrando sempre più il tema nelle procedure di autorizzazione, come nel caso del Cile, dove un tribunale ha richiesto valutazioni ambientali più rigorose per un data center di Google previsto, anche a causa di questioni idriche in una regione colpita dalla siccità. (Fonte) Analisi internazionali descrivono che l'espansione dei data center di IA avviene spesso in regioni con un'elevata competizione per l'acqua. (Fonte)
Anche se un data center consuma poca acqua in loco, la quota indiretta tramite il mix energetico rimane rilevante. Le centrali termoelettriche necessitano di acqua per il raffreddamento, e questo fabbisogno dipende dal tipo di centrale e dal metodo di raffreddamento. (Fonte) Lo United States Geological Survey pubblica dati e rapporti sull'estrazione e il consumo di acqua per la produzione di energia termoelettrica negli Stati Uniti. Una conseguenza centrale è che le decisioni di raffreddamento possono solo "spostare" l'acqua. I sistemi di raffreddamento a secco risparmiano spesso acqua in loco, ma aumentano frequentemente il fabbisogno di elettricità, il che può aumentare l'impronta idrica indiretta nella rete. (Fonte)
Un altro aspetto è il consumo di acqua nella catena di approvvigionamento dell'hardware. La produzione di chip è estremamente idrovora, poiché i wafer vengono sciacquati in molte fasi del processo e trattati con acqua ultrapura (UPW). La produzione di circuiti integrati su un wafer da 300 mm richiede circa 2.200 galloni d'acqua, di cui circa 1.500 galloni d'acqua ultrapura. (Fonte) Questa parte è facile da trascurare, poiché non è visibile direttamente nel data center, ma fa parte dell'impronta idrica completa dell'hardware di IA. (Fonte)
Fonte: user-added
Consumo globale di acqua previsto per l'IA nel 2027, che illustra l'entità del problema.
Approcci al problema e sfide
Parte della risposta risiede nella scelta della posizione e nel profilo climatico, poiché il raffreddamento richiede più acqua o più elettricità in caso di caldo. (Fonte) Tecnicamente, si sta passando sempre più al raffreddamento a liquido e ai circuiti chiusi, poiché i rack di IA raggiungono elevate densità di potenza e il raffreddamento ad aria incontra i suoi limiti. (Fonte) Il raffreddamento a base d'acqua può essere efficiente dal punto di vista energetico, e alternative come il raffreddamento a immersione con liquidi non acquosi possono evitare l'evaporazione dell'acqua. (Fonte)
Fonte: interestingengineering.com
L'IA può anche essere uno strumento prezioso per l'ottimizzazione e la gestione delle risorse idriche.
Le grandi aziende tecnologiche affrontano il problema attraverso obiettivi e programmi di rifornimento. Microsoft si è posta l'obiettivo di essere "water positive" entro il 2030, ovvero di restituire più acqua di quanta ne consumi. (Fonte) Google persegue una strategia simile con un obiettivo di rifornimento del 120% del consumo entro il 2030. (Fonte) Anche AWS e Meta si sono posti l'obiettivo di "water positive by 2030" e riportano pubblicamente i progressi. (Fonte) (Fonte)
Tuttavia, questi impegni non risolvono automaticamente il problema fondamentale che le comunità avvertono: l'acqua scarseggia dove viene prelevata ed evaporata. Molti esperti chiedono quindi maggiore trasparenza sull'uso diretto e indiretto dell'acqua. (Fonte)
In sintesi, l'IA non "beve" acqua direttamente, ma il consumo di acqua deriva dallo sviluppo di calore dell'elaborazione, dal raffreddamento dell'infrastruttura e dai processi idrovori nell'approvvigionamento energetico e nella catena di fornitura. Se ciò diventi un problema dipende fortemente dal contesto: dalla tecnica di raffreddamento utilizzata, dal mix energetico e soprattutto dallo stress idrico locale nella località. La domanda è in definitiva quanta comodità digitale può inserirsi in un sistema fisico che, nei giorni caldi, non può fornire acqua più velocemente di quanto l'ambiente ne consenta. (Fonte)