Der KI-Boom steigert den CO2-Ausstoß – sollten Unternehmen ihren Klimaanteil anerkennen?

Auf den KI-Boom wurden wir erst im Jahr 2022 aufmerksam. Klar, schon vorher hatten wir die Autokorrektur auf unseren Smartphones zu schätzen gewusst. Uns gefiel (größtenteils) die Vorschlagsliste von Amazon, als wir online einkauften. Einige von uns haben sogar begonnen, neue Plattformen zu nutzen, um urheberrechtsfreie Kunstwerke zu schaffen.

Was uns jedoch weniger bewusst ist, ist, dass die KI-Technologie viel Strom verbraucht, weil sie Tausende spezialisierter Computerchips erfordert. Es zeichnet sich ab, dass der KI-Boom in den nächsten Jahren den Stromverbrauch exponentiell steigern wird. Infolgedessen wird der für den Betrieb von KI benötigte Strom die CO2-Emissionen der Welt erhöhen – wenn die Unternehmen ihren Strom aus fossilen Brennstoffen beziehen. Wenn der Strom aus erneuerbaren Ressourcen stammt, werden die Auswirkungen drastisch reduziert.

Diese beschleunigte Entwicklung sollte Bedenken hinsichtlich des Stromverbrauchs und der möglichen Umweltauswirkungen von KI und Rechenzentren aufkommen lassen.

KI bezieht sich auf eine Reihe von Technologien und Methoden, die es Maschinen ermöglichen, intelligentes Verhalten zu zeigen, wie von Alex de Vries, Autor eines Artikels vom Oktober 2023, definiert Studie von der VU Amsterdam School of Business and Economics. Generative KI-Tools zur Textgenerierung wie ChatGPT und DALL-E von OpenAI nutzen die Verarbeitung natürlicher Sprache, um Texte, Bilder oder Videos zu erstellen. Verschiedene Phasen der KI – etwa die Inferenzphase gegenüber der Trainingsphase – unterscheiden sich hinsichtlich des Stromverbrauchs.

Bei der Untersuchung der Fachliteratur kommt de Vries zu dem Schluss, dass der Stromverbrauch von Rechenzentren in den Anfangsjahren relativ stabil 1 % des weltweiten Stromverbrauchs ausmachte, Kryptowährungs-Mining ausgenommen. Zwischen 2010 und 2018 stieg der weltweite Stromverbrauch von Rechenzentren um etwa 6 %. Im Jahr 2022 verbrauchten Rechenzentren, die alle Computer betreiben, einschließlich der Cloud von Amazon und der Suchmaschine von Google, etwa 1 bis 1,3 % des weltweiten Stroms.

„Es gibt zunehmend Befürchtungen“, warnt de Vries, „dass die für die Entwicklung und Wartung von KI-Modellen und -Anwendungen erforderlichen Rechenressourcen zu einem sprunghaften Anstieg des Beitrags von Rechenzentren zum weltweiten Stromverbrauch führen könnten.“

Digitale Innovationen wie KI sind in hohem Maße auf Rechenzentren angewiesen, um riesige Informationsmengen zu verarbeiten und zu speichern. Um den Energieverbrauch von Goliath einzudämmen, muss die Branche ihre Rechenzentren so bauen, dass sie sowohl aus Ressourcen- als auch aus Kostensicht im großen Maßstab energieeffizient sind. Doch da Unternehmen sich beeilen, wettbewerbsfähige KI-Modelle zu entwickeln, wird es immer schwieriger, sie dazu zu bringen, den Stromverbrauch bei der Entwicklung der nächsten Generation von KI-Hardware und -Software zu berücksichtigen.

Bis 2027 könnten KI-Server nach einem leicht konservativen Ansatz jährlich zwischen 85 und 134 Terawattstunden (Twh) verbrauchen. Genauere Schätzungen lassen sich nur schwer ableiten, da Unternehmen wie OpenAI keine Angaben zu Details machen, beispielsweise wie viele Spezialchips sie zum Betrieb ihrer Software benötigen.

Studienautor de Vries entwickelte eine Methode zur Schätzung des Stromverbrauchs anhand der prognostizierten Verkäufe von Nvidia A100-Servern – der Hardware, die schätzungsweise von 95 % des KI-Marktes verwendet wird.

„Jeder dieser Nvidia-Server ist ein stromhungriges Biest“, sagt de Vries erzählt Die New York Times. Es könnte hilfreich sein, wenn Kunden die Server mit weniger als 100 % Auslastung nutzen würden, was den Stromverbrauch senken würde. Andererseits würden Serverkühlung und andere Infrastruktur die Gesamtsumme in die Höhe treiben.

Kalifornien hat mit dem Prozess der KI-Rechenschaftspflicht begonnen. Zwei wichtige, von Gouverneur Gavin Newsom unterzeichnete Gesetze zur Offenlegung von Klimarisiken werden alle großen Unternehmen dazu verpflichten, ihre Klimarisiken und -auswirkungen transparenter zu machen. Das bedeutet, dass KI-intensive Unternehmen wie OpenAI und Google ihre CO2-Emissionen offenlegen müssen, um in Kalifornien Geschäfte zu machen. Mehr als 10.000 Unternehmen könnten betroffen sein.

Es wurde erwartet, dass die Securities and Exchange Commission in diesem Jahr Klimaoffenlegungsregeln für börsennotierte Unternehmen ankündigt, doch die Initiative geriet aufgrund des starken Widerstands der Republikaner ins Stocken.

Nachhaltigkeitsmaßnahmen zur Eindämmung des KI-Booms

Als Pankaj Sharma von Schneider Electric erklärt„Das Erreichen von Ausfallsicherheit und Nachhaltigkeit im Rechenzentrumsbetrieb ist heute eine geschäftliche Notwendigkeit.“ Sharma beschreibt dass ein Standard-Rechenzentrum noch vor 10–15 Jahren einen äußerst ineffizienten PUE von ~1,8 hatte. „Starke Brancheninnovationen wie Verbesserungen im Rechenzentrumsdesign, der Kühlung, der Rechenzentrumsverwaltung und der unterbrechungsfreien Stromversorgung führten zu einer Reduzierung des Energieverlusts um 80 %, was dazu führt, dass Rechenzentren heute einen PUE-Wert von 1,17 erreichen können.“ Weitere innovative Möglichkeiten wie die Flüssigkeitskühlung und die Netzinteraktion von Rechenzentren können die Nachhaltigkeitsmaßnahmen weiter verbessern.

Schneider Electric macht mit seinem Juni 2023 diesem Thema Taten folgen Veröffentlichung„Ein Leitfaden zu ökologischen Nachhaltigkeitskennzahlen für Rechenzentren.“ In dem Dokument wird dargelegt, wie viele Unternehmen mittlerweile als Ergänzung zur Finanzberichterstattung über Nachhaltigkeit berichten, um ihr Engagement für Umwelt-, Sozial- und Governance-Programme (ESG) zu demonstrieren. Für Unternehmen in der Rechenzentrumsbranche oder die über ihren Rechenzentrumsbetrieb berichten möchten, hat Schneider Electric fünf Kategorien von Kennzahlen für die Umweltverträglichkeitsberichterstattung vorgeschlagen.

• Energie: Der prognostizierte zukünftige Anstieg des gesamten Energieverbrauchs von Rechenzentren in Verbindung mit der zunehmenden dezentralen erneuerbaren Energieversorgung erfordert, dass Rechenzentrumsbetreiber ein besseres Verständnis ihrer Energiequellen haben. Die Berichterstattung über Energieverbrauch, Energieeffizienz und Nutzung erneuerbarer Energien ist für Rechenzentrumsbetreiber wichtig, um ihre Fortschritte bei den Bemühungen zur Minimierung ihres CO2-Fußabdrucks aufzuzeigen.
• Treibhausgasemissionen: CO2 und andere Gase wie CH4, PFCs, HFCs werden als Treibhausgase eingestuft. Auch als „Kohlenstoffemissionen“ bezeichnet, gibt es drei Kategorien von Treibhausgasemissionen: Scope 1, Scope 2 und Scope 3. Unternehmen können ihre Scope-2-Kohlenstoffemissionen reduzieren, indem sie ihren Anteil an erneuerbaren Energien erhöhen. Der Ersatz fossiler Brennstoffe durch erneuerbare Energien sollte ein zentraler Bestandteil CO2-neutraler Strategien für den Energieverbrauch von Rechenzentren sein.
• Wasser: Wasserknappheit wird in vielen Regionen zu einem ernsten Problem, daher ist es für Rechenzentren wichtig, den Wasserverbrauch zu verstehen und zu reduzieren. Es werden verschiedene Arten von Technologien (z. B. Trockenkühler mit adiabatischer Verdunstung, Flüssigkeitskühlung) eingesetzt, um den direkten Wasserverbrauch zu reduzieren.
• Abfall: Rechenzentren sind im Vergleich zu anderen Industriebetrieben mit einem einzigartigen Abfallprofil konfrontiert. Um die Ziele der Kreislaufwirtschaft zu erreichen, müssen Rechenzentrumsbetreiber ihr Abfallprofil (insbesondere Elektroschrott und Batterien) durch maßgeschneiderte Rechenzentrumskennzahlen verstehen. Designmethoden und -prozesse für die Kreislaufwirtschaft unterstützen Verbesserungen in diesem Bereich. Die Meldung der Abfallerzeugung und -umleitung wird für Rechenzentrumsbetreiber immer wichtiger und dürfte in naher Zukunft zur Selbstverständlichkeit werden.
• Lokales Ökosystem: Rechenzentren haben direkte und indirekte Auswirkungen auf das lokale Ökosystem, einschließlich Land, Schallpegel und Arten. Die Berichterstattung über die Auswirkungen auf das lokale Ökosystem wird auch für Rechenzentrumsbetreiber immer wichtiger und dürfte in naher Zukunft zur Selbstverständlichkeit werden.