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Der unstillbare Durst der Computertechnik: das Problem der Wasserkühlung im KI-Bereich
Kernpunkte.
Die rasant zunehmende Nutzung generativer künstlicher Intelligenz sorgt für eine nie da gewesene Nachfrage nach Rechenzentren. Bis 2030 werden sich die globalen Kapazitäten voraussichtlich verdreifachen
Grosse Rechenzentren verbrauchen enorme Mengen Trinkwasser – mitunter mehrere Millionen Liter pro Tag – zur Kühlung, was in Regionen, in denen Wasser knapp ist, Konflikte verursacht
Neue Kühltechnologien können den Trinkwasserverbrauch auf null senken und den Energieverbrauch um bis zu 90% reduzieren
Riesige Anlagechancen entstehen in den Bereichen wasserfreie Kühlung, erneuerbare Energien und nachhaltige Infrastruktur. Gleichzeitig geben grosse Technologieunternehmen allein im Jahr 2025 voraussichtlich USD 350 Mrd. für KI-Rechenzentren aus.
„Können Maschinen denken?“
Diese Frage stellte der „Vater der modernen Informatik“, der britische Wissenschaftler Alan Turing, in einer wegweisenden Arbeit, die vor genau 75 Jahren erschien.1
Damals war diese Frage umstritten und wurde kontrovers diskutiert. Doch Turing ist heute auch für seine Weitsicht bekannt. Und so sagte er neben dem Aufstieg der künstlichen Intelligenz (KI) auch voraus, dass diese Frage irrelevant werden würde. Ungeachtet dessen, ob wir jemals akzeptieren würden, dass Maschinen wirklich „denken“ können, würden sie nach seiner Überzeugung eines Tages mit der menschlichen Kreativität konkurrieren.
Heute ist jede Debatte praktisch hinfällig. Es ist keine drei Jahre her, dass ChatGPT von OpenAI als erstes von zahlreichen Produkten in einem schnell wachsenden Ökosystem an den Start ging. Schon jetzt ist die disruptive Kraft der „Denkfähigkeit“ generativer KI überall spürbar. Das Spektrum reicht von Konsum-, Gesundheits-, Energie- und Industriesystemen über den Verteidigungssektor bis zu sozialen Medien und Politik.
Schon jetzt ist die disruptive Kraft der „Denkfähigkeit“ generativer KI überall spürbar
Das Potenzial der KI ist so gross und die Entwicklung so rasant, dass sich Regierungen weltweit intensiv bemühen, ihre strategische Unabhängigkeit zu sichern. Dies betrifft die KI selbst, aber auch zugehörige Wirtschaftszweige und zahlreiche KI-unterstützte Sektoren. Parallel investieren die grössten Technologieunternehmen der Welt im Wettstreit um eine führende Stellung im KI-Bereich immer mehr in Rechenleistung.
Angesichts dieses ausufernden KI-Wettrüstens fragen sich Wissenschaft und Politik aber zunehmend, wie sich der Ressourcenhunger dieser neuen Technologie auf die physische Welt auswirken wird. Und wie könnten Anlegerinnen und Anleger von den Bemühungen um eine effizientere, nachhaltigere KI-Zukunft profitieren – oder sogar ein Teil davon sein?
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Die Cloud ist auch aus Beton
Man kann sich KI gut als etwas physisch nicht Greifbares vorstellen, das leichter als Luft ist und nur in Form von elektrischen Impulsen irgendwo „in der Cloud“ existiert. In Mesa im US-Bundesstaat Arizona wird aber schnell deutlich, dass die KI weniger in einer Cloud, sondern eher in Betongebäuden zu finden ist. In der Stadt mit etwas über 500’000 Einwohnern wurden 15 grosse Rechenzentren auf rund 600 Hektar Fläche errichtet, genehmigt oder beantragt. Zu den Eigentümern zählen unter anderem Apple, Google und Meta.2
Diese Rechenzentren und Tausende weitere in aller Welt sind das Zuhause des Internets. Dort befinden sich die Server und Festplatten, die unsere Recherchen ermöglichen, Onlinekäufe verarbeiten sowie Texte, Fotos und Videos speichern.
Ausserdem ermöglichen sie der KI, mit Hunderten oder Tausenden hochmoderner Prozessoren Milliarden von Rechenprozessen durchführen. Einfach ausgedrückt ist die KI-Nachfrage gleichbedeutend mit dem Bedarf an Rechenzentren. Bis zum Jahr 2030 wird sich die weltweite Gesamtkapazität von Rechenzentren voraussichtlich mehr als verdreifachen.3 Der Stromverbrauch der Rechenzentren dürfte dabei viermal schneller wachsen als der jedes anderen Sektors und bis zu 3% des gesamten weltweiten Stromverbrauchs erreichen.4
Durch die KI-bedingte Nachfrage nach Rechenleistung wächst der Energiehunger von Rechenzentren. Auch ihr Durst wird grösser
Im Wettstreit mit der Computertechnik
Hier kommen Städte wie Mesa ins Spiel. Arizona, mit durchschnittlich fast 300 Sonnentagen im Jahr5, ist wegen seines Solarstrompotenzials wie geschaffen für diese stromhungrigen Kolosse. Google beispielsweise will mit einer Kombination aus Windkraft und Solarenergie den Strom für seine Rechenzentren in Arizona bis 2026 zu 80% CO2-frei machen.6
Der ganzjährig verfügbare Sonnenschein erzeugt zwar den nötigen Strom, doch aufgrund des trockenen Klimas herrscht in Mesa nicht selten Wasserknappheit. Mit Blick auf die grossen Rechenzentren stellt dies ein besonderes Problem dar. Wasser leitet Wärme 20-Mal effizienter ab als Luft.7 Diese Rechenzentren nutzen daher Flüssigkühlsysteme, um die bei komplexen KI-Berechnungen entstehende Wärme in den Griff zu bekommen, zumal die Wärmedichte in KI-Rechenzentren steigt. Folglich verbrauchen einige Rechenzentren heute bis zu 20 Mio. Liter Trinkwasser pro Tag für Energieerzeugung und Kühlung. Dies entspricht dem Verbrauch einer Stadt mit 10’000 bis 50’000 Einwohnern.8
Weltweit dürfte sich das Dilemma, dass in Regionen mit hohem Solarstrompotenzial Wasser knapp und der Kühlbedarf erhöht ist, zunehmend verschärfen. Durch die KI-bedingte Nachfrage nach Rechenleistung wächst der Energiehunger von Rechenzentren. Auch ihr Durst wird grösser. In nur zwei Jahren dürften KI-Rechenprozesse weltweit bis zu rund 6,5 Bio. Liter Wasser jährlich verbrauchen - mehr als das Sechsfache des Wasserverbrauchs von Dänemark.9
In Mesa hat Meta zugesagt, regionale Projekte zur Wassereinsparung zu unterstützen… was bedeutet, dass das neue Rechenzentrum im Wert von USD 1 Milliarde bis 2030 wasserpositiv sein wird
In Mesa waren die Arbeitsplätze und Investitionen, die die Ansiedlung von Rechenzentren mit sich brachte, anfangs willkommen. Unter den Einwohnerinnen und Einwohnern regt sich nun aber zunehmend Unmut, und die Politik hat kürzlich strengere Planungsvorschriften erlassen. Der Wasserverbrauch der Rechenzentren wird künftig Gegenstand umfassenderer Prüfungen sein.
Mesa ist kein Einzelfall. In The Dalles, Oregon, beispielsweise gewann eine Lokalzeitung einen 13-monatigen Rechtsstreit mit dem Stadtrat über die Veröffentlichung des Wasserverbrauchs eines Rechenzentrums. Die Zeitung hatte herausgefunden, dass das Rechenzentrum für mehr als ein Viertel des gesamten Jahreswasserverbrauchs der Stadt verantwortlich war.10 In Spanien, Uruguay, Chile und sogar den Niederlanden gibt es Proteste von Bauern und lokalen Gemeinschaften gegen neue Rechenzentren. Sie fürchten, bald mit der KI um ihr Wasser konkurrieren zu müssen.
Innovationen zur Wasserkühlung – Entstehung eines Wirtschaftszweigs
Für die Eigentümer von Rechenzentren ist effiziente Kühlung in der Aufgabenliste weit nach oben gerückt. Beispielsweise kündigte Microsoft im Sommer 2024 an, dass in allen neuen Rechenzentren geschlossene Wasserkühlsysteme zum Einsatz kommen werden. Die ersten wasserfreien Rechenzentren sollen ab 2026 in Arizona und Wisconsin den Betrieb aufnehmen. Das Unternehmen verspricht, durch den Einsatz geschlossener Kühlkreisläufe anstelle von Verdunstungskühlern in jedem neuen Rechenzentrum mehr als 125 Mio. Liter Wasser jährlich einzusparen. Dies verdeutlicht das Potenzial von Flüssigkühltechnologien als entscheidende Lösung für mehr Nachhaltigkeit.11
Für die Eigentümer von Rechenzentren ist effiziente Kühlung in der Aufgabenliste weit nach oben gerückt
Gegenwärtig entsteht ein florierendes Ökosystem aus spezialisierten Unternehmen. Die US-amerikanische Vertiv bietet beispielsweise ein hybrides Kühlsystem an, das ein geschlossenes Flüssigkühlsystem mit Luftkühlung kombiniert. Es eignet sich zur Nachrüstung bestehender Rechenzentren, beseitigt Wasserverschwendung und reduziert den Energieverbrauch ohne umfassenden Modernisierungsaufwand.12
Einige neue Rechenzentren setzen indes auf Tauchkühlung, bei der eigens konzipierte Server während des Betriebs in nichtleitendes Kühlmittel getaucht sind. Diese lüfter- und pumpenlosen Systeme wie jene des britisch-amerikanischen Unternehmens Iceotope verbrauchen sehr wenig oder gar kein Wasser und über 90% weniger Energie.13
Das US-Startup Subsea Cloud geht mit einem Pilotprojekt noch weiter. Es platziert ein Rechenzentrum in einer Kapsel, der „Jules Verne“, unter Wasser auf dem Boden des Pazifischen Ozeans. Geplante weitere Teststandorte im Golf von Mexiko und der Nordsee sollen zeigen, dass sich der Trinkwasser- und Energieverbrauch auch in wärmeren Gewässern drastisch reduzieren lässt.14 Auch die Mikrofluidkühlung gewinnt an Bedeutung. Durch das Einätzen winziger Kanäle direkt in KI-Chips kann Kühlflüssigkeit im Silizium selbst zirkulieren und die Wärme deutlich effizienter abführen als herkömmliche Kaltplatten. Microsoft hat diesen Ansatz kürzlich demonstriert und gezeigt, dass sich damit Server, die zentrale Dienste ausführen, bis zu dreimal effektiver kühlen lassen.15
Google, Meta, Amazon und Microsoft werden 2025 zusammen USD 350 Mrd. in den Bau und die Ausrüstung von Rechenzentren investieren. In den USA könnten allein die Investitionen in den KI-Bereich in diesem Jahr 0,7% zum Wirtschaftswachstum beitragen. Das wäre die Hälfte des von der US-Notenbank prognostizierten Wachstums von 1,4%.16 Auch Europa zeigt sich entschlossen, diese Chance zu nutzen. So hat Frankreichs Staatspräsident Emmanuel Macron private Investitionen in Höhe von EUR 109 Mrd. in KI angekündigt.17 Die Europäische Kommission wiederum wird mit ihrer Initiative „InvestAI“ EUR 200 Mrd. für die Förderung der KI-Entwicklung in der EU mobilisieren.18
Diese enormen Ausgaben schaffen Anlagechancen in verschiedenen Sektoren. Sie reichen von Projekten für erneuerbare Energie und Batteriespeicher über das Bauwesen bis hin zu hochmodernen Chips und Server-Hardware für neue KI-Modelle. Nach Ansicht der Investmentbank Jefferies wird die Nachfrage nach Flüssigkühlsystemen noch wenigstens in den nächsten fünf bis zehn Jahren hoch bleiben. Der Wert des Marktes dürfte bis 2030 auf fast USD 28 Mrd. steigen.
Wir bei Lombard Odier sind überzeugt, dass KI ein unverzichtbarer Verbündeter bei unseren laufenden Bemühungen um eine nachhaltige Zukunft sein wird. Sie dürfte ferner ein wichtiger Katalysator beim Übergang zu einem neuen Wirtschaftsmodell sein, einem naturfreundlichen, sozial konstruktiven und digital unterstützten Netto-Null-Modell.
Mit unserer Planetary-Transition-Anlagestrategie wollen wir von diesem Wandel profitieren. Wir achten auf Chancen bei Unternehmen, die die planetaren Belastbarkeitsgrenzen (etwa durch zu hohe Emissionen oder einen zu hohen Trinkwasserverbrauch) nicht länger überschreiten wollen. Im Rahmen dieser Strategie investieren wir in Unternehmen, die die KI-Revolution beschleunigen bzw. innovative Technologien zur effizienten Kühlung moderner Rechenzentren bereitstellen.
In Mesa, Arizona, hat die Sorge über den Trinkwasserverbrauch Veränderungen angestossen. Meta hat zugesagt, regionale Wasserschutzprojekte zu unterstützen, um den lokalen Wasserspeichern mehr Wasser zuzuführen, als Metas Rechenzentren ihnen entnehmen. Das neue USD 1 Mrd. teure Rechenzentrum wird also im Jahr 2030 eine positive Wasserbilanz vorweisen können.19 Im neuen Rechenzentrum von Edged Energy kommt dagegen von Anfang an eine wasserfreie Flüssigkühltechnologie zum Einsatz, die rund 350 Millionen Liter Wasser jährlich einspart.20
Innovationen in der Flüssigkühlung sind im Aufwind, sodass andere KI-Rechenzentren sicher bald nachziehen werden. Das senkt den Wasserverbrauch und unterstützt Nachhaltigkeitslösungen. In Mesa und anderen Orten weltweit können die Menschen Rechenzentren wieder als einen Segen für die lokale Wirtschaft statt als Konkurrenz um ihr kostbares Trinkwasser ansehen.
Die vorliegende Marketingmitteilung wurde von der Bank Lombard Odier & Co AG (nachstehend “Lombard Odier”) herausgegeben. Sie ist weder für die Abgabe, Veröffentlichung oder Verwendung in Rechtsordnungen bestimmt, in denen eine solche Abgabe, Veröffentlichung oder Verwendung rechtswidrig ist, noch richtet sie sich an Personen oder Rechtsstrukturen, an die eine entsprechende.
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