Large data centres in cities risk suburban heating

Städte sind seit langem dafür bekannt, Hitze zu speichern, wodurch Taschen der Wärme entstehen, die spürbar heißer sind als das umliegende Land. Dies geschieht, weil Beton und Asphalt die Sonnenenergie aufsaugen und sie langsam wieder abgeben, während der Mangel an Boden und Pflanzen bedeutet, dass weniger kühlende Verdunstung stattfindet. Nun wird dieser städtischen Mischung eine neue Schicht der Hitze hinzugefügt, die aus den massiven Servern stammt, welche die Revolution der künstlichen Intelligenz antreiben. Diese Einrichtungen, bekannt als Rechenzentren, verbrauchen enorme Mengen an Elektrizität, um ihre Computer am Laufen zu halten und zu kühlen. Während der von ihnen genutzte Energiebedarf für das moderne Leben essenziell ist, wird die als Nebenprodukt dieser Energienutzung erzeugte Wärme direkt in die Atmosphäre abgegeben, sowohl am Tag als auch in der Nacht. Da diese Anlagen von kleinen Serverräumen zu Gigawatt-Campus-Größen heranwachsen, stellen Wissenschaftler eine kritische Frage: Verwandeln wir unsere Städte unabsichtlich in noch heißere Orte, insbesondere während gefährlicher Hitzewellen?

Ein Forschungsteam unter der Leitung von Andrew Pitman an der University of New South Wales machte sich daran, diese Frage am Beispiel von Sydney, Australien, zu untersuchen. Sie konzentrierten sich auf die rasche Expansion der Rechenzentren in der Stadt, die Dutzende bestehender Standorte, viele im Bau befindliche sowie mehrere massive Projekte in der Planungsphase umfasst. Um die Auswirkungen zu verstehen, nutzte das Team ein hochentwickeltes atmosphärisches Computermodell, das Wetterlagen in einem sehr feinen Maßstab simuliert und dabei auf Ein-Kilometer-Quadrate über die Stadt hinweg zoomt. Sie führten Simulationen von zehn separaten Hitzewellen-Ereignissen durch und verglichen das aktuelle Wetter mit einem Szenario, in dem alle derzeitigen, im Bau befindlichen und geplanten Rechenzentren mit voller Kapazität in Betrieb wären. Dies ermöglichte es ihnen, den spezifischen Effekt der Abwärme dieser Anlagen auf die lokale Lufttemperatur zu isolieren.

Die Ergebnisse zeigten einen klaren und signifikanten Erwärmungseffekt, insbesondere im westlichen Teil der Stadt, wo sich die größten Rechenzentren befinden. Wenn all diese Anlagen gemeinsam betrieben werden, steigt die durchschnittliche Lufttemperatur während einer Hitzewelle über ein großes Gebiet um zwischen 0,5 und 1,0 Grad Celsius. In der unmittelbaren Umgebung der größten Standorte ist die Erwärmung sogar noch intensiver, wobei die Durchschnittstemperaturen um mehr als 1,5 Grad Celsius steigen. Das Modell zeigte, dass diese zusätzliche Hitze sowohl den heißesten Teil des Tages als auch den kühlsten Teil der Nacht beeinflusst, wobei der Effekt auf die Nachttemperaturen besonders frappierend ist. In der Nähe des größten Rechenzentrums könnte die Minimumtemperatur – der tiefste Punkt, den die Luft vor Sonnenaufgang erreicht – um bis zu 3,5 Grad Celsius ansteigen. Das bedeutet, dass die Luft in einer heißen Sommernacht möglicherweise nicht so stark abkühlt, wie sie es normalerweise tun würde, was die Umgebung und die Menschen in der Nähe mit weniger Erleichterung zurücklässt.

Das Ausmaß des Problems hängt stark davon ab, wie die Rechenzentren gekühlt werden und wie groß sie sind. Die Forscher fanden heraus, dass kleinere Anlagen einen vernachlässigbaren Effekt haben, aber die neue Generation massiver Rechenzentren, von denen einige geplant sind, über 1.000 Megawatt zu leisten, verändert das lokale Klima. Auch die Methode der Kühlung spielt eine Rolle. Viele Rechenzentren nutzen Wasser, um Hitze zu absorbieren, welches sich in Dampf verwandelt und die Energie wegträgt. Während dies die unmittelbare Freisetzung heißer Luft verhindert, merkten die Forscher an, dass das Vertrauen auf diese Methode in einer Stadt wie Sydney, die mit Wasserknappheit konfrontiert ist, riskant ist. Falls die Wasserkühlung verboten würde und die gesamte Hitze als sensible Wärme direkt an die Luft abgegeben werden müsste, würde sich das betroffene Gebiet der Erwärmung signifikant ausdehnen und weiter in das nördliche Sydney vordringen, wodurch mehr Menschen höheren Temperaturen ausgesetzt wären.

Die menschlichen Kosten dieser Erwärmung sind messbar. Basierend auf aktuellen Bevölkerungsdaten schätzten die Forscher, dass in ihrem extremsten Szenario, in dem alle geplanten großen Rechenzentren gebaut werden, fast 255.000 Menschen in Sydney Hitzewellen ausgesetzt sein könnten, die mindestens 0,3 Grad Celsius heißer sind, als sie es ansonsten wären. Mehr als 78.000 dieser Menschen könnten Hitzewellen erleben, die mindestens 0,5 Grad heißer sind. Dies ist nicht nur eine Frage des Komforts; höhere Temperaturen während Hitzewellen sind mit erhöhter Sterblichkeit, wirtschaftlichen Verlusten und Gesundheitsrisiken verbunden. Die Studie verdeutlicht, dass die Hitze dieser Anlagen additiv zum bestehenden städtischen Hitzeinseleffekt und dem breiteren Trend der globalen Erwärmung wirkt und somit ein kumulatives Risiko für die Stadtbewohner schafft.

Die Forscher schlagen vor, dass die Lösung im Standort dieser Anlagen liegen kann. Die Platzierung großer Rechenzentren außerhalb der Stadtgrenzen könnte verhindern, dass sie die Hitze innerhalb städtischer Gebiete intensivieren. Dieser Ansatz könnte auch Vorteile für regionale Städte bieten, da die Anbindung dieser abgelegenen Einrichtungen an Städte über Hochgeschwindigkeitsnetze die digitale Konnektivität für diese Gemeinschaften verbessern würde. Falls Rechenzentren in der Stadt bleiben müssen, rät die Studie davon ab, sie in Technologie-Clustern zusammenzufassen, da die kombinierte Hitze mehrerer Standorte einen viel stärkeren lokalen Erwärmungseffekt erzeugt als verstreute, kleinere Einrichtungen. Darüber hinaus stellt die Abhängigkeit von Diesel- oder Gas-Notstromaggregaten, die bei Stromausfällen noch mehr Hitze und Emissionen freisetzen würden, eine weitere Risikolage dar, die Planer berücksichtigen müssen.

Letztlich bringt diese Arbeit einen bisher übersehenen Faktor in die Diskussion über Stadtplanung und Klimaresilienz ein. Während die von diesen Rechenzentren verbrauchte Energie wissenschaftliche und medizinische Durchbrüche vorantreibt, gestaltet die physische Hitze, die sie freisetzen, die lokale Umgebung neu. Die Studie legt nahe, dass mit wachsender Nachfrage nach künstlicher Intelligenz auch die Notwendigkeit steigt, den thermischen Fußabdruck der Infrastruktur zu verwalten, die sie unterstützt. Durch das Verständnis dieser Dynamiken können Stadtplaner und politische Entscheidungsträger fundiertere Entscheidungen über den Standort dieser essenziellen Einrichtungen treffen, um sicherzustellen, dass das Streben nach technologischem Fortschritt nicht auf Kosten einer gefährlichen Erwärmung der Städte geht.