Large data centres in cities risk suburban heating

都市は熱を蓄えやすく、周囲の田園地帯よりも明らかに気温が高い「熱のポケット」を作り出すことで古くから知られています。これは、コンクリートやアスファルトが太陽エネルギーを吸収してゆっくりと放出する一方で、土壌や植物が不足しているために冷却効果をもたらす蒸発現象が少なくなるために起こります。現在、この都市の熱の混合物に、人工知能革命を支える巨大なサーバーによる新たな層の熱が加わろうとしています。データセンターとして知られるこれらの施設は、コンピュータを稼働させ、冷却するために膨大な量の電力を消費します。彼らが使用するエネルギーは現代生活に不可欠なものですが、そのエネルギー使用の副産物として発生する熱は、昼夜を問わず大気中に直接放出されています。これらの施設が小規模なサーバー室からギガワット規模のキャンパスへと拡大するにつれ、科学者たちは重要な問いを投げかけています。私たちは図らずも、特に危険な熱波の最中に、都市をさらに暑い場所へと変えてしまっているのではないか、という問いです。

ニューサウスウェールズ大学のアンドリュー・ピットマン率いる研究チームは、オーストラリアのシドニーに注目することで、この問いに答えようとしました。彼らは、既存の数十のサイトに加え、建設中の多くのサイト、そして計画段階にあるいくつかの巨大なプロジェクトを含む、シドニーにおけるデータセンターの急速な拡大に焦点を当てました。その影響を理解するために、チームは天候パターンを非常に細かいスケールでシミュレートし、都市全体を1キロメートルの正方形単位でズームアップする高度な大気モデルを使用しました。彼らは10件の個別の熱波イベントのシミュレーションを実行し、現在の気象状況と、現在および建設中、あるいは計画中のすべてのデータセンターがフル稼働しているシナリオを比較しました。これにより、これらの施設から排出される廃熱が局所的な気温に与える特定の影響を分離して抽出することができました。

結果は、特に最大のデータセンターが集まっている市西部の地域において、明確かつ重大な温暖化効果があることを明らかにしました。これらすべての施設が同時に稼働すると、熱波の間の平均気温は広い範囲にわたって0.5度から1.0度の間で上昇します。最大規模のサイトの直近では、温暖化はさらに激しくなり、平均気温は1.5度以上上昇します。モデルによれば、この余剰な熱は一日の最も暑い時間帯と最も涼しい時間帯の両方に影響を与えますが、特に夜間の気温への影響が顕著です。最大のデータセンターの近くでは、最低気温（日の出前に空気が到達する最も低い点）が最大で3.5度上昇する可能性があります。これは、暑い夏の夜に、空気が通常ほど冷え込まない可能性があることを意味し、周辺環境やそこに住む人々から休息の機会を奪うことになります。

問題の規模は、データセンターがどのように冷却されるか、そしてその規模がどれほど大きいかに大きく依存します。研究者たちは、小規模な施設は無視できる程度の影響しか持たない一方で、1,000メガワットを超える計画もある新世代の巨大なデータセンターは、局所的な気候を変えてしまうことを発見しました。冷却方法も重要です。多くのデータセンターは、熱を吸収して蒸発し、エネルギーを運び去る水を使用します。これは、熱い空気を直接放出することを防ぎますが、研究者は、水不足に直面しているシドニーのような都市において、この方法に依存することはリスクがあると指摘しました。もし水冷却が禁止され、すべての熱が顕熱として直接大気に放出されることになれば、温暖化の影響を受ける範囲は大幅に拡大し、シドニー北部まで広がり、より多くの人々を高気温にさらすことになるでしょう。

この温暖化による人間へのコストは、測定可能です。現在の人口データに基づき、研究者たちは、計画されているすべての大型データセンターが建設された場合の最も極端なシナリオにおいて、シドニーの住民の約25万5,000人が、通常よりも少なくとも0.3度高い熱波にさらされる可能性があると推定しました。さらに7万8,000人以上の人々は、少なくとも0.5度高い熱波に直面する可能性があります。これは単なる快適性の問題ではありません。熱波時の高温は、死亡率の増加、経済的損失、および健康リスクに関連しています。この研究は、これらの施設からの熱が、既存の都市熱島現象（ヒートアイランド現象）や広範な地球温暖化の傾向に加算され、都市居住者に複合的なリスクをもたらしていることを強調しています。

研究者たちは、解決策はこれらの施設をどこに建設するかにあるかもしれないと示唆しています。大規模なデータセンターを都市の境界の外側に配置することで、都市部における熱の増幅を防ぐことができます。このアプローチは、高速ネットワークを通じてこれらの遠隔施設を都市に接続することで、地方自治体のデジタル接続性を向上させるという、地域社会へのメリットも提供できる可能性があります。もしデータセンターを都市内に留めなければならない場合は、テクノロジー・プレシンクト（技術集積地）にそれらを密集させないことが推奨されます。なぜなら、複数のサイトが組み合わさった熱は、分散した小規模な施設よりもはるかに強力な局所的温暖化を引き起こすからです。さらに、停電時にさらに多くの熱と汚染物質を放出する可能性のあるバックアップ用のディーゼルまたはガス発電機への依存は、プランナーが考慮すべきもう一つのリスクの層を提示しています。

結局のところ、この研究は、都市計画と気候レジリエンス（気候変動に対する適応力）に関する議論において、これまで見過ごされてきた要因を浮き彫りにしました。これらのデータセンターが消費するエネルギーは科学的・医学的な進歩を推進するものですが、それらが放出する物理的な熱は、局所的な環境を再形成しています。研究は、人工知能への需要が高まるにつれて、それを支えるインフラストラクチャの熱的フットプリント（熱の影響範囲）を管理する必要性も高まっていることを示唆しています。こうしたダイナミクスを理解することで、都市のプランナーや政策決定者は、より情報に基づいた意思決定を行い、技術的進歩の追求が、都市を危険なほど暑くするという代償を伴わないようにすることができるのです。