Large data centres in cities risk suburban heating

도시는 오랫동안 열을 가두는 것으로 알려져 왔으며, 주변 농촌 지역보다 눈에 띄게 더 뜨거운 온기 구역을 만들어냅니다. 이는 콘크리트와 아스팔트가 태양 에너지를 흡수했다가 천천히 방출하는 반면, 토양과 식물이 부족하여 냉각 효과를 주는 증발 작용이 적게 일어나기 때문입니다. 이제, 인공지능 혁명을 뒷받침하는 거대한 서버들로부터 오는 새로운 열의 층이 이 도시의 열기에 더해지고 있습니다. 데이터 센터라고 불리는 이 시설들은 컴퓨터를 가동하고 냉각하기 위해 막대한 양의 전력을 소비합니다. 이들이 사용하는 에너지는 현대 생활에 필수적이지만, 그 에너지 사용의 부산물로 발생하는 열은 낮과 밤을 가리지 않고 대기로 직접 방출됩니다. 이러한 시설들이 소규모 서버실에서 기가와트 규모의 캠퍼스로 성장함에 따라, 과학자들은 한 가지 중요한 질문을 던지고 있습니다. 우리가 의도치 않게 도시를, 특히 위험한 폭염 기간 동안 더욱 뜨거운 곳으로 만들고 있는 것은 아닌가 하는 점입니다.

뉴사우스웨일스 대학교의 앤드류 피트먼(Andrew Pitman)이 이끄는 연구팀은 호주 시드니를 조사함으로써 이 질문에 대한 답을 찾고자 했습니다. 연구팀은 수십 개의 기존 부지, 건설 중인 많은 부지, 그리고 계획 단계에 있는 여러 거대 프로젝트를 포함하여 급격히 확장되고 있는 시드니의 데이터 센터 현황에 주목했습니다. 영향을 파악하기 위해 연구팀은 도시 전체를 1킬로미터 단위의 격자로 세분화하여 기상 패턴을 시뮬레이션하는 정교한 대기 컴퓨터 모델을 사용했습니다. 연구팀은 열 가지 별도의 폭염 이벤트를 시뮬레이션하여, 현재의 날씨와 현재 건설 중이거나 계획된 모든 데이터 센터가 풀 가동되는 시나리오를 비교했습니다. 이를 통해 연구팀은 이러한 시설들의 폐열이 국지적 기온에 미치는 구체적인 영향을 분리해 낼 수 있었습니다.

결과는 명확하고 유의미한 온난화 효과를 보여주었으며, 특히 대형 데이터 센터들이 위치한 시드니 서부 지역에서 두드러졌습니다. 이 모든 시설이 함께 작동할 때, 폭염 기간 동안 평균 기온은 넓은 지역에 걸쳐 0.5도에서 1.0도 사이로 상승합니다. 가장 큰 부지들의 인근에서는 온난화가 더욱 강렬하게 나타나, 평균 기온이 1.5도 이상 상승하기도 합니다. 모델에 따르면 이 추가적인 열은 하루 중 가장 뜨거운 시간대와 가장 선선한 시간대 모두에 영향을 미치지만, 특히 야간 기온에 미치는 영향이 매우 놀랍습니다. 가장 큰 데이터 센터 근처의 경우, 일출 전 공기가 도달하는 최저 지점인 최저 기온이 최대 3.5도까지 상승할 수 있었습니다. 이는 더운 여름밤에 공기가 평소만큼 충분히 식지 못한다는 것을 의미하며, 이는 주변 환경과 인근 주민들에게 휴식의 기회를 줄이는 결과를 초래합니다.

문제의 규모는 데이터 센터를 어떻게 냉각하느냐와 그 규모가 얼마나 크냐에 따라 크게 달라집니다. 연구진은 소규모 시설은 영향이 미미하지만, 1,000메가와트 이상의 규모로 계획된 새로운 세대의 거대 데이터 센터들은 국지적 기후를 변화시킨다는 것을 발견했습니다. 냉각 방식 또한 중요합니다. 많은 데이터 센터가 물을 사용하여 열을 흡수하고, 이 물을 증기로 바꾸어 에너지를 운반합니다. 이는 즉각적인 뜨거운 공기 방출은 막아주지만, 연구진은 물 부족 문제를 겪고 있는 시드니와 같은 도시에서 이 방식에 의존하는 것은 위험하다고 지적했습니다. 만약 수냉식 냉각이 금지되어 모든 열이 현열(sensible heat)의 형태로 공기 중에 직접 방출되어야 한다면, 온난화의 영향을 받는 지역은 훨씬 더 넓어져 북부 시드니까지 도달하게 되며 더 많은 사람을 고온에 노로출시키게 될 것입니다.

이러한 온난화의 인간적 비용은 측정 가능합니다. 현재의 인구 데이터를 바탕으로 연구진은 계획된 모든 대형 데이터 센터가 건설되는 가장 극단적인 시나리오에서, 시드니의 약 255,000명이 평소보다 최소 0.3도 더 높은 폭염에 노출될 수 있다고 추정했습니다. 그중 78,000명 이상의 사람들은 최소 0.5도 더 높은 폭염에 직면할 수 있습니다. 이는 단순히 불편함의 문제가 아닙니다. 폭염 중의 높은 기온은 사망률 증가, 경제적 손실, 그리고 건강 위험과 연결되어 있습니다. 이 연구는 이러한 시설의 열이 기존의 도시 열섬 현상 및 광범위한 지구 온난화 추세에 더해져, 도시 거주자들에게 복합적인 위험을 생성한다는 점을 강조합니다.

연구진은 해결책이 이러한 시설을 어디에 배치하느냐에 달려 있을 수 있다고 제안합니다. 대형 데이터 센터를 도시 경계 외곽에 배치하면 도시 내부의 열기를 심화시키는 것을 방지할 수 있습니다. 이러한 접근 방식은 고속 네트워크를 통해 이 원격 시설들을 도시와 연결함으로써 지역 사회의 디지털 연결성을 개선할 수 있다는 점에서 지역 마을에도 이점을 제공할 수 있습니다. 만약 데이터 센터가 반드시 도시에 남아 있어야 한다면, 연구는 여러 사이트에서 발생하는 결합된 열이 흩어져 있는 소규모 시설보다 훨씬 강력한 국지적 온난화 효과를 만들기 때문에 기술 단지에 이들을 밀집시키는 것을 피하라고 조언합니다. 나아가, 전력 차단 시 더 많은 열과 오염 물질을 배출하게 될 백업용 디젤 또는 가스 발전기에 대한 의존 역시 계획가들이 고려해야 할 또 다른 위험 요소입니다.

궁극적으로, 이 연구는 도시 계획과 기후 회복력에 관한 논의에서 이전에 간과되었던 요소를 가져왔습니다. 이러한 데이터 센터가 소비하는 에너지는 과학적, 의료적 돌파구를 이끌어내지만, 그들이 방출하는 물리적인 열은 국지적 환경을 재편하고 있습니다. 연구는 인공지능에 대한 수요가 증가함에 따라, 이를 뒷받침하는 인프라의 열적 발자국(thermal footprint)을 관리해야 할 필요성도 커진다는 점을 시사합니다. 이러한 역학 관계를 이해함으로써, 도시 계획가와 정책 입안자들은 이 필수적인 시설들을 어디에 위치시킬지에 대해 더 정보에 입각한 결정을 내릴 수 있으며, 기술적 진보의 추구가 도시를 위험할 정도로 뜨겁게 만드는 대가로 이어지지 않도록 보장할 수 있습니다.