Large data centres in cities risk suburban heating

Steden staan erom bekend warmte vast te houden, waardoor er pockets van warmte ontstaan die merkbaar heter zijn dan het omliggende platteland. Dit gebeurt omdat beton en asfalt de energie van de zon absorberen en deze langzaam weer afgeven, terwijl het gebrek aan bodem en planten betekent dat er minder koelende verdamping plaatsvindt. Nu wordt er een nieuwe laag warmte toegevoegd aan deze stedelijke mix, één die afkomstig is van de enorme servers die de revolutie van kunstmatige intelligentie aandrijven. Deze faciliteiten, bekend als datacentra, verbruiken enorme hoeveelheden elektriciteit om hun computers draaiende te houden en te koelen. Hoewel het energieverbruik essentieel is voor het moderne leven, wordt de warmte die als bijproduct van dat energieverbruik wordt gegenereerd, dag en nacht direct aan de atmosfeer afgegeven. Terwijl deze faciliteiten groeien van kleine serverkamers naar gigawatt-schaal campussen, stellen wetenschappers een kritische vraag: maken we onze steden onbedoeld nog heter, vooral tijdens gevaarlijke hittegolven?

Een team van onderzoekers onder leiding van Andrew Pitman aan de University of New South Wales zette zich scharpe om deze vraag te beantwoorden door naar Sydney, Australië te kijken. Ze richtten zich op de snelle expansie van datacentra in de stad, die tientallen bestaande locaties omvat, waarvan er veel in aanbouw zijn en enkele enorme projecten in de planningsfase bevinden zich. Om de impact te begrijpen, gebruikte het team een geavanceerd computermodel van de atmosfeer dat weerpatronen op een zeer fijnmazige schaal simuleert, waarbij ingezoomd wordt op vierkante kilometers door de stad. Ze voerden simulaties uit van tien afzonderlijke hittegolfevents, waarbij ze het weer van nu vergeleken met een scenario waarin alle huidige, in aanbouw zijnde en geplande datacentra op volle capaciteit zouden draaien. Dit stelde hen in staat om het specifieke effect van de restwarmte van deze faciliteiten op de lokale luchttemperatuur te isoleren.

De resultaten toonden een duidelijk en significant opwarmend effect aan, met name in het westelijke deel van de stad waar de grootste datacentra zich bevinden. Wanneer al deze faciliteiten samenwerken, stijgt de gemiddelde luchttemperatuur tijdens een hittegolf met tussen de 0,5 en 1,0 graad Celsius over een groot gebied. In de directe nabijheid van de grootste locaties is de opwarming nog intenser, waarbij de gemiddelde temperaturen met meer dan 1,5 graad Celsius stijgen. Het model toonde aan dat deze extra warmte zowel het heetste deel van de dag als het koelste deel van de nacht beïnvloedt, maar de impact op de nachttemperaturen is bijzonder opvallend. Nabij het grootste datacentrum zou de minimumtemperatuur — het laagste punt dat de lucht bereikt voor de zonsopgang — met wel 3,5 graad Celsius kunnen stijgen. Dit betekent dat op een hete zomernacht de lucht mogelijk niet zo ver afkoelt als normaal, waardoor de omgeving en de mensen die in de buurt wonen minder verlichting krijgen.

De omvang van het probleem hangt sterk af van hoe de datacentra worden gekoeld en hoe groot ze zijn. De onderzoekers ontdekten dat kleinere faciliteiten een verwaarloosbaar effect hebben, maar de nieuwe generatie massieve datacentra, waarvan sommige gepland zijn om meer dan 1.000 megawatt te zijn, verandert het lokale klimaat. De methode van koeling doet er ook toe. Veel datacentra gebruiken water om warmte te absorberen, wat verdampt en de energie wegvoert. Hoewel dit de directe afgifte van hete lucht voorkomt, merkten de onderzoekers op dat het vertrouwen op deze methode in een stad als Sydney, die te maken heeft met waterschaarste, riskant is. Als waterkoeling verboden zou worden en alle warmte direct aan de lucht als voelbare warmte zou moeten worden afgegeven, zou het gebied dat door opwarming wordt getroffen aanzienlijk groter worden, waardoor het verder reikt naar het noorden van Sydney en meer mensen blootstelt aan hogere temperaturen.

De menselijke kosten van deze opwarming zijn meetbaar. Op basis van huidige populatiedata schatten de onderzoekers dat in hun meest extreme scenario, waarbij alle geplande grote datacentra worden gebouwd, bijna 255.000 mensen in Sydney worden blootgesteld aan hittegolven die minstens 0,3 graad Celsius warmer zijn dan ze anders zouden zijn. Meer dan 78.000 van die mensen zouden te maken krijgen met hittegolven die minstens 0,5 graad warmer zijn. Dit is niet alleen een kwestie van comfort; hogere temperaturen tijdens hittegolven zijn gekoppeld aan een verhoogde mortaliteit, economische verliezen en gezondheidsrisico's. De studie benadrukt dat de warmte van deze faciliteiten optelbaar is bij het bestaande stedelijke hitte-eilandeffect en de bredere trend van de wereldwijde opwarming, wat een cumulatief risico creëert voor stadsbewoners.

De onderzoekers suggereren dat de oplossing kan liggen in waar deze faciliteiten worden geplaatst. Het plaatsen van grote datacentra buiten de stadsgrenzen zou kunnen voorkomen dat ze de hitte binnen stedelijke gebieden intensiveren. Deze aanpak zou ook voordelen kunnen bieden aan regionale steden, aangezien het verbinden van deze afgelegen faciliteiten met steden via snelle netwerken de digitale connectiviteit voor die gemeenschappen zou verbeteren. Als datacentra in de stad moeten blijven, adviseert de studie tegen het clusteren ervan in technologische precincts, aangezien de gecombineerde warmte van meerdere locaties een veel sterker lokaal opwarmingseffect creëert dan verspreide, kleinere faciliteiten. Bovendien vormt de afhankelijkheid van back-up diesel- of gasgeneratoren, die tijdens stroomuitval nog meer warmte en vervuiling zouden uitstoten, een extra laag risico waar planners rekening mee moeten houden.

Uiteindelijk brengt dit werk een voorheen over het hoofd gezien aspect in het gesprek over stedelijke planning en klimaatbestendigheid. Terwijl de energie die deze datacentra verbruiken wetenschappelijke en medische doorbraken aandrijft, vormt de fysieke warmte die zij vrijgeven de lokale omgeving opnieuw. De studie suggereert dat naarmate de vraag naar kunstmatige intelligentie groeit, ook de noodzaak groeit om de thermische voetafdruk van de infrastructuur die het ondersteunt te beheren. Door deze dynamiek te begrijpen, kunnen stadsplanners en beleidsmakers weloverwogen beslissingen nemen over waar deze essentiële faciliteiten worden gevestigd, zodat het streven naar technologische vooruitgang niet ten koste gaat van het gevaarlijk heet maken van steden.