Die künstliche Intelligenz verspricht revolutionäre Veränderungen, wenn Unternehmen Anwendungen entwickeln, um ihre Prozesse und Produkte zu verbessern. Aber der durch KI erhöhte Rechenbedarf bedeutet auch, dass mehr Strom und mehr Wärme durch Rechenzentren fließt. Eine durchschnittliche ChatGPT-Abfrage benötigt zum Beispiel fast 10 Mal so viel Strom wie eine Suche bei Google.¹ Dieser Aspekt ist nicht auf KI beschränkt: Die rasante Digitalisierung, Elektrifizierung und Automatisierungstrends erhöhen ebenso die Arbeitslast im Rechenzentrum.

Nach jahrzehntelangem, schrittweisem Wachstum wird der Strombedarf von Rechenzentren in den wenigen Jahren bis 2030 voraussichtlich um 160 % steigen. ²

Die geballte Rechenleistung erzeugt zudem viel Wärme, belastet die Kühlsysteme der Rechenzentren und gefährdet die Verarbeitungsleistung.

Standardrechenzentren, die mit CPU-Chips arbeiten, sollten in einem Bereich von 18-27 °C arbeiten. Der Stromverbrauch von KI-Chips der nächsten Generation (GPUs) ist jedoch viermal so hoch und treibt die Temperaturen weit über den optimalen Betriebsbereich hinaus.^3,4 Bei einer Temperatur von über 40 °C steigt die Ausfallrate um 30 % je fünf Grad mehr. ⁵

Extreme Hitzewellen lassen auch die Außentemperaturen steigen, was die Kühlsysteme von Rechenzentren weiter belastet. Im Jahr 2022 erzwangen hohe Temperaturen im Vereinigten Königreich die Abschaltung von Cloud-Diensten in den Rechenzentren von Google und Oracle.⁶

Die Luftkühlung ist energieintensiv und verbraucht etwa 40 % des Stroms in einem Rechenzentrum. ⁷ Die beschleunigte Verarbeitung treibt diese Kosten noch weiter in die Höhe.⁸ Das hat die Betreiber von Rechenzentren dazu veranlasst, Verdunstungskühlung zu integrieren, die die höhere Wärmeaufnahmekapazität von Wasser nutzt. Auf diese Weise können sie die Kühlung mit weniger Energie und geringeren Kosten im Vergleich zu reinen Luftsystemen stärken..^9,10

Außerdem befeuchtet die Verdunstungskühlung auch die Luft im Rechenzentrum und verringert so elektrostatische Entladungen, die die Geräte beschädigen und die Performance beeinträchtigen können. Zudem wird der Bedarf an schädlichen chemischen Kältemitteln gesenkt, die bei einigen Formen der Direktluftkühlung genutzt werden.¹¹

Eine höhere Energieeffizienz bedeutet auch geringere Emissionen, eine zunehmend wichtige Kennzahl für Rechenzentren, die ihre eigenen Dekarbonisierungsziele erreichen und auch nachhaltig orientierte Endkunden gewinnen wollen.

Die Verdunstungskühlung kann allerdings auch wasserintensiv sein.¹² Bisher reichte die Luftkühlung in Kombination mit der Verdunstungskühlung aus, um angefallene Wärme abzuführen. Die technische Entwicklung von CPUs zu GPUs beinhaltet jedoch, dass die Rechenzentren der nächsten Generation auch deutlich mehr Wasser verbrauchen werden. Das ist ein großes Problem für Rechenzentren in wasserarmen Gebieten, in denen Versorger die Genehmigung zur Wasserentnahme verweigern können.

Darum sucht die Branche nach wassersparenden Verdunstungstechnologien wie geschlossenen Kreisläufen oder adiabatischer Kühlung, die Wasserverluste beseitigen.

Die Wärmekapazität von Wasser ist 3.000 mal höher als die von Luft, d. h. es kann mehr Wärme aufnehmen und dabei weniger Energie und Kosten verbrauchen als ein auf Luft basierendes Gegenstück. Dadurch sind Flüssigkühlungslösungen für die Zukunft der Infrastruktur von Rechenzentren unverzichtbar.

Aufgrund des Bedarfs an effizienteren Innovationen wurde der globale Markt für die Kühlung von Rechenzentren im Jahr 2023 auf 15,9 Milliarden USD geschätzt, mit 13,5 % CAGR von 2024 bis 2032.¹³

Vor allem das Interesse an der direkten Flüssigkeitskühlung nimmt zu. Systeme mit direkter Flüssigkeitskühlung leiten kühles Wasser durch Rohre und Schläuche, die in der Nähe von Wärmequellen wie den Hintertüren von Serverschränken und sogar direkt auf die Chips platziert werden.¹⁴ Aus einer kürzlich durchgeführten Marktstudie wird deutlich, dass 11 % der Betreiber von Rechenzentren derzeit direkte Flüssigkeitskühlung einsetzen und eine Erweiterung anstreben, während 61 % dies für die Zukunft in Betracht ziehen.¹⁵

Eine andere Form der direkten Flüssigkeitskühlung, die Immersionskühlung, gewinnt bei den Herstellern moderner Chips und Unternehmensserver ebenfalls an Boden. Dabei werden Chips oder ganze Server in eine thermisch (aber nicht elektrisch) leitende Flüssigkeit getaucht, was die Wärmeübertragungsleistung noch weiter erhöht. Jensen Huang, CEO von NVIDIA*, enthüllte im März, dass die nächste Servervariante flüssigkeitsgekühlt sein wird.¹⁶

Um Mineralienablagerungen, Korrosion und mikrobielles Wachstum zu verhindern, ist hochreines Wasser mit geringer Leitfähigkeit für flüssigkeitsbasierte Lösungen erforderlich. Dies eröffnet Investitionsmöglichkeiten für Lösungsanbieter in der gesamten Wasserwertschöpfungskette. Das bedeutet, dass Wasseranalysen zur Messung des pH-Werts, der Ionen und des Mikrobengehalts für die Aufrechterhaltung der Wasserqualität bedeutsam sein werden.
Neben den Messungen gibt es eine Vielzahl von Wasseraufbereitungsmethoden wie Ionenaustausch, Umkehrosmose oder die Zugabe von Korrosionsschutz-, Kalkschutz- und Biozidmitteln.

Auch wenn die Zukunft der Flüssigkeitskühlung gehört, wird die Luftkühlung allzu schnell verschwinden. Das liegt daran, dass die Ressourcen- und Kosteneffizienz von Kühlsystemen von vielen Faktoren beeinflusst werden, darunter die Rechenkapazität, das geografische Klima, die lokalen Energienetze, die Vorschriften sowie die allgemeine Umweltbelastung. Daher investieren große Rechenzentrumsbetreiber wie Meta, Alphabet, Amazon und Microsoft* sowie andere führende Unternehmen aus den Bereichen Big Tech und KI in verschiedene Kühltechnologien, die dynamisch angepasst werden können, um die Energie- und Wasserressourcen sowie die Gesamtbetriebskosten zu optimieren.

Die Zunahme von Trends in den Bereichen Hyper-Scale, Cloud-Computing und KI bedeutet, dass Wasser auch in Zukunft ein entscheidender Bestandteil der Performance von Rechenzentren sein wird, wodurch sich für die Strategie Sustainable Water Equities von Robeco neue langfristige Wachstumsmöglichkeiten ergeben. Die Strategie sieht Investitionen in Unternehmen vor, die ressourceneffiziente Technologien für Kühlsysteme anbieten.

Neben Investitionen in Hersteller von Kühlsystemen werden im Rahmen der Wasserstrategie ebenso Investitionen in Unternehmen getätigt, die eine ganze Reihe von wasserbezogenen Technologien und technischen Dienstleistungen anbieten. Dazu gehören die grundlegende Wasserinfrastruktur (z. B. Pumpen, Ventile und Rohre), analytische Tests, Reinigungsverfahren, Recycling und Abwassermanagement, die jeweils erforderlich sind, um eine optimale (und nachhaltige) Performance des Rechenzentrums zu gewährleisten.

Ob auf dem Boden oder in der Cloud, im Rahmen der Wasserstrategie bestehen immer Möglichkeiten, und das Team ist weiterhin aufmerksam auf der Suche nach Wasserunternehmen, die das Potenzial des Cloud-Computing ausschöpfen können, um reichlich Einnahmen zu generieren.

* Die Strategie Sustainable Water von Robeco ist weder in die aufgeführten Aktien investiert, noch sollten diese Referenzen als Empfehlungen zum Kauf, Verkauf oder Halten dieser oder anderer Wertpapiere betrachtet werden.